660MW 二次再热锅炉受热面设计特点及汽温调整试验分析

对比一次再热机机组，二次再热机组锅炉热力系统更加复杂，高温受热面壁温偏差发生率较高，汽温很容易不符合标准，对机组运行的安全性和稳定性造成影响。如果锅炉出口部位蒸汽温度低于设计值，将会降低汽轮机的热效率，同时会增加整体机组的能耗，不利于保障经济效益，而且降低温度之后，还会引发汽轮机叶片水滴侵蚀等问题。本文通过分析 660MW 二次再热锅炉受热面设计特点及汽温调整试验，合理规避上述不足，保证机组的汽温符合设计标准，在满足安全标准的背景下，保障机组运行的经济性。

一、660MW 二次再热锅炉结构和工作原理

（一）锅炉整体结构

660MW 二次再热锅炉整体布局具有高效性和紧凑性特点，主要组成部分包括炉膛和烟道以及受热面。塔式锅炉是一种采用下部炉膛与上部对流烟道垂直叠加的塔型结构，炉膛作为燃烧区域，主要包括环绕螺旋水冷壁和垂直水冷壁，对燃料燃烧过程中的热量主要以辐射换热方式进行吸收，形成水汽变化过程，螺旋水冷壁与垂直水冷壁采用中间集箱混合，进一步减小炉膛四周受热不均，可以控制热偏差，因此具有较高的应用率[1]。采用无折烟角的全钢悬吊结构，相较于 π 型锅炉，塔式锅炉具有烟气温度分布均匀、受热面安全裕度高、烟气阻力低于 30% 等技术优势，锅炉上部沿着烟气流动方向依次布置有低温过热器、高温过热器、一 / 二次高温再热器（顺流布置）、一 / 二次低温再热器、二级省煤器（顺流布置）、部分低温过热器、炉内悬吊管进口连接管。锅炉上部的炉内受热面全部为水平布置，穿墙结构为金属焊接全密封形式，其大部分以对流换热方式完成烟气与蒸汽的能量转换，以达到锅炉设计值的高温高压的蒸汽，另一部分省煤器位于脱硝设备出口和空气预热器进口之间，水流方向是从下向上流动（逆流），利用低温烟气预热给水，使锅炉热效率得以提高。通过合理设计各部分的位置和连接方式，可以高效传递热量。

（二）工作原理

660MW 二次再热锅炉利用燃煤发电流程运行，通过燃烧燃料产生热量，因此完成加热和蒸发等流程，最终高效转换电能。首先在炉膛中充分混合燃料和空气，在燃烧过程中会释放较多的热能，通过辐射和对流方式向炉膛的水冷壁内部工质传递热量，通过持续加热形成饱和蒸汽。随后在过热器系统中引入饱和蒸汽，对高温烟气热量吸收之后再逐渐提高温度。在汽轮机超高压缸中引入主蒸汽之后，做功之后蒸汽再引入到一次再热器中，经过二次加热之后将会逐渐提高蒸汽温度，蒸汽进入高压缸做功，其排汽再次进入炉膛加热、进入中压缸 /低压缸做功，完成整个做功过程，使整体循环效率得以提高。利用二次再热技术通过配置一次再热器 / 二次再热器，使蒸汽的温度和焓值得以提高，可以降低机组热耗率，同时可以使煤耗水平得以提高。在整体工作过程中，需要根据热力学循环规律改变工质状态，通过对级加热和再热，高效利用能量，满足整体运行需求。

（三）关键系统

660MW 二次再热锅炉主要包括燃烧系统和风烟系统以及汽水系统，协同各系统的工作，可以保障锅炉运行的安全性。燃烧系统中主要是利用磨煤机和燃烧器等设备，通过充分混合粉碎的燃料和空气之后，再向炉膛中喷入，提高整体燃烧效率。设计燃烧器的过程中要综合考虑火焰形状和燃烧强度等，避免在某部分温度过高，或者出现燃烧不完全的情况 [2]。风烟系统负责提供空气，同时将燃烧产物排除，主要是利用送风机和引风机等设备，在再热汽温调节阶段采用烟气再循环结合双烟气挡板调温方式调节，通过挡板开度控制进入前后分隔烟道中的烟气量，改变一 / 二次再热器间的吸热量来达到调节一 / 二次再热器出口温度的目的。烟气再循环技术通过调节锅炉受热面吸热量比例实现汽温控制的技术，其原理是将省煤器后温度 250^qC～350^qC 的烟气通过再循环风机送入炉膛下部，降低炉膛辐射换热量，改变锅炉辐射与对流受热面的吸热量比例。汽水系统中主要包括省煤器和水冷壁以及过热器等设备，利用管道连接不同的部件，顺利完成加热和换热工作。需要合理设计启动系统，在低负荷运行过程中，可以满足水冷壁流量需求，避免水动力不足受热面局部受热现象，保证锅炉全负荷段安全稳定运行，协调运作不同的系统，可以优化锅炉使用性能，保障机组运行综合效益。

