當(dāng)前，世界燃煤火力發(fā)電技術(shù)己進(jìn)入了超超臨界時(shí)代，其發(fā)展思路是采用先進(jìn)蒸汽參數(shù)，提高電廠循環(huán)效率，以降低發(fā)電成本和有害物質(zhì)的排放。目前的主／再熱蒸汽溫度水平已達(dá)到600℃，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)10～20年間將開發(fā)出蒸汽參數(shù)更高(30～35 MPa，650√700℃)的二次再熱機(jī)組，機(jī)組熱效率向50% ～55%邁進(jìn)。
    中國(guó)政府高度重視超超臨界發(fā)電技術(shù)的開發(fā)研究，己將“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”列入國(guó)家"863計(jì)劃”，本文全面介紹了中國(guó)首批600 MW超超臨界燃煤鍋爐的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并對(duì)設(shè)計(jì)中采用的新技術(shù)進(jìn)行探討。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。
1、鍋爐設(shè)計(jì)條件
    本鍋爐設(shè)計(jì)條件是與廣東河源電廠600 MW超超臨界燃煤鍋爐技術(shù)規(guī)范書中提出的技術(shù)要求和國(guó)際上及我國(guó)燃煤電站的發(fā)展趨勢(shì)一致的。
1.1設(shè)計(jì)煤種
    設(shè)計(jì)煤種為安徽淮南煙煤，校核煤種1為山西保德煙煤，校核煤種2為晉北煙煤。表1列出了設(shè)計(jì)和校核煤種的煤質(zhì)特性。
    由表1可見，安徽淮南煙煤和山西保德煙煤均是低鈣、低鈉、低硫、高灰熔點(diǎn)、高揮發(fā)分、易燃盡同時(shí)不易結(jié)渣的動(dòng)力用煤：而晉北煙煤相比之下則極易結(jié)渣。
1.2蒸汽參數(shù)
    廣東河源電廠600 MW機(jī)組選定鍋爐出口蒸汽參數(shù)為26.15 MPa(g)/605c/603℃，對(duì)應(yīng)汽機(jī)的入口參數(shù)為26MPa(a)/600 0C/600℃，鍋爐給水溫度293℃。
    廣東河源電廠600 MW超超臨界機(jī)組的鍋爐由哈鍋與三菱重工(MHI)聯(lián)合設(shè)計(jì)與制造，汽機(jī)則由哈爾濱汽輪機(jī)公司與三菱重工(MHI)聯(lián)合設(shè)計(jì)與制造。
1.3運(yùn)行方式和工況要求
    (1)機(jī)組承擔(dān)基本負(fù)荷，但能參與調(diào)峰，采用定一滑一定運(yùn)行方式。
    (2)鍋爐在燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷為35% BMCR。
    (3)鍋爐有良好的啟動(dòng)特性和負(fù)荷變化適應(yīng)性，鍋爐的動(dòng)態(tài)特性能滿足機(jī)動(dòng)性的要求。
    (4)本鍋爐在25%至100%負(fù)荷范圍內(nèi)以純直流方式運(yùn)行，在25%負(fù)荷以下以帶循環(huán)泵的再循環(huán)方式運(yùn)行，啟動(dòng)系統(tǒng)用以保證啟動(dòng)的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
    (5)低的NO。排放，鍋爐出口NO。排量不超過(guò)400mg/Nm3（干煙氣6%02）。
2、鍋爐設(shè)計(jì)
2.1爐型
    鍋爐采用超超臨界參數(shù)，變壓運(yùn)行，垂直管圈水冷壁直流爐、一次中間再熱，再熱汽調(diào)溫采用尾部煙氣擋板，鍋爐采用強(qiáng)化單切圓燃燒方式，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣，全鋼懸吊構(gòu)架，露天布置燃煤鍋爐。
蒸汽流量：
主蒸汽流量：1795 t/h (BMCR)，1633 t/h  (BRL)：
再熱汽流量：1464 t/h  (BMCR)，1339 t/h  (BRL)；
蒸汽壓力：
過(guò)熱器出口：26.15 MPa.g (BMCR);
再熱器入口：4.83 MPa.g (BMCR);
再熱器出口：4.59MPa.g (BMCR);
