高效超超臨界機(jī)組再熱熱段溫度選型探討

王偉杰 溫茂森

摘要：目前已經(jīng)投運(yùn)的超超臨界機(jī)組，無論是600MW級(jí)還是1000MW容量等級(jí)，其主蒸汽和再熱蒸汽汽機(jī)側(cè)的溫度參數(shù)大多為600℃，對(duì)應(yīng)鍋爐側(cè)的溫度，主蒸汽為605℃，再熱蒸汽為603℃。本文對(duì)高效超超臨界機(jī)組再熱熱段溫度選型進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高效;超超臨界機(jī)組;再熱熱段溫度;選型

近期部分高效超超臨界電廠將再熱蒸汽溫度提高到620℃（汽機(jī)入口），對(duì)應(yīng)鍋爐出口再熱蒸汽溫度為623℃，考慮溫度偏差，再熱熱段管道設(shè)計(jì)溫度為628℃，管道采用SA335-P92材質(zhì)。

1 提高再熱熱段蒸汽溫度的風(fēng)險(xiǎn)

然而部分電廠雖然再熱熱段蒸汽溫度提高到620℃，但是運(yùn)行人員及部分專家認(rèn)為存在風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)行時(shí)將汽機(jī)入口溫度降低到610攝氏度。他們主要有以下?lián)模?/p>

風(fēng)險(xiǎn)1：根據(jù)ASME B31.1-2012中“B31 CASE 183 Use of Seamless 9Cr-2W in ASME B31.1 Construction” 大管徑的SA335-P92材質(zhì)管道最高使用溫度僅為621℃，低于再熱熱段管道設(shè)計(jì)溫度628℃;

風(fēng)險(xiǎn)2：部分資料提出《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG G0001-2012）規(guī)定：“P92鋼制蒸汽管道、聯(lián)箱的最高使用溫度低于630℃”，鍋爐出口的蒸汽溫度為623℃，相比630℃溫度偏差裕量太小。

針對(duì)上述兩項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，下面將給出相關(guān)的分析。

2 SA335-P92材料的應(yīng)用

關(guān)于SA335-P92材料的使用溫度，需要結(jié)合ASME B31.1（動(dòng)力管道規(guī)范）和ASME BPVC（鍋爐及壓力容器規(guī)范）來確定，ASME B31.1一般比ASME BPVC有時(shí)間上的延遲。“B31 CASE 183 Use of Seamless 9Cr-2W in ASME B31.1 Construction”是與ASME BPVC CASE OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE2179-3中的要求一樣，即“外徑大于89mm的“9Cr-2W”材質(zhì)最高使用溫度為621℃，但是ASME BPVC CASE后續(xù)進(jìn)行了更新，在CASE OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE2179-6（批準(zhǔn)日期：2006年8月4日）取消了2179-3中關(guān)于“外徑大于89mm的P92管道最高使用溫度應(yīng)低于621℃”的規(guī)定，認(rèn)為“9Cr-2W”材質(zhì)最高使用溫度最高可以達(dá)到649℃，并在CASE OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE2179-8（批準(zhǔn)日期：2012年7月28日）明確對(duì)于無縫鋼管（SEAMLESS PIPE）來說，“9Cr-2W”材質(zhì)管道的規(guī)范和等級(jí)為SA335-P92，最高使用溫度為649℃。因此，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)1來說，SA335-P92完全滿足要求。

考慮到ASME B31.1（動(dòng)力管道規(guī)范）目前未按照ASME BPVC進(jìn)行更新，部分電廠選用歐標(biāo)牌號(hào)的管道，即X10CrWMoVNb9-2。該材料出自歐標(biāo)EN10216-2：2002+A2：2007，規(guī)范中給出了材料在各溫度下100000h持久強(qiáng)度值，計(jì)算得到的許用應(yīng)力值比ASME BPVC 稍小一些。因此部分電廠為保守起見會(huì)按照歐標(biāo)EN10216-2：2002+A2：2007來選取管道的材料和相關(guān)的許用應(yīng)力值。

3 鍋爐再熱器溫度控制

首先要明確的是，在《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG G0001-2012）并沒有P92材質(zhì)的相關(guān)使用溫度限制，因?yàn)镻92屬于境外牌號(hào)的材料。在該規(guī)程中，GB5310中的10Cr9MoW2VNbBN與P92材質(zhì)較為接近，采用該材質(zhì)的集箱、管道的最高使用溫度低于630℃。

鍋爐溫度偏差的產(chǎn)生是由于存在煙氣流動(dòng)偏差和介質(zhì)流動(dòng)偏差，控制偏差的有效措施如下：

3.1 采取有效地控制手段，控制煙氣側(cè)的溫度偏差

本期工程鍋爐采用四角切圓燃燒方式，鍋爐廠已擁有豐富的燃燒經(jīng)驗(yàn)，了解燃燒后煙氣的空氣動(dòng)力場(chǎng)特性。

采用分級(jí)燃燒系統(tǒng)，分離燃燼風(fēng)的設(shè)計(jì)能有效消除主燃燒器燃燒形成的殘余動(dòng)量，有效控制煙氣流動(dòng)過程中的煙溫偏差。

3.2 采用合理的措施，控制介質(zhì)流動(dòng)偏差

介質(zhì)流動(dòng)偏差分為同屏偏差和屏間偏差。同屏偏差產(chǎn)生的原因是由于在同一屏中管子的長(zhǎng)短不同、受熱不同，因此流通阻力大的管子流量小，流通阻力小的管子流量大。流量大的管子冷卻迅速，所以溫度低，流量小的管子冷卻慢，所以溫度高。通過采用合理的“節(jié)流”手段可以有效控制不同管間的流通阻力，有效消除同屏的偏差。介質(zhì)流量屏間偏差產(chǎn)生的原因是由于進(jìn)出口集箱的動(dòng)靜壓的分配，通過合理選擇集箱口徑和集箱的引入方式，可以有效控制屏間介質(zhì)流動(dòng)偏差。

通過煙氣溫度偏差的控制和介質(zhì)流動(dòng)偏差的控制，可以有效消除再熱蒸汽出口溫度最高值和平均值的偏差，有效確保鍋爐運(yùn)行的安全性。

圖為電廠500MW負(fù)荷和660MW負(fù)荷時(shí)末再壁溫情況（鍋爐生產(chǎn)廠家為上海鍋爐廠）。

500MW負(fù)荷：

再熱蒸汽出口溫度：623℃;

再熱器壁溫最大值：637℃;

再熱器壁溫限制值：645℃。

660MW負(fù)荷：

再熱蒸汽出口溫度：622℃;

再熱器壁溫最大值：642℃;

再熱器壁溫限制值：645℃。

從運(yùn)行數(shù)據(jù)看，在660MW負(fù)荷時(shí)，再熱蒸汽出口溫度為621℃，設(shè)計(jì)值為623℃，再熱蒸汽出口溫度滿足設(shè)計(jì)值要求。

4 結(jié)論

經(jīng)過上述分析，無論管道材質(zhì)或是鍋爐溫度偏差控制均能滿足要求，因此高效超超臨界機(jī)組再熱熱段溫度提高到620℃（汽機(jī)入口）是可行的。