我國(guó)自上世紀(jì)90年代引進(jìn)超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組技術(shù)以來(lái)，超臨界機(jī)組已得到了越來(lái)越廣泛的認(rèn)可和使用，因此在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行等方面也積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)由丁各個(gè)電廠選用的煤種以及電廠所處地域的環(huán)境特點(diǎn)各有不同，在具體的設(shè)備選型過(guò)程中又都存在著不同的要求。下面以新疆準(zhǔn)東2×350MW超臨界在建機(jī)組為例，具體分析有關(guān)設(shè)備選型中的一些方法和問(wèn)題。
一、鍋爐的燃料特性及參數(shù)
    神華新疆準(zhǔn)東電廠一期為東方鍋爐廠引進(jìn)BHK公司技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的2×350MW超臨界間接空冷燃煤發(fā)電機(jī)組，配兩臺(tái)超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈、一次中間再熱、前后墻對(duì)沖燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉布置、全鋼構(gòu)架、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)的Ⅱ型單爐膛直流鍋爐。表1為鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。
    煤種采用采用新疆準(zhǔn)東煤田西部礦區(qū)五彩灣井田的煙煤，煤質(zhì)分析如表2。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
二、鍋爐機(jī)組的設(shè)備選型與分析
    1．制粉系統(tǒng)。準(zhǔn)東電廠一期工程中制粉系統(tǒng)采用帶MPS磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，每臺(tái)爐配備5臺(tái)磨煤機(jī)，其中一臺(tái)備用。
    在正壓直吹制粉系統(tǒng)中，一般電廠有選用中速磨煤機(jī)的，也有選用雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的，該工程選用設(shè)計(jì)煤種HCl=102．可磨性指數(shù)較大，屬于易磨煤的范圍，且由于電廠屬坑口電站，燃煤供應(yīng)較為穩(wěn)定，故MPS中速磨煤機(jī)可以滿足煤粉細(xì)度的要求。
    此外，在煤粉細(xì)度可以保證的前提下，該工程選用MPS中速磨較雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)而言，投資成本和運(yùn)行成本而言都相對(duì)較低。一方面，從制粉電耗來(lái)說(shuō)，中速磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)的電耗一般為(8-9)Kw．h，噸煤，而雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的直吹式制粉系統(tǒng)的電耗較高，一般為(14-17) Kw．h，噸煤，因此從運(yùn)行成本來(lái)講，中速磨煤機(jī)更為經(jīng)濟(jì)；另一方面，從初投資來(lái)說(shuō)，中速磨煤機(jī)的直吹式制粉系統(tǒng)中輔助設(shè)備數(shù)量較少，而雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的直吹式制粉系統(tǒng)輔助設(shè)備數(shù)量繁多，特別不同于其他磨煤機(jī)的是單臺(tái)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)要配備兩臺(tái)原煤倉(cāng)，兩臺(tái)給煤機(jī)，所以從初投資的角度考慮中速磨煤機(jī)的正壓直吹式制粉系統(tǒng)投資相對(duì)較低。
    2．燃燒系統(tǒng)。燃燒設(shè)備是鍋爐中最關(guān)鍵的設(shè)備，其性能優(yōu)劣不僅關(guān)系到爐內(nèi)能否組織良好燃燒、低負(fù)荷能否達(dá)到穩(wěn)燃的問(wèn)題，同時(shí)也關(guān)系到能否有效降低NOx排放量的問(wèn)題。該工程選用的煤種為新疆準(zhǔn)東煤田西部礦區(qū)五彩灣井田的煙煤，燃燒器采用最新型低NOx旋流燃燒器，燃燒方式采用前后墻對(duì)沖燃燒方式。燃燒器初步設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3，
    每組燃燒器總高度為7.77m（不含燃盡風(fēng)），燃燒器數(shù)量為4x5（布置l層微油油槍和l層常規(guī)油槍）。常規(guī)油槍單只出力約1500 kg/h微油點(diǎn)火的單只油槍出力不大于100 kg/h。
