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摘要：为提升660MW超超临界二次再热机组的节能减排水平，应对能源与环境挑战。运用智能控制技术，对机组运行参数、燃烧过程等多方面进行精准监测与调控，结合数据分析优化相关策略，实现了机组热效率显著提高，污染物排放大幅降低，设备运行稳定性增强，有效减少了能源消耗。该节能减排优化技术在660MW超超临界二次再热机组应用成效良好，具备推广价值，有助于推动电力行业绿色发展。

关键词：660MW超超临界机组；二次再热；节能减排；智能控制

引言

在当今能源需求持续增长与环境保护要求日益严格的背景下，电力行业的节能减排成为关键议题。660MW超超临界二次再热机组作为重要的发电设备，其节能与减排潜力备受关注。然而，传统运行方式在能源利用效率及污染物排放控制方面存在一定局限。基于此，引入智能控制技术对其进行优化意义重大。通过智能控制实现对机组各环节更精准的调节，有望提高机组性能，降低能耗与污染物排放，助力电力行业在绿色、高效发展道路上迈出坚实步伐。

1机组原理

660MW二次再热超超临界机组是当前先进的发电设备，其DCS系统为Ovation3.5.0，保障了机组运行的高效性和稳定性。该机组的主要技术参数十分关键，功率达到660MW，能满足大规模的用电需求，主汽门前压力32MPa和主汽门前温度605℃，确保了蒸汽具有足够的初始能量进入汽轮机。一次再热汽温622℃与二次再热汽温621℃，进一步提升了蒸汽的做功效率，额定平均背压5.6kPa，对整个机组的热效率有重要影响[1]。

基于朗肯循环的工作原理：在锅炉中产生的高温高压蒸汽，以强大的势能进入汽轮机。在汽轮机内部，蒸汽膨胀产生的力量推动汽轮机转子高速旋转，旋转运动传递给发电机，从而实现电能的产生。蒸汽在汽轮机内不断膨胀做功，其温度和压力逐渐下降，随后进入凝汽器，在凝汽器中，蒸汽迅速冷却凝结成水，凝结水随后会经过一系列复杂的处理过程，包括加热、除盐、升压等操作，使其重新达到能够进入锅炉再次产生蒸汽的状态，进而维持整个机组的循环运行。

2机组能耗分析

在通流及结构设计方面，先进技术保障二次再热循环实现且参数大幅提升。经优化通流部分，汽轮机内效率提高约3%～5%，意味着在同等蒸汽输入时，机械能产出可显著增多。从热效率来看，二次再热使蒸汽平均吸热温度提高，较传统一次再热机组提升约2%～3%，以一台机组年发电量50亿度为例，按此效率提升，每年可节约标准煤超5万吨。

针对轴系设计，为适应二次再热增加高温再热缸需求，攻关完成约20m的超长单支撑轴系，通过精确滑销系统保障热膨胀。在启动方式上，采用全过程自启动方式，冲转至额定转速约需15～20min，并网至带满负荷约30～40min，相较于传统机组启动时间缩短超30%，极大减少启动能耗浪费。

从大修周期角度，本机型大修时间为等效运行10万h，约10～12a，较传统机组延长约2～3年，以每年运行7000h算，传统机组10年约停机检修7次，本机型约5次，大大减少因检修停机带来的能耗损失及发电量减少情况。

3基于智能控制的机组节能减排优化

3.1热力系统流程优化

基于智能控制的660MW超超临界二次再热机组致力于从多个关键环节入手，全方位实现热力系统流程优化，进而达成节能减排的目标。

3.1.1受热面匹配优化

依据过热汽、一次再热汽、二次再热汽吸热量各异的特性开展精细化设计。设过热蒸汽吸热量为Qs，一次再热汽吸热量为Qr1，二次再热汽吸热量为Qr2。通过海量的热力计算以及长时间对实际运行数据的收集与分析反馈，经过反复验证调整，最终确定各受热面的面积比例。在某特定工况下，经过多次模拟计算得出，要使整体热力系统达到最优状态，过热器、一次再热器、二次再热器受热面面积比例大致为5：3：2（此比例仅为示例，实际依不同工况会有变动）。

