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摘要：本文通过笔者多年工作经验，对二次再热的发展历程及现状，从可行性、经济性和安全性等方面进行了简单比较，并就本工程实际情况给出了推荐性意见。仅供参考。
关键词：二次再热；机组；发展状况
1、二次再热机组的发展状况
1、1 国内二次再热机组发展及现状
国内从本世纪初开始进行国产超（超）临界机组的研究制造建设，2002年9月开工，2004年12月投产的华能沁北电厂1号机组是我国首台600MW超临界燃煤国产化机组；2004年6月开工，2006年11月投产的华能玉环电厂1号机组是我国内首台1000MW超超临界燃煤机组。随后几年600MW超临界机组、600MW超超临界机组和1000MW超超临界机组如雨后春笋般进行建设，截止2012年8月，已投产1000MW超超临界机组49台，在执行的机组56台，实现了我国火电机组跨越式发展。通过这些机组的设计、建设、运行实践，国内主机、辅机的设计水平和制造能力大大的提高，电厂运行水平也达到了国际先进水平。
1、2 二次再热机组设计特点
1、2、1 再热参数对机组高温部件材料的影响。
超超临界二次再热机组再热温度超过600℃，选取620℃后，为提高汽缸、转子、阀门等材料的耐高温性能，高温区域的相关部件材料需要升级为9%Cr钢，相应的转子要采用新的FB2材料，将带来新材料的工艺技术准备、性能的掌握与经验的积累等一系列问题。同时，锅炉的再热器等选材也要根据温度620℃進行变化。
目前应用于超超临界一次再热的材料X12CrMoWVNbN10-1-1，当温度从600℃提高到610℃后，20万小时持久断裂强度下降18.7%，也能满足设计要求，但由于叶片宽度、转子跨距、冷却、螺栓紧力等问题，性能上不能达到最佳设计。而采用X12CrMoWNiVNbN10-1-1（B）材料可保持相当的强度等级，若采用FB2材料，即使温度提高到620℃，仍可以获得比现有材料在600℃下略高的强度性能。
对于低温再热器出口温度提高，应提升低温再热器受热面中高等级材料的使用量，壁厚基本维持不变。
1、2、2 锅炉的总体布置
超超临界二次再热锅炉结构更加复杂，技术继承性较差，锅炉整体变动较大，尚无二次再热锅炉运行的经验。由于一次再热进口温度和压力大幅的提高，二次再热的进口压力较低，蒸汽的比容较大、比热容小，对热偏差比较敏感，并且再热蒸汽吸热和过热蒸汽吸热比例发生了较大的变化等因素造成设计困难。各锅炉制造厂均进行了针对性的研究设计，提出了各自二次再热锅炉的总体布置方案。
1、2、3 锅炉调温问题
二次再热锅炉设计公认的一个难点是主汽、一次再热汽、二次再热汽三个汽温之间的调节问题。二次再热机组再热级数增加，锅炉受热面布置趋于复杂，蒸汽参数相对较高，在要求的负荷范围内同时保证三个出口的蒸汽温度达到额定值的设计难度很大，尤其是对高、低压再热器出口温度调节提出了更高的要求。
1、2、4 锅炉过热器、再热器汽温出口偏差的问题
锅炉末级过热器、再热器汽温出口偏差主要是出口截面附近受热面金属温度不一致造成的，究其原因是由于炉膛出口烟气温度或速度的不均匀性导致炉膛水平和垂直出口截面中热流分布的不均匀。不论哪种蒸汽锅炉，在实际运行过程中，这种偏差都是存在的。
常规的控制偏差的有效措施如下：
（1）采用足够大的炉膛容积，在炉膛上部布置大节距的分隔屏，使烟气在炉膛内有足够的燃烧停留时间，同时又能使烟气在炉膛出口部分混合较好。
（2）合理的水冷壁结构可使其在各种工况特别是启动和低负荷工况下让各水冷壁管内具有足够的质量流速，管间吸热均匀。