    對(duì)于東方鍋爐廠設(shè)計(jì)的超臨界機(jī)組，所采用的最新型低NOx旋流燃燒器一方面具有煤粉燃燒溫度和煤種適應(yīng)好的特點(diǎn)，另一方面同時(shí)降低了NOx的排放量。其主要工作原理是在一次風(fēng)管內(nèi)裝置煤粉濃縮器，煤粉濃縮器使煤粉氣流產(chǎn)生徑向分離，濃煤粉氣流從一次風(fēng)管圓周外側(cè)經(jīng)過(guò)一次風(fēng)管出口處的穩(wěn)焰齒環(huán)進(jìn)入環(huán)形回流區(qū)著火燃燒；淡煤粉氣流從一次風(fēng)管中心區(qū)域噴入爐內(nèi)，并進(jìn)入內(nèi)回流區(qū)著火燃燒。同時(shí)將傳統(tǒng)的二次風(fēng)分為兩部分：內(nèi)二次風(fēng)和外二次風(fēng)，這兩股風(fēng)均布置有各自的調(diào)風(fēng)器，以便于在運(yùn)行調(diào)整風(fēng)量和旋流強(qiáng)度。
    低NOx旋流燃燒器采用“火焰內(nèi)NOx還原”的思想，實(shí)現(xiàn)了單噴口分級(jí)燃燒，在不降低火焰溫度的同時(shí)使得NOx的排放急劇減少；同時(shí)整個(gè)爐膛內(nèi)燃盡風(fēng)占近20%的總風(fēng)量的設(shè)置，將整個(gè)爐膛分為燃燒器區(qū)、還原區(qū)、燃盡區(qū)，組織了全爐膛的分級(jí)燃燒，在這兩方面的共同作用下使得NOx排放的減少和未燃燼碳損失的增加這一矛盾得到了很好的解決，既可以達(dá)到高效率燃燒，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了低NOx排放。
    對(duì)于煤粉鍋爐而言，煤粉和燃燒空氣由燃燒器給入，風(fēng)粉氣流的燃燒是在爐膛內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程中完成的。爐內(nèi)的燃燒過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，從而使得爐膛布置、燃燒器結(jié)構(gòu)以及燃燒過(guò)程間的關(guān)系更為復(fù)雜，同時(shí)還需要考慮燃料燃燒特性和灰分特性等問(wèn)題。該工程中選用的煤種特點(diǎn)是揮發(fā)分高，水分大，具有一定的結(jié)渣傾向，綜合考慮以上因素并參考其他投運(yùn)的超臨界機(jī)組，最終確定了爐膛的尺寸，爐膛寬15101.2mm，深13678.8mm，高58000，在設(shè)計(jì)煤種B-MCR工況下，其截面熱負(fù)荷為4.47 MW/m2，容積熱負(fù)荷為86.80 kW/m3，燃燒器區(qū)域面積熱負(fù)荷為1.49 MW/m2。
3．水冷壁系統(tǒng)。該工程水冷壁結(jié)構(gòu)采用全焊接的膜式水冷壁，分為上下2部分，內(nèi)螺紋管螺旋管圈位于爐膛下部組成膜式水冷壁，圍繞爐膛螺旋上升，從而使得在爐膛中的吸熱量比較均勻，爐膛內(nèi)熱負(fù)荷沿高度、深度和寬度的分布不均勻?qū)�管壁的熱偏差�?wèn)題基本影響不大，爐膛上部通過(guò)中間過(guò)渡段水冷壁轉(zhuǎn)換成垂直上升管，可保證必要的工質(zhì)流速和受熱均勻性，特別適用于變壓運(yùn)行。具體參數(shù)如表4。
    超臨界機(jī)組螺旋管圈水冷壁較垂直管圈水冷壁可以更容易地滿足變壓運(yùn)行的要求。由于管子根數(shù)少，采用了較高的質(zhì)量流速，在所有的負(fù)荷范圍內(nèi)均能保證管壁溫度不超過(guò)允許溫度，并且在壓力較低時(shí)水動(dòng)力也十分穩(wěn)定。同時(shí)由于水冷壁管圈繞爐膛周界盤(pán)旋上升，各根管子受熱較均勻，使得水冷壁出口溫度偏差小，下部螺旋管圈采用內(nèi)螺紋管，提高了水冷壁安全裕度，不需在水冷壁入口處加設(shè)節(jié)流圈。
    此外水冷壁布置和燃燒設(shè)備的選型二者并不是孤立的。燃燒對(duì)水冷壁工質(zhì)吸熱有影響、水冷壁的布置反過(guò)來(lái)又會(huì)對(duì)燃燒設(shè)備的安裝及正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，對(duì)于螺旋管罔型水冷壁選擇旋流燃燒器較直流燃燒器更易于設(shè)備的布置和安裝。
    4．過(guò)熱器、再熱器系統(tǒng)。過(guò)熱器采用3級(jí)布置，即低溫過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器和末級(jí)過(guò)熱器；再熱器為兩級(jí)布置，即低溫再熱器和末級(jí)再熱器。具體參數(shù)如表5、6所示
    過(guò)熱器配置二級(jí)噴水減溫裝置，且左右能分別調(diào)節(jié)。一級(jí)噴
水減溫的位置在后屏過(guò)熱器前，二級(jí)噴水減溫位于高溫過(guò)熱器前。再熱器主要采用擋板調(diào)溫。正常工況再熱蒸汽不采用噴水減溫，事故上況下減溫器的噴水量約3%再熱蒸汽流量。