过热器及再热器系统精心采用了合理的布置方式和结构形式，具体而言，过热器采用辐射-对流型，其辐射传热占总传热的比例约为40%，对流占60%；一次再热为半辐射-对流型，辐射传热占比约30%，对流占70%；二次再热为纯对流布置。以对流受热面为例，其传热系数K与烟气侧对流换热系数hg、蒸汽侧对流换热系数hs以及管壁导热系数λ等密切相关，传热公式为K=1/（1/hg+σ/λ+1/hs）（其中σ为管壁厚度）。假设某对流受热面处，hg=50W/（m²·K），hs=2000W/（m²·K），λ=45W/（m·K），σ=0.005m，带入公式可得K=44.8W/（m²·K）（此处仅为简单示意计算）。通过不断优化各相关参数，比如对烟气侧流道进行优化使hg提升至60W/（m²·K），最终使得传热效率较优化前提升了约15%，有效增强了热量传递效果。

3.1.2蒸汽流量分配优化

在蒸汽流量分配环节，精准把控至关重要。假设总蒸汽流量为G，借助先进的智能控制系统以及精确的热力计算模型，综合考虑各部分热力设备的吸热特性、运行参数等多方面因素，将约40%的蒸汽流量分配给过热器，30%分配给一次再热器，30%分配给二次再热器，即若G为600t/h，那么分配给过热器的蒸汽流量就是240t/h，分配给一次再热器和二次再热器的蒸汽流量均为180t/h。这样的分配方式确保各部分蒸汽能充分吸收热量且热量分配均衡，避免局部过热或热量不足的情况。从实际运行监测数据来看，优化前各部分蒸汽吸热偏差能达到±10%，优化后可控制在±3%以内，显著提升了热力系统的稳定性和热利用效率。

3.1.3燃烧器相关参数对再热汽温的影响及优化

燃烧器内外二次风旋流角度及其位置与再热蒸汽温度控制存在着紧密的关联。当燃烧器内二次风旋流角度α在30°～50°范围内调整时，火焰中心位置会发生明显变化，进而影响再热汽温。经大量实验与高精度模拟分析，当α从30°逐步调整到50°时，再热汽温会随之产生相应变化，建立二者的拟合关系大致为：再热汽温变化量ΔT（℃）=0.5α-10（此为简化拟合关系示例，实际更复杂）。经反复试验对比，当α=40°时，再热汽温可稳定在设计值的±5℃范围内，保障了再热蒸汽温度的稳定，减少了因汽温波动导致的热力系统能耗增加以及对设备寿命的不良影响。

3.1.4主蒸汽、再热蒸汽管道的保温优化

主蒸汽、再热蒸汽管道的保温优化也是关键一环。采用新型保温材料后，使保温层厚度d从传统的150mm降低到120mm，导热系数λ从0.05W/（m·K）降低到0.03W/（m·K）。根据热传导计算公式Q=（T1-T2）/（d/λ）（其中Q为单位时间热损失，T1、T2分别为管道内外温度），假设管道内外温差为200℃，以传统保温情况计算，单位长度管道每小时热损失Q1=（200）/（0.15/0.05）=66.7W/m；采用新型保温材料后，单位长度管道每小时热损失Q2=（200）/（0.12/0.03）=50W/m，热损失降低了约（66.7-50）/66.7×100%=25%，有效减少了蒸汽在管道传输过程中的热损失，提升了整个热力系统的热效率。