（3）各级过热器、再热器的连接采用合理的引入引出方式。过热器系统、再热器系统左右交叉，各级过热器、再热器之间的连接采用大管道连接，使蒸汽能充分混合。引入引出管尽量对称布置，减少静压差，使流量分配均匀，减少汽温偏差。
（4）过热器采用三级布置，每级焓增分配比较均匀，并且每两级之间均设置有减温水，同一级减温设有左右两个喷水点，两侧减温管路分别用单独的调节阀调节左右两侧管路上的喷水量，减少左右侧汽温偏差。
（5）合理选用各级受热面管子的规格，取得与热负荷相适应的蒸汽流量。即使同一级的过热器，管子规格也根据结构和所处的位置不同而有所不同。
（6）增加过热器、再热器上的温度测点，有效的监视温度的偏差。
采取以上措施，各锅炉厂均能保证将过热器、再热器出口温度控制在运行允许范围内。
1、2、5 锅炉降低排烟温度
由于汽机初参数提高使得锅炉进口的给水温度达到320℃～330℃、低再进口蒸汽温度也有大幅提升，也使得省煤器出口进口烟气温度较高，高负荷时达到410℃左右，使预热器出口烟温高也达到130℃以上，极大降低了锅炉的热效率。为此，需要采取措施降低排烟温度。
1、2、6 汽轮机缸体设计问题
在设计中各制造厂均采取措施增加对高压转子和中压转子的冷却（哈尔滨中压转子未设置冷却蒸汽）。根据机组不同，采用不同的蒸汽对高压进汽区、中压进汽区段和中压前两级叶轮进行充分冷却，使620℃高温再热蒸汽不会接触转子，从而提高转子高温强度和使用寿命。同时采用了内外两层缸结构，可以降低每一层汽缸的压力差和温度差，大大地改善了汽缸的工作条件。
1、2、7 轴系的稳定性问题
由于超超临界二次再热机组均较一次再热增加了一个缸体，轴系长度增加，需要进行轴系稳定性的分析。对于1000MW机组二次再热汽轮机的汽缸更多、轴系更长。各汽轮机厂结合自身轴系结构特点，采取了一系列措施，并对二次再热汽轮发电机的轴系稳定性进行了轴系静、动特性计算分析，以及轴系扭振特性分析及性能评判等。 1、2、8 回热系统
二次再热的原因，各级抽汽参数也有较大的提高，影响了整个热力系统的设计。
影响回热循环热经济性的三个给水参数分别是最佳给水温度、加热器的焓升分配和回热级数，三者互有影响，密不可分。
超超临界二次再热机组回热级数一般选为9级或10级。同时回热级数的设计还要兼顾缸体结构，抽汽参数是否合理等因素综合考虑确定。
1、2、9 六大管道设计
二次再热主蒸汽压力提升使得主蒸汽管道的壁厚增加，再热蒸汽温度的提升以及第二次再热压力的降低，使得再热管道出现大口径管。六大管道设计必须考虑制造问题、成本问题以及压降选取对机组经济性的影响。
2、机组参数选择
2、1 进汽压力的选择
提高主蒸汽压力可以提高整个电厂的循环效率，在主汽压力小于27MPa时，主汽压力每提高1MPa（a），可降低热耗0.2～0.25%；在主汽压力大于27MPa时，主汽压力每提高1MPa（a），可降低热耗0.1～0.15%，这对提高机组的经济性是相当可观的。
因此，基于国内现有汽轮机技术水平和目前的调研情况，本工程1000MW超超临界机组，如采用一次中间再热，汽轮机高压缸进汽压力推荐采用高参数28Mpa，如采用二次再热，汽轮机的高压缸进汽压力推荐采用31MPa。
2、2 进汽温度选择
进汽温度的提高使热力循环效率提高一般可简单归纳为每10 ℃过热蒸汽温度影响热耗0.25%，10℃再热蒸汽温度影响0.20%左右。
目前各大厂1000MW汽机，再热蒸汽温度从600℃增加到610℃或620℃，从技术角度看是可行的。欧洲和日本已经投运和在建中的最优参数机组也都是采用620℃再热蒸汽温度。