蒸汽溫度：
過(guò)熱器出口：605℃(BMCR);
再熱器入口：350℃(BMCR);
再熱器出口：603℃(BMCR);
給水溫度293℃(BMCR)。
    鍋爐熱力參數(shù)如下：爐膛容積熱負(fù)荷84 MW/m3；爐膛截面熱負(fù)荷4.6 MW／rri2;爐膛出口煙溫970℃；屏底煙溫1300℃；鍋爐保證效率93.32%(BRL)。
2.2燃燒方式和爐膛尺寸
    廣東河源電廠600 MW超超臨界鍋爐采用了MHI墻式布置切圓燃燒方式，它具有爐膛熱負(fù)荷分布均勻、溫度偏差小、火焰和煙氣流場(chǎng)穩(wěn)定、煤種適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
    本鍋爐爐膛斷面尺寸為17666 mm（寬）x17628 mm（深），爐膛全高為63.3 m，爐膛截面熱負(fù)荷為4.6 MW／m2，爐膛容積熱負(fù)荷為84 MW/m3，這些數(shù)據(jù)均低于MHI己投運(yùn)的數(shù)臺(tái)600 MW燃煤超超臨界鍋爐的數(shù)據(jù)，符合規(guī)范書的規(guī)定。爐膛的高度基本上取決于爐膛出口煙溫和保證煤粉的燃盡，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范書的要求，對(duì)于灰熔點(diǎn)低、易結(jié)渣的設(shè)計(jì)和核煤煤種，其爐膛出口煙溫為970℃，比灰分軟化溫度低150以上。綜上所述，爐膛的設(shè)計(jì)較為保守，可以確保在爐膛內(nèi)和對(duì)流受熱面不結(jié)渣，安全運(yùn)行。
2.3燃燒系統(tǒng)
    燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：良好的燃盡、低負(fù)荷穩(wěn)燃、低NO。排放和防止結(jié)渣。
    根據(jù)這些要求，廣東河源電廠600 MW超超臨界鍋爐采用了MHI的PM型燃燒器和MACT燃燒系統(tǒng)，PM型的燃燒器見圖1，風(fēng)粉混合物通過(guò)入口分離器分成濃淡二股分別通過(guò)濃相和淡相二只噴嘴進(jìn)入爐膛，由圖2可以看出濃相煤粉濃度高，所需著火熱量少，利于著火和穩(wěn)燃；由淡相補(bǔ)充后期所需的空氣，利于煤粉的燃盡，同時(shí)濃淡燃燒均偏離了NO。生成量高的化學(xué)當(dāng)量燃燒區(qū)，大大降低了NO。生成量，與傳統(tǒng)的切向燃燒器相比，NOx生成量可顯著降低。PM燃燒器由于將每層煤粉噴嘴分開成上下二組，增加了燃燒器區(qū)域高度，降低了燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷，有利于防止高熱負(fù)荷區(qū)結(jié)焦。
    MACT燃燒系統(tǒng)，就是在PM主燃燒器上方一定高度增設(shè)二層AA風(fēng)（附加風(fēng)）噴嘴達(dá)到分級(jí)燃燒目的，這樣整個(gè)爐膛沿高度分成3個(gè)燃燒區(qū)域，即下部為主燃燒區(qū)，中部為還原區(qū)，上部為燃盡區(qū)，這種MACT分級(jí)燃燒系統(tǒng)可使NO。生成量減少25%。
    河源工程每爐配6臺(tái)HP1003型中速磨煤機(jī)，BMCR和BRL時(shí)投運(yùn)5臺(tái)，一臺(tái)備用。
    鍋爐不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷為35% BMCR，鍋爐點(diǎn)火和助燃采用輕柴油，油燃燒器的總輸入熱量按30% BMCR，油槍采用機(jī)械霧化式。
2.4爐膛水冷壁
    600 MW超超臨界鍋爐采用了MHI開發(fā)的世界上最先進(jìn)的垂直管圈水冷壁，膜式水冷壁采用15CrMoG四頭內(nèi)螺紋管焊成，與螺旋管圈相比，垂直型水冷壁的主要優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝：不需用復(fù)雜的張力板結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)或負(fù)荷變化時(shí)熱應(yīng)力較小；較好的正向流動(dòng)特性，在各種工況下保證水動(dòng)力的穩(wěn)定性；阻力較小，比螺旋管圈水冷壁少1/3；不易結(jié)渣。