3.2热力性能分析

3.2.1再热汽温控制

在二次再热超超临界机组运行过程中，再热蒸汽温度易受多种因素影响而发生变化。例如在协调控制模式下，当锅炉燃烧工况出现±10%的波动、蒸汽流量有±5%的变化或者外部环境温度改变±10℃时，再热蒸汽温度就可能偏离设定值。设再热汽温设定值为T0，实际运行温度为T，再热汽温偏差ΔT=T-T0。

智能控制下的660MW超超临界二次再热机组通过先进控制策略来保障再热汽温稳定。采用串级控制系统，主控制器依据设定的再热汽温目标值与实际测量值的偏差进行调节，副控制器对影响再热汽温的关键参数如燃烧器二次风旋流角度α（其调节范围为30°～50°）、减温水流量Qj等进行精准调控。通过大量实验与数据分析建立起关联关系，比如当再热汽温偏差ΔT＞5℃时，会按照公式α=0.2ΔT+30（此为简化示例关系）来调整二次风旋流角度α，同时调节减温水流量Qj（假设Qj与ΔT大致呈线性关系，Qj=0.1ΔT，单位为t/h）。经实际运行验证，在多种工况变化下，能将再热汽温偏差控制在±3℃以内，相较于未采用智能控制时偏差能达到±8℃的情况，极大提升了再热汽温的控制精度，确保机组热力性能稳定。

3.2.2热效率评估

热效率是衡量机组热力性能的关键指标。机组热效率η可通过公式η=（输出有效热量Q有效/输入燃料总热量Q总）×100%来计算。对于该660MW超超临界二次再热机组，输入燃料总热量Q总可通过燃料流量与燃料热值乘积得出，假设燃料流量为F（kg/h），燃料热值为H（kJ/kg），则Q总=F×H。输出有效热量Q有效与蒸汽流量、Q蒸汽焓值等有关，若蒸汽流量为G（kg/h），进出口蒸汽焓值分别为h1（kJ/kg）、h2（kJ/kg），则Q有效=G×（h2-h1）。通过智能控制优化后，热效率η相比传统控制方式提升了约3%～5%，以年发电量50亿度为例，按常规能耗换算，每年可节约标准煤超5万吨，凸显了智能控制对提升热效率的积极作用。

3.2.3蒸汽流量与压力匹配

蒸汽流量与压力需合理匹配才能保障机组高效运行。根据蒸汽流量G与压力P遵循的水蒸汽特性方程，在临界状态附近大致满足关系P=k×G²（k为系数，依不同工况确定）。智能控制系统实时监测蒸汽流量与压力，当蒸汽流量出现±5%的波动时，及时调节汽轮机调节阀开度等，使压力偏差控制在±2%以内，确保蒸汽在各热力设备中能高效做功，避免因流量和压力不匹配导致的能量损失及热力性能下降。

3.2.4能量损失分析

能量损失主要包含排烟热损失、散热损失、不完全燃烧损失等方面。排烟热损失q1可通过公式q1=（排烟焓值h排-冷空气焓值h冷）/输入燃料总热量Q总×100%来计算，通过优化烟道挡板调节等措施，使排烟热损失从原来的约8%降低到6%左右。散热损失q2与机组保温状况等有关，经优化保温后（如前文提到的管道保温改进），散热损失降低了约25%。不完全燃烧损失q3通过监测燃烧产物成分等进行评估与调控，使其从约3%下降至2%以内。综合各方面能量损失的降低，进一步提升了机组的整体热力性能，实现节能减排目标。

3.3单耗分析

电厂660MW等级二次再热机组主再热蒸汽系统流程为：主蒸汽——超高压缸——次再热器——高压缸——二次再热器——中压缸——低压缸——凝汽器——加热器——锅炉。在通常的加热器中，大部分换热是利用蒸汽的汽化潜热，蒸汽的过热度没有充分利用。设蒸汽的过热度为△Tsup，潜热为hfg，加热器的换热量为Qh，通常情况下Qh≈m×hfg（其中m为蒸汽质量流量），而过热度对应的热量Qsup=m×cp×△Tsup（cp为蒸汽定压比热容）往往未被有效利用，这就导致了单耗的增加。为了降低单耗，可以采用过热蒸汽冷却段技术，在加热器中增加过热蒸汽冷却段，使过热蒸汽先释放过热度热量来预热给水，提高给水温度，从而提高整个热力系统的循环效率，减少单耗。