借鉴其他超超临界大容量机组在主蒸汽温度上的选择，对本工程推荐主汽温度推荐600℃，再热机组的再热汽温推荐采用620℃。
2、3 汽轮机参数选择
综上所述，本工程汽轮机参数可有两种方案选择：
方案一：单轴、一次再热、主汽压力为28MPa，主汽温度为600℃，再热温度为620℃；
方案二：单轴、两次再热、主汽压力为31MPa，主汽温度为600℃，一次再热温度为620℃，二次再热温度为620℃。
2、4 锅炉参数及型式选择
2、4、1 锅炉参数
方案一：對应汽轮机入口参数28MPa/600℃/ 600℃，锅炉过热器及再热器出口的参数为29.4MPa/605℃/622.2℃。
方案二：对应汽轮机入口参数31MPa/600℃/ 620/ 620℃，锅炉过热器及再热器出口的参数为32.55MPa/605℃/623℃/623℃。
2、4、2 锅炉炉型的比较
目前，世界上大容量机组的锅炉型式主要有Π型锅炉和塔式锅炉两种炉型。这两种炉型在不同的国家都受到广泛的运用。在日本、美国和前苏联700MW以上的超临界和超超临界机组都是采用Π型锅炉。在德国，所建的大容量机组几乎都是塔式锅炉。我国的1000MW超超临界机组的一次再热锅炉则两种炉型都有广泛的应用。这两种炉型在我国、日本、美国和德国都有良好的运行业绩。上海锅炉厂生产的1000MW超超临界一次再热锅炉大部分为塔式锅炉，也有少量的Π型锅炉已经投运。东方锅炉厂和哈尔滨锅炉厂生产的1000MW超超临界一次再热锅炉均为Π型锅炉。从技术上看，两种炉型各有千秋，基于一、二次再热的锅炉而言，在技术上采用塔式锅炉或Π型锅炉均是可行的。
3、结束语
综上所述，采用方案一（单轴、一次再热、主汽压力为28MPa，主汽温度为600℃，再热温度为620℃）和方案二（单轴、两次再热、主汽压力为31MPa，主汽温度为600℃，一次再热温度为620℃，二次再热温度为620℃）在技术上均是可行的，但两者相比较，存在各自特点和不同。
关键词：二次再热；机组；发展状况
1、二次再热机组的发展状况
1、1 国内二次再热机组发展及现状
国内从本世纪初开始进行国产超（超）临界机组的研究制造建设，2002年9月开工，2004年12月投产的华能沁北电厂1号机组是我国首台600MW超临界燃煤国产化机组；2004年6月开工，2006年11月投产的华能玉环电厂1号机组是我国内首台1000MW超超临界燃煤机组。随后几年600MW超临界机组、600MW超超临界机组和1000MW超超临界机组如雨后春笋般进行建设，截止2012年8月，已投产1000MW超超临界机组49台，在执行的机组56台，实现了我国火电机组跨越式发展。通过这些机组的设计、建设、运行实践，国内主机、辅机的设计水平和制造能力大大的提高，电厂运行水平也达到了国际先进水平。
1、2 二次再热机组设计特点
1、2、1 再热参数对机组高温部件材料的影响。
超超临界二次再热机组再热温度超过600℃，选取620℃后，为提高汽缸、转子、阀门等材料的耐高温性能，高温区域的相关部件材料需要升级为9%Cr钢，相应的转子要采用新的FB2材料，将带来新材料的工艺技术准备、性能的掌握与经验的积累等一系列问题。同时，锅炉的再热器等选材也要根据温度620℃進行变化。
目前应用于超超临界一次再热的材料X12CrMoWVNbN10-1-1，当温度从600℃提高到610℃后，20万小时持久断裂强度下降18.7%，也能满足设计要求，但由于叶片宽度、转子跨距、冷却、螺栓紧力等问题，性能上不能达到最佳设计。而采用X12CrMoWNiVNbN10-1-1（B）材料可保持相当的强度等级，若采用FB2材料，即使温度提高到620℃，仍可以获得比现有材料在600℃下略高的强度性能。