    在傳統(tǒng)的一次上升垂直水冷壁的基礎(chǔ)上，本工程中又加裝了帶有二級(jí)分配器的水冷壁中間集箱，以降低水冷壁出口沿爐膛周界的工質(zhì)溫度偏差。根據(jù)MHI的經(jīng)驗(yàn)，加裝了帶有二級(jí)混合器的水冷壁中間集箱后，水冷壁出口溫度偏差可減少1/3以上。
    超超臨界垂直管圈水冷壁與螺旋管圈水冷壁比較，具有正向流動(dòng)特性，因此鍋爐水冷壁管中的流量分配與其吸熱量是匹配的。與螺旋管圈水冷壁管內(nèi)質(zhì)量流速相比，由于垂直管圈水冷壁管采用較低的管內(nèi)的質(zhì)量流速，因此水冷壁管內(nèi)水的流速較低，沿程阻力與螺旋管圈水冷壁相比較小，在整個(gè)上升水冷壁管的阻力之中凈位壓頭占主導(dǎo)地位，因此垂直管圈水冷壁中的流量分配是正的流量特性，能與管子的吸熱量很好的匹配，使水冷壁管得壁溫更加均勻。
    另一項(xiàng)重大改進(jìn)是將水冷壁入口的控制流量的節(jié)流孔圈由傳統(tǒng)的裝在水冷壁下集箱內(nèi)改為裝在水冷壁集箱的出口管接頭上，以便于在運(yùn)行和調(diào)試過(guò)程中更換節(jié)流孔圈，同時(shí)由于增加了裝節(jié)流孔圈的管段直徑，因此也提高流量調(diào)節(jié)的幅度。
    為增加水冷壁入口節(jié)流孔圈的節(jié)流程度，將兩根∮28的水冷壁管合并成為一根∮38的管子，然后再由兩根∮38的管子合并為一根舛2的管子，在較粗的管子上面加裝較大的節(jié)流孔圈可以起到較好的節(jié)流效果。同時(shí)內(nèi)螺紋管的采用又進(jìn)一步提高了水冷壁的可靠性，由于滑壓運(yùn)行的超超臨界鍋爐的運(yùn)行中要經(jīng)歷啟動(dòng)階段的再循環(huán)模式、亞臨界和近臨界的直流運(yùn)行和超臨界直流等3個(gè)階段，內(nèi)螺紋管的采用有利于防止亞臨界低干度區(qū)發(fā)生DNB（膜態(tài)沸騰）和控制近臨界高干度區(qū)發(fā)生DRO（干涸）時(shí)壁溫上升的幅度，此外還可以采用較低的質(zhì)量流速以達(dá)到降低水冷壁阻力目的，近年來(lái)，內(nèi)螺紋管在超臨界和超超臨界鍋爐上己被各公司廣泛采用。
    對(duì)于垂直管圈水冷壁的設(shè)計(jì)一般按相鄰兩管出口溫差130℃來(lái)計(jì)算30年使用壽命，但在水冷壁入口節(jié)流孔圈經(jīng)過(guò)調(diào)試后，水冷壁出口相鄰兩管的出口溫度保證控制在30℃以內(nèi)，因此水冷壁的運(yùn)行是安全的。
2.5承壓部件鋼材
    超超臨界技術(shù)的發(fā)展是建立在材料技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上，提高主蒸汽參數(shù)特別是溫度時(shí)主要受影響的承壓部件為爐膛水冷壁、高溫過(guò)熱器和高溫再熱器這些部件。
    水冷壁管材主要決定于所選用的水冷壁出口溫度，由于本鍋爐水冷壁出口溫度較低(431℃)因此仍可采用低鉻的15CrMoG管子，這種膜式水冷壁管屏不需作整屏焊后熱處理，現(xiàn)場(chǎng)安裝對(duì)接焊口也下需要焊后熱處理。
    由于本鍋爐的主汽溫度和再熱汽溫度分別為605℃和603℃，在這樣高的溫度下，高溫過(guò)熱器和再熱器管的最高壁溫可達(dá)到640～650℃，除了要求鋼材有很好的熱強(qiáng)性外，管子內(nèi)壁的蒸汽氧化和外壁的高溫腐蝕問(wèn)題也不能忽視，必須采用熱強(qiáng)性高、抗蒸汽氧化和煙側(cè)高溫腐蝕的新型高鉻奧氏體鋼。本鍋爐的三級(jí)過(guò)熱器（屏式過(guò)熱器）和四級(jí)過(guò)熱器的蛇形管（爐內(nèi)部分）均由超級(jí)304H (ASME Code Case2328)和HR3C  (ASME Code Case 2115)組成，前者為含銅達(dá)3%的細(xì)晶粒奧氏體鋼，即18CrlONi3Cu，后者為含鉻達(dá)25%含鎳達(dá)20%并含有少量鈮的高鉻奧氏體鋼，即25Cr20NiNb。這兩種鋼材在日本的蒸汽溫度達(dá)600℃等級(jí)的超超臨界鍋爐已廣泛采用。三菱公司己在三隅等7臺(tái)超超臨界鍋爐中采用，并己取得了良好的運(yùn)行業(yè)績(jī)。