    5．鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)。超臨界鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)與汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)統(tǒng)稱為啟動(dòng)旁路系統(tǒng)，系統(tǒng)匹配的好壞是鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)啟停、低負(fù)荷運(yùn)行的重要保證。直流鍋爐在啟動(dòng)過(guò)程中必須保持最低的循環(huán)水流量，使水冷壁內(nèi)有足夠的水流量冷卻水冷壁。由于啟動(dòng)初期燃料量投入的少，進(jìn)入鍋爐的水不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝�，采用�?nèi)置分離器進(jìn)行汽水分離，并由相應(yīng)管路組成啟動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時(shí)在啟動(dòng)前可作為循環(huán)清洗的回路，并在啟動(dòng)過(guò)程中回收工質(zhì)和熱量。內(nèi)置式啟動(dòng)分離器系統(tǒng)由于疏水回收系統(tǒng)不同，基本可分為擴(kuò)容器式、循環(huán)泵式和不帶循環(huán)泵式三種。
    該工程選用了帶擴(kuò)容器式啟動(dòng)系統(tǒng)。啟動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表5。
    帶擴(kuò)容器式的啟動(dòng)系統(tǒng)的熱量損失介于另兩種系統(tǒng)之間。它在啟動(dòng)過(guò)程中，滿足除氧器參數(shù)時(shí)可以回收并利用大部分工質(zhì)和熱量，僅在儲(chǔ)水箱水位較高時(shí)有部分水排入凝汽器造成熱量損失，但工質(zhì)可以回收。該啟動(dòng)系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)在于既可以帶基本負(fù)荷，也可以深度調(diào)峰。停爐過(guò)程中可以同收大部分熱量和全部工質(zhì)，且不用再循環(huán)泵，廠用電少，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較好。
    6．除渣系統(tǒng)
本工程的除渣系統(tǒng)采用的是風(fēng)冷式機(jī)械除渣系統(tǒng)，爐底除渣裝置采用風(fēng)冷式排渣機(jī)。風(fēng)冷式除渣系統(tǒng)在提高鍋爐熱效率、節(jié)約水資源、灰的綜合利用等方面具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。
    傳統(tǒng)的濕式排渣系統(tǒng)排渣直接落入水槽中，可燃物不能繼續(xù)燃燒，產(chǎn)生機(jī)械不完全燃燒熱損失，而風(fēng)冷式排渣系統(tǒng)采用空氣冷卻熱渣，不會(huì)發(fā)生大渣和水�；�產(chǎn)生的爆炸現(xiàn)象，渣中未完全燃燒的炭在于式排渣機(jī)中再燃燒，燃燒后的熱量和熱渣中所含的熱量由冷卻風(fēng)帶入爐膛，減少熱量損失，從而提高了鍋爐的熱效率。此外風(fēng)冷式排渣系統(tǒng)采用自然風(fēng)冷卻熱渣，不需要水冷卻熱渣，可以大量地節(jié)約水資源，同時(shí)無(wú)廢水排放，不需設(shè)置水處理系統(tǒng)，可以節(jié)省占地面積和投資，利于環(huán)保。排出的干渣中氧化鈣等物質(zhì)未被破壞，可直接用作建筑材料，綜合利用率高。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
三、結(jié)論及建議
    1．準(zhǔn)東電廠350MW超臨界鍋爐設(shè)計(jì)理念較為新穎，技術(shù)先進(jìn)，綜合考慮了設(shè)計(jì)煤種水分大難著火、降低NOx排放量、減小總體電耗等多方面因素，可以為其他超臨界機(jī)組的建設(shè)提供借鑒和參考。
    2．以已投產(chǎn)的300MW、600MW超臨界鍋爐機(jī)組調(diào)試和生產(chǎn)的性能參數(shù)為依據(jù)，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，通過(guò)精準(zhǔn)的設(shè)備選型為今后機(jī)組的運(yùn)行和生產(chǎn)管理提供了較大的優(yōu)化空間。
    3．超臨界機(jī)組引進(jìn)我國(guó)已有相當(dāng)一段時(shí)間，但由于我國(guó)各地煤種、環(huán)境特點(diǎn)各有不同，因此在具體的設(shè)備選型過(guò)程中，不可照搬照抄，要根據(jù)各自的實(shí)際情況選擇相應(yīng)的設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)超臨界機(jī)組綜合效率的提升。