对于低温再热器出口温度提高，应提升低温再热器受热面中高等级材料的使用量，壁厚基本维持不变。
1、2、2 锅炉的总体布置
超超临界二次再热锅炉结构更加复杂，技术继承性较差，锅炉整体变动较大，尚无二次再热锅炉运行的经验。由于一次再热进口温度和压力大幅的提高，二次再热的进口压力较低，蒸汽的比容较大、比热容小，对热偏差比较敏感，并且再热蒸汽吸热和过热蒸汽吸热比例发生了较大的变化等因素造成设计困难。各锅炉制造厂均进行了针对性的研究设计，提出了各自二次再热锅炉的总体布置方案。
1、2、3 锅炉调温问题
二次再热锅炉设计公认的一个难点是主汽、一次再热汽、二次再热汽三个汽温之间的调节问题。二次再热机组再热级数增加，锅炉受热面布置趋于复杂，蒸汽参数相对较高，在要求的负荷范围内同时保证三个出口的蒸汽温度达到额定值的设计难度很大，尤其是对高、低压再热器出口温度调节提出了更高的要求。
1、2、4 锅炉过热器、再热器汽温出口偏差的问题
锅炉末级过热器、再热器汽温出口偏差主要是出口截面附近受热面金属温度不一致造成的，究其原因是由于炉膛出口烟气温度或速度的不均匀性导致炉膛水平和垂直出口截面中热流分布的不均匀。不论哪种蒸汽锅炉，在实际运行过程中，这种偏差都是存在的。
常规的控制偏差的有效措施如下：
（1）采用足够大的炉膛容积，在炉膛上部布置大节距的分隔屏，使烟气在炉膛内有足够的燃烧停留时间，同时又能使烟气在炉膛出口部分混合较好。
（2）合理的水冷壁结构可使其在各种工况特别是启动和低负荷工况下让各水冷壁管内具有足够的质量流速，管间吸热均匀。
（3）各级过热器、再热器的连接采用合理的引入引出方式。过热器系统、再热器系统左右交叉，各级过热器、再热器之间的连接采用大管道连接，使蒸汽能充分混合。引入引出管尽量对称布置，减少静压差，使流量分配均匀，减少汽温偏差。
（4）过热器采用三级布置，每级焓增分配比较均匀，并且每两级之间均设置有减温水，同一级减温设有左右两个喷水点，两侧减温管路分别用单独的调节阀调节左右两侧管路上的喷水量，减少左右侧汽温偏差。
（5）合理选用各级受热面管子的规格，取得与热负荷相适应的蒸汽流量。即使同一级的过热器，管子规格也根据结构和所处的位置不同而有所不同。
（6）增加过热器、再热器上的温度测点，有效的监视温度的偏差。
采取以上措施，各锅炉厂均能保证将过热器、再热器出口温度控制在运行允许范围内。
1、2、5 锅炉降低排烟温度
由于汽机初参数提高使得锅炉进口的给水温度达到320℃～330℃、低再进口蒸汽温度也有大幅提升，也使得省煤器出口进口烟气温度较高，高负荷时达到410℃左右，使预热器出口烟温高也达到130℃以上，极大降低了锅炉的热效率。为此，需要采取措施降低排烟温度。
1、2、6 汽轮机缸体设计问题
在设计中各制造厂均采取措施增加对高压转子和中压转子的冷却（哈尔滨中压转子未设置冷却蒸汽）。根据机组不同，采用不同的蒸汽对高压进汽区、中压进汽区段和中压前两级叶轮进行充分冷却，使620℃高温再热蒸汽不会接触转子，从而提高转子高温强度和使用寿命。同时采用了内外两层缸结构，可以降低每一层汽缸的压力差和温度差，大大地改善了汽缸的工作条件。
1、2、7 轴系的稳定性问题
由于超超临界二次再热机组均较一次再热增加了一个缸体，轴系长度增加，需要进行轴系稳定性的分析。对于1000MW机组二次再热汽轮机的汽缸更多、轴系更长。各汽轮机厂结合自身轴系结构特点，采取了一系列措施，并对二次再热汽轮发电机的轴系稳定性进行了轴系静、动特性计算分析，以及轴系扭振特性分析及性能评判等。 1、2、8 回热系统
