0、前言
    吳涇電廠兩臺600MW亞臨界控制循環鍋爐是上海鍋爐廠有限公司自主開發的新產品，也是上海鍋爐廠有限公司從300MW鍋爐躍向600MW鍋爐的一個新起點。為了達到精品創優工程要求，上海市重點辦及電站項目辦在技術攻關方面組織協調安排了一批攻關課題，拉開了600MW亞臨界鍋爐開發與研制的序幕，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒秸稈顆粒機、木屑顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質顆粒燃料。
1、600MW亞臨界控制循環鍋爐的前期開發
    首先，對國內其它鍋爐制造廠生產的600MW鍋爐及幾年來各大電廠從國外引進的600MW鍋爐進行了全面的調研。調研這些產品在投入運行后所暴露出來的性能設計、結構設計、安裝調試方面的問題，弄清問題產生的原因，提出在新設計中所應采取的對策和科技攻關的課題側重，特別是新工藝、新材料、新焊接技術的開發應用。
1.1國產引進型600MW鍋爐存在的問題
1.1.1溫度偏差
    爐膛出口左右兩側煙溫偏差嚴重，導致主蒸汽溫度也有偏差，（最大達50～60℃）。
1.1.2再熱器爆管
    處于爐內一側高溫區的再熱器管常常發生爆管，嚴重影響鍋爐的安全運行。
1.1.3燃燒器
    擺動機構不能靈活擺動，不能起到調節汽溫的作用。
1.1.4吹灰器
    伸縮桿進退受阻，影響了爐膛與尾部的吹灰，易造成爐膛結渣。
1.1.5密封較差，漏煙、漏灰
1.1.6水冷壁
    由于鍋爐熱膨脹的原因，投運后產生變形，造成水冷壁管上出現橫向裂紋。
1.1.7空氣預熱器
    鍋爐左右兩只回轉式空氣預熱器，由于密封設計上的不足，加上安裝、調試的原因，造成漏風大，降低了鍋爐整體熱效率。
1.2從國外引進的600MW鍋爐存在的問題
1.2.1爐膛結渣
    從美國引進的600MW鍋爐，由于爐膛和燃燒器的設計等問題，造成燃燒器區域壁面熱負荷過高，產生結渣。
1.2.2汽溫偏低
    個別電廠主蒸汽溫度達不到，嚴重影響了鍋爐出力。
1.2.3鋼架
    有的電廠橫梁發現彎曲，裕度太小，對鍋爐的整體安全性帶來影響。
1.2.4出渣設備
    撈渣機卡澀，影響了灰渣的順暢排放。
1.2.5省煤器
    因為磨損而引起省煤器管的泄漏。
1.2.6水冷壁
    爐膛一角燃燒器下部由于熱負荷過高，造成水冷壁爆管。
1.2.7再熱器
    存在再熱器管超溫爆管。
2、前期開發中的重點攻關和采取的措施
    在總結國產和進口的600MW控制循環鍋爐的設計、制造和運行經驗的基礎上，按創優暨創名牌的要求，并針對已投運的300MW、600MW鍋爐普遍存在的煙溫、汽溫偏差，再熱器超溫，爐內嚴重結渣，爐頂密封差，空氣預熱器漏風率大等問題，在鍋爐性能、結構上進行優化，開展了一系列的重點攻關。
2.1 600MW亞I臨界鍋爐的方案設計
    合理的爐膛容積熱負荷和斷面熱負荷是保證鍋爐性能的重要設計指標；合適的爐膛結構尺寸和熱負荷指標，它關系到鍋爐制造成本和鍋爐運行、燃燒工況，直接影響鍋爐的安全性和經濟性。
    在1：20的鍋爐模型上進行了模化試驗，對穩定燃燒，避免爐膛結渣和減弱上部爐膛氣流殘余旋轉等方面做了大量的對比試驗，從而確定爐膛寬深比為1. 155：1，即爐膛寬度為19 558mm，深度為16 940mm。該方案在1995年10月得到了機械工業部和電力工業部、市經委電站辦組織的專家評審會的認可。
2.2減小鍋爐的左右側煙溫偏差
    開展了大容量鍋爐煙溫與汽溫分布試驗。
    減少鍋爐左右側煙溫偏差是大型鍋爐設計中遇到的一大難題。為此，對燃燒器下部啟轉二次風和頂部消旋二次風的偏轉角及其相互之間的合適配置，不同的爐膛高度和分隔屏過熱器的布置對爐內氣流的影響進行了冷態模化試驗。根據試驗結果，在600MW鍋爐設計時布置分隔屏過熱器，減弱爐膛出口氣流殘余旋轉強度，從而減少水平煙道左右側煙溫偏差。在燃燒器設計上采用對沖、正反切燃燒技術，配用OFA(燃盡風)和部分消旋二次風，使爐內氣流的旋轉強度具有一定的可調性，以控制爐膛出口氣流的殘余旋轉以及由此形成的左右側煙溫偏差。鑒定試驗表明：過熱器、再熱器的熱偏差很小，沿寬度及同屏管間的溫度分布規律穩定；鍋爐能滿發、穩發；NOx排放量為252mg/Nm3，低于國家標準規定值。