二、660MW 二次再热锅炉受热面设计特点

（一）水冷壁设计

设计水冷壁的时候，利用螺旋管圈和垂直管圈等布局形式。螺旋管圈的水冷壁具有热膨胀特点，而且通常不会集中热应力，在超临界锅炉中广泛利用，螺旋管圈布置方式可以控制炉膛热偏差及管内膜态沸腾等问题，通过合理设计管径和管间距，可以保障水循环的均匀性，使整体吸热能力得以提高。例如在制造阶段，对管屏的尺寸严格控制及鳞片布置间隔，有利于精准完成安装工作，避免因为局部热偏差影响到正常运行。垂直管圈水冷壁因为具有简单的结构，后续维护工作也比较简单，厂内锅炉采用先进技术，垂直管圈分为两部分，下部垂直管圈选用管子规格为 Φ35mm ，节距为 55mm ；利用 Y 型三通将下部两根垂直管合并成为一根，形成上部垂直管圈，管子规格为 Φ38mm ，节距为 110mm ，引出管形成隔墙以便形成调节一再 / 二再汽温区域烟气流量目的。

（二）过热器设计

在锅炉受热面中过热器发挥重要的作用，过热器分布方式对蒸汽温度调节效果和系统运行起到直接影响。660MW 二次再热锅炉中，需要结合吸收热量优化设计各级过热器布置工作。因塔式锅炉尾部烟道比较短，将低温过热器分成两部分布置于炉膛顶部和炉膛中部，分为上部低温过热器/ 下部低温过热器，发挥辐射和对流换热作用 [3]，以完成对烟气热量进行换热吸收。在炉膛上部布置大量高温过热器，充分完成热量交换已达到锅炉蒸汽设计参数。利用分级布置模式，可以优化吸热效果，同时可以对各级过热器的吸热比例合理调整，有利于精细化控制汽温。此外布置过热器的过程中要协同燃烧系统，对燃烧器和过热器屏的间距合理设计、调整，可以控制热偏差问题。

调整过热器温度的过程中主要是利用喷水减温和煤水比调节。在660MW 二次再热锅炉运行过程中，过热器系统中配置喷水减温器，可以对蒸汽温度进行调整。在连接管道部位配置第一级减温器，负责初步的汽温调节工作。在进口部位安装第二级减温器，保证蒸汽温度控制的精准性。喷水减温方式是在过热蒸汽中喷入减温水，因此来实现蒸汽温度的降低。此外也可以利用煤水比调节方式，通过对燃料量和给水量的比例关系合理调整。这种方式需要高效匹配过热器设计，适用于各种工况，可以稳定地控制汽温，同时可以减少利用减温水，优化机组运行的经济效益。

（三）再热器设计

在 660MW 二次再热锅炉中再热器设计发挥重要的作用，再热器结构形式和布置关系到再热汽温调节效果。主要包括一 / 二次高温再热器、一 / 二次低温再热器，按烟气流动方向，将高温再热器布置于低温再热器之前，又以水冷壁引出管形成隔墙隔开一次再热与二次再热区域，其炉膛出口设计两区域烟气出口挡板，烟气流量分配的合理性，可以灵活地调节再热汽温烟气流量控制。例如对烟气挡板开度合理调节，可以对各级再热器的吸热比例合理调控，满足汽温调整需求。注意要顺列布置低温再热器的管排结构，可以对烟气流动阻力发挥出控制作用，同时可以使换热效率得以提高 [4]。通过错列布置高温再热器，可以高效扰动烟气，使整体传热系数得以提高。

三、660MW 二次再热锅炉汽温调整试验

（一）运行氧量优化试验

在 660MW 二次再热锅炉运行过程中，要对各种运行氧量进行最优实验。分别以 2.4% 、 2.8% 、 3.0% 、 3.3% 的出口氧量进行了试验，下图 1 为不同参数变化图。试验结果如下：随着操作氧气的逐步增加，主蒸汽的蒸汽温度也在不断地升高，一次再热蒸汽的温度也在不断地升高，当氧气的含量越来越多的时候，就不能起到更好的改善蒸汽温度的目的。当过量空气系数增大时，炉内的含氧量将会逐步升高，从而使燃料完全燃烧，使炉内的温度持续保持，从而加强了加热换热过程，从而提升了主蒸汽与再热蒸汽的温度。通过增大炉内的烟气量，使气流加速，从而对对流传热产生一定的影响。其特点是：在初始阶段，强化了氧量补充使燃烧更充分，使完全燃烧时间集中，整个锅炉吸热都增加，但当氧量补充至一定程度，燃尽阶段提前，会使烟气降低进而影响再热器区域吸热，再热汽温提升也就无法实现，有时还会发生降温的情况。