二次再热的原因，各级抽汽参数也有较大的提高，影响了整个热力系统的设计。
影响回热循环热经济性的三个给水参数分别是最佳给水温度、加热器的焓升分配和回热级数，三者互有影响，密不可分。
超超临界二次再热机组回热级数一般选为9级或10级。同时回热级数的设计还要兼顾缸体结构，抽汽参数是否合理等因素综合考虑确定。
1、2、9 六大管道设计
二次再热主蒸汽压力提升使得主蒸汽管道的壁厚增加，再热蒸汽温度的提升以及第二次再热压力的降低，使得再热管道出现大口径管。六大管道设计必须考虑制造问题、成本问题以及压降选取对机组经济性的影响。
2、机组参数选择
2、1 进汽压力的选择
提高主蒸汽压力可以提高整个电厂的循环效率，在主汽压力小于27MPa时，主汽压力每提高1MPa（a），可降低热耗0.2～0.25%；在主汽压力大于27MPa时，主汽压力每提高1MPa（a），可降低热耗0.1～0.15%，这对提高机组的经济性是相当可观的。
因此，基于国内现有汽轮机技术水平和目前的调研情况，本工程1000MW超超临界机组，如采用一次中间再热，汽轮机高压缸进汽压力推荐采用高参数28Mpa，如采用二次再热，汽轮机的高压缸进汽压力推荐采用31MPa。
2、2 进汽温度选择
进汽温度的提高使热力循环效率提高一般可简单归纳为每10 ℃过热蒸汽温度影响热耗0.25%，10℃再热蒸汽温度影响0.20%左右。
目前各大厂1000MW汽机，再热蒸汽温度从600℃增加到610℃或620℃，从技术角度看是可行的。欧洲和日本已经投运和在建中的最优参数机组也都是采用620℃再热蒸汽温度。
借鉴其他超超临界大容量机组在主蒸汽温度上的选择，对本工程推荐主汽温度推荐600℃，再热机组的再热汽温推荐采用620℃。
2、3 汽轮机参数选择
综上所述，本工程汽轮机参数可有两种方案选择：
方案一：单轴、一次再热、主汽压力为28MPa，主汽温度为600℃，再热温度为620℃；
方案二：单轴、两次再热、主汽压力为31MPa，主汽温度为600℃，一次再热温度为620℃，二次再热温度为620℃。
2、4 锅炉参数及型式选择
2、4、1 锅炉参数
方案一：對应汽轮机入口参数28MPa/600℃/ 600℃，锅炉过热器及再热器出口的参数为29.4MPa/605℃/622.2℃。
方案二：对应汽轮机入口参数31MPa/600℃/ 620/ 620℃，锅炉过热器及再热器出口的参数为32.55MPa/605℃/623℃/623℃。
2、4、2 锅炉炉型的比较
目前，世界上大容量机组的锅炉型式主要有Π型锅炉和塔式锅炉两种炉型。这两种炉型在不同的国家都受到广泛的运用。在日本、美国和前苏联700MW以上的超临界和超超临界机组都是采用Π型锅炉。在德国，所建的大容量机组几乎都是塔式锅炉。我国的1000MW超超临界机组的一次再热锅炉则两种炉型都有广泛的应用。这两种炉型在我国、日本、美国和德国都有良好的运行业绩。上海锅炉厂生产的1000MW超超临界一次再热锅炉大部分为塔式锅炉，也有少量的Π型锅炉已经投运。东方锅炉厂和哈尔滨锅炉厂生产的1000MW超超临界一次再热锅炉均为Π型锅炉。从技术上看，两种炉型各有千秋，基于一、二次再热的锅炉而言，在技术上采用塔式锅炉或Π型锅炉均是可行的。
3、结束语
综上所述，采用方案一（单轴、一次再热、主汽压力为28MPa，主汽温度为600℃，再热温度为620℃）和方案二（单轴、两次再热、主汽压力为31MPa，主汽温度为600℃，一次再热温度为620℃，二次再热温度为620℃）在技术上均是可行的，但两者相比较，存在各自特点和不同。