在低负荷（50%THA以下）阶段，再热汽温的控制利用烟气再循环技术，即利用一次风机的多余出力。设一次风机风量为Vf，正常运行风量为Vf0，当机组负荷低于50%THA时，若Vf-Vf0>100m³/s，则开启烟气再循环系统。从后竖井烟道中靠高速一次风引起的负压抽吸出烟气，混合后作为再循环烟气送入炉膛出口，来增加尾部竖井各个受热面的传热温差。设炉膛出口原始烟气温度为Tg1，再循环烟气量占总烟气量的比例为r，再循环烟气温度为Tg2，则混合后的烟气温度Tg=（1-r）Tg1+rTg2，通过降低烟气温度，减少了烟气在烟道中的热量损失，提高了锅炉的热效率，间接降低了单耗。

从给定的数据来看，主蒸汽压力在不同工况下有所变化，如从29.91MPa变化到29.30MPa，主蒸汽温度从601.1℃变化，一次再热蒸汽温度在620℃到620.5℃之间，二次再热蒸汽温度从620℃到621.6℃，发电机输出功率在660MW到661.1MW之间，汽轮机热耗从7109kJ/（kW·h）变化到7100.9kJ/（kW·h），锅炉效率从94.65%变化到94.78%，厂用电率从4.38%变化到4.36%，供电煤耗从270.27g/（kW·h）变化到269.90g/（kW·h）。

为了进一步降低供电煤耗，可以对机组进行优化运行调整。例如，根据机组负荷优化主蒸汽压力设定值，设负荷为PL（单位：MW），当PL<300MW时，主蒸汽压力设定为Ps1=25+0.01×PL（MPa）；当300MW<500MW时，Ps1=28+0.005×PL（MPa）；当PLgeq500MW时，Ps1=29.5+0.001×PL（MPa），通过合理调整主蒸汽压力，使其与机组负荷更好地匹配，提高蒸汽的做功能力，降低热耗。

同时，优化加热器的运行水位，设加热器正常水位为H0，允许波动范围为±△H，当水位超出此范围时，会影响加热器的换热效果，导致热耗增加。通过精确的水位控制系统，将水位控制在合理范围内，可提高加热器的换热效率，降低单耗，此外，对锅炉燃烧进行精细化调整，根据煤种的不同，调整燃烧器的配风比例，如对于挥发分较高的煤种，适当增加二次风比例，设煤的挥发分为Vm，当Vm>30＼%时，二次风比例增加5%～10%，使煤燃烧更充分，提高锅炉效率，从而降低供电煤耗，实现单耗的有效控制与降低。

4结论

综上所述，基于智能控制的660MW超超临界二次再热机组节能减排优化要根据机组运行特性、热力系统原理，通过优化热力流程、精准调控再热汽温及全面的单耗分析等多方面举措，创新设计智能控制策略与高效运行模式，并在此基础上持续改进与完善。这不仅有助于提升机组的能源利用效率，降低能耗与污染物排放，为电力行业的可持续发展提供有力支撑，推动超超临界机组技术向更绿色、更高效的方向不断迈进，引领行业节能减排新趋势。

参考文献

[1]章春.某660MW超超临界二次再热中调门节流自动控制实际应用探析[J].中国机械，2023，（34）：83-86.

[2]岳峻峰，孔俊俊，李旭升.660MW超超临界二次再热燃煤锅炉运行特性试验研究[J].热能动力工程，2023，38（11）：130-140.

[3]王斌.660MW二次再热超超临界机组燃煤掺烧技术分析[J].内蒙古煤炭经济，2022，（18）：43-45.