    在高溫的集箱和導(dǎo)管鋼材方面仍采用傳統(tǒng)的9CrlMo，即SA-335 P91，這種鋼材具有高的熱強(qiáng)性和良好的工藝性（即焊接性能）。在鍋爐過(guò)熱器出口由于蒸汽溫度己達(dá)到600℃，同時(shí)考慮蒸汽溫度偏差，最高蒸汽溫度約為6”℃左右，在此溫度下采用P91集箱的壁厚將達(dá)到140 mm．而且其抗高溫氧化的能力也大大下降，考慮以上因素后，鍋爐過(guò)熱器出口集箱材料采用含Cr量達(dá)12%的P92，解決了高溫氧化的問(wèn)題。
2.6鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)
    通過(guò)對(duì)3種內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)的比較，我們認(rèn)為雖然帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)初投資大，但啟動(dòng)過(guò)程中能回收工質(zhì)及熱量，因此采用了經(jīng)濟(jì)性最好的帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)。
    由于水冷壁系統(tǒng)的出口溫度即分離器的入口溫度為434℃，因此分離器和貯水箱均由SA335-P12制成，它們是除過(guò)熱器出口集箱外的僅有厚壁元件，每臺(tái)鍋爐配備2臺(tái)汽水分離器和一只分離器貯水箱。
    為了盡可能減少啟動(dòng)期間工質(zhì)熱損失，由分離器貯水箱底部引出的疏水總管的3根通往疏水?dāng)U容器的支管上各裝一只大直徑的分離器疏水（水位）調(diào)節(jié)閥和節(jié)流孔板，在啟動(dòng)初期包括冷態(tài)清冼、汽水膨脹和熱態(tài)清洗期間，只要水質(zhì)合格就將這些擴(kuò)容后的疏水全部送往冷凝器回收，若水質(zhì)不合格，則排向廢水集水槽不予回收。
    由于裝設(shè)了上述大直徑疏水調(diào)節(jié)閥，當(dāng)再循環(huán)泵事故解列時(shí)，鍋爐也能完成正常的啟動(dòng)，前提是必須裝一只容量足夠的大氣式疏水?dāng)U容器，這是由于冷凝器接收分離器疏水的數(shù)量所限制的。
    由于鍋爐的最低直流負(fù)荷為25% BMCR，再循環(huán)泵的設(shè)計(jì)流量也按25% BMCR．但在啟動(dòng)過(guò)程中再循環(huán)泵的最大實(shí)際流量也只有20% BMCR，其原因是在啟動(dòng)過(guò)程初期鍋爐給水泵始終保持著5% BMCR的最小給水量，而整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中水冷壁系統(tǒng)始終保持25% BMCR的流量不變。采用再循環(huán)泵后可以大大減少啟動(dòng)初期的工質(zhì)及熱量的損失。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。
3、結(jié)束語(yǔ)
    國(guó)際上600 MW容量等級(jí)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組已是成熟技術(shù)，機(jī)組可用率已達(dá)到傳統(tǒng)的超臨界機(jī)組的水平。面對(duì)中國(guó)對(duì)電力的迫切需要和發(fā)電行業(yè)的激烈競(jìng)爭(zhēng)以及日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，中國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)對(duì)大容量超超臨界機(jī)組的市場(chǎng)要求。
    三菱重工所提供的技術(shù)支持和所采用的各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)將和我公司已有的雄厚的設(shè)計(jì)和制造方面的能力相結(jié)合，我們深信作為中國(guó)首批600 MW等級(jí)超超臨界鍋爐的河源電廠鍋爐將代表當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)水平的超超臨界燃煤鍋爐技術(shù)，在大幅度提高中國(guó)的火力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和改善環(huán)保方面將作出重大貢獻(xiàn)。