（二）SOFA 风门开度试验

在 600MW 负荷的情况下，分别设定 SOFA 的开度为 25% 、 35% 、45% 的开度，并进行了开度控制试验，结果如下图 2 所示，并且得到了以下的试验数据：逐步增大 SOFA 的开度，主蒸汽的温度也相应下降。增大 SOFA 的风门开的之后，一、二次再热蒸汽温度先有所上升，然后有下降的趋势。

（三）再热烟气挡板调整试验

采用烟气挡板将烟道分割成两条并联的烟道，并在其区域出口设置一次再热器挡板、二次再热挡板。在实际操作时，可根据调整需要，采用挡板来调整烟流，从而实现对加热表面的吸收，从而调整再热蒸汽温度，将其调整到设定的范围。通过对一次、二次再热器出口烟流折流板比为 120% 的实验，研究了在各种折流板条件下，对各工况下的汽流特性变化规律。在600MW 负荷情况下，逐步增加隔板开度，对锅炉主蒸汽的温度无显著影响，其原因在于，总的烟风量是恒定的，所以主蒸汽的温度并没有发生变化，而增加一次再热烟气的开度，而减少二次再热烟气的开度，从而达到既增加一次再热的吸热，又减少二次再热的吸热。

（四）再循环风量调整试验

如果采用烟气再循环风机，则应适当地增大风机频率，或启动两台风机来调节再循环的烟气流量。在600MW 负荷的情况下，烟气的加入对一次再热蒸汽及二次再热蒸汽的温升都有一定的影响。通过增加再循环烟气量减少炉膛辐射吸热量，并使对流受热面吸热量随烟气量增加而上升。每增加 1% 再循环风量，再热汽温可提高约 2^∘C ，为了兼顾主汽温与再热汽温的平衡及炉膛燃烧的安全性，低负荷适当降低延期再循环风机频率，随负荷变化改变风机频率，实践证明如烟气再循环风机停运，机组再热汽温确实无法达到设计温度。

（五）汽温偏差调整

由于塔式锅炉多数采用单炉膛四角切圆燃烧器布置方式，在实际运行中存在切圆不均汽温偏差问题，为了解决运行锅炉汽温偏差，可以对磨粉机粉管一次风进行调平处理，防止由于磨煤机粉管的风速变化而引起的蒸汽温度变化，并通过调整偏转风和辅助风等挡板开度摆角完成汽温调平，还可以通过智能吹灰技术判断受热面积灰情况，精准计算各个区域需要的吹灰频次，使各区域受热面均匀受热，改善汽温偏差。

结束语

本文通过 660MW 二次再热锅炉受热面设计特点及汽温调整试验分析，对过热蒸汽和再热蒸汽吸热量比例合理设计，可以利用烟气再循环科学分配过热器和再热器热量。通过综合利用本文的分析结果，可以对实际工作发挥出参考作用，优化 660MW 二次再热锅炉使用性能，延长其使用寿命。

参考文献

[1] 钟剑虹 ， 张宁， 宗金野 ， 等. 超超临界二次再热锅炉一级过热器钢管裂纹缺陷分析 [J]. 大众用电 ，2025，40（05）：58-60.

[2] 杨宏强 ， 张世山 ， 王凤君 ， 等. 高效灵活二次再热超超临界锅炉关键技术探究 [J]. 电站系统工程 ，2025，41（03）：85-86.

[3] 岳峻峰 ， 王亚欧 . 超超临界二次再热锅炉烟气调温技术应用及分析 [J]. 电站系统工程 ，2024，40（06）：38-40+43.

[4] 王钦 . 1000MW 二次再热锅炉再热蒸汽温度调节方式研究 [J].黑龙江电力 ，2024，46（05）：446-449.

[5] 龙志云 ， 户洋洋 ， 王慧文 ， 等. 大容量高效超超临界二次再热锅炉关键技术研究 [J]. 锅炉制造 ，2024，（04）：6-8.

[6]曲道志. 浅析1000MW二次再热塔式锅炉蒸汽吹灰系统设计[J].锅炉制造 ，2024，（03）：21-22+25