2.3減小過熱器和再熱器汽溫偏差
    開展大容量電站鍋爐過熱器、再熱器、集箱
三通結構流量分布試驗。
    再熱器和過熱器蒸汽溫度偏差也是鍋爐容量增大而出現的問題，這需要從煙氣側和蒸汽側兩方面著手解決。除采用對沖、正反切燃燒技術，加大燃燒器上排噴口至屏底的距離，合理布置煤粉管道等措施以減少煙溫偏差外，我們還對600MW鍋爐的再熱器、過熱器結構布置作了較大改進。主要采取措施：
    過熱器各級受熱面之間采用集中大口徑管道及大三通連接，左右兩側的連接管道不進行大交叉，以避免汽溫偏差疊加。過熱蒸汽采用二級噴水減溫，每級噴水減溫設有2只減溫器，分別布置在左右兩根連接管上，以便兩側汽溫的調整。
    再熱器各級受熱面之間同樣采用大口徑管道及大三通連接，減少再熱蒸汽側的熱偏差。增大集箱和連接管管徑，合理布置三通位置，使屏間熱偏差減小。縮短屏再和末再外部幾圈管子的長度，改善同屏熱偏差。
    性能鑒定測試表明：兩側汽溫偏差很小。兩側主汽溫度偏差均小于5℃，一般0～3℃。
2.4提高燃燒器噴嘴擺動的靈活性
    開展大容量鍋爐擺動式燃燒器結構改進。
    為此，在燃燒器結構上作了多項改進，合理調整了各傳動配件之間的間隙、同時適當增加傳動件的剛性和強度、還將傳動機構數量由3組增加到6組、減少單組負荷。此外，在傳動機構的外部連桿上，還自下而上增設了平衡重錘，用來平衡噴嘴的自重，使擺動執行器的作用主要用于克服擺動摩擦力。而6組內外傳動機構仍由外部連桿連成1組，由直行程電動執行器集中控制，以保證四角同步擺動，避免爐內氣流出現紊亂，適應自動控制頻繁啟動的需要。實際證明，投運后燃燒器擺動靈活，能有效調節汽溫。
2.5空氣預熱器采用雙道密封
    為有效地解決空氣預熱器的漏風問題，在吳涇600MW鍋爐空氣預熱器中首次采用了自主開發的雙道密封技術。經試驗鑒定，在額定工況運行條件下，鍋爐A、B兩側空氣預熱器漏風率分別為7. 53%和7.41%，均小于空氣預熱器漏風率保證值8.0%。
3、600MW鍋爐新材料、新工藝技術的開發和應用
    在600MW鍋爐開發前期，特別是在市科技攻關中，由原來對鋼的板材、管材應用性能研究延伸到對多元復合強化改進型Cr - Mo鐵素體高強度鋼、異種鋼焊接技術和異種金屬焊接接頭的早期失效的研究，滿足了600MW鍋爐的用材和工藝制造要求。
3.1  600MW鍋爐用鋼和工藝制造上存在的問題
    (1)在新材料應用上，需克服傳統Cr -Mo鋼強度較低，受壓件壁厚較厚的問題；
    (2)合金鋼的熱強性高，但含Cr量低造成抗高溫氧化性能差，制約了在高溫區域的應用；
    (3) ASME系列鋼種的應用涉及到新的焊接工藝的開發；
    (4)異種鋼焊接中，出現焊接接頭早期失效問題；
    (5) 600MW鍋爐鍋筒、集箱、管道等焊接技術的開發；
    (6) 600MW鍋爐等徑、異徑大口徑三通的國產化。
3.2在新材料應用和制造工藝開發上采取的措施
3.2.1  鍋爐用鋼的熱強性能
    根據600MW鍋爐設計的要求，開展了滬產IOCr9MoINb鋼管應用性能的研究(編號073360)。針對存在的問題在Cr - Mo鋼中添加了V、T、Nb、W等合金元素，利用固溶和脈散強化合金。經長期性能試驗證實，改進后的鋼種熱強性能同原來的差不多，但許用應力超過了原傳統型鋼的3倍，使在高溫高壓區域應用的大口徑部組件的壁厚可降低1/3左右。
3.2.2鍋爐用鋼的高溫抗氧化性能和熱強性能
    在9Cr - 1Mo鋼基礎上開發了9Cr - 1MoVNb鋼，這種多元復合強化鐵素體鋼不僅保持了高溫抗氧化性能，還成倍提高了鋼的熱強性能，允許金屬壁溫可達625℃。而經試驗驗證，年氧化深度趨于O，可代替奧氏體不銹鋼應用于鍋爐高溫受熱面部件。
3.2.3開展600MW亞、超臨界鍋爐高溫高壓部件用鋼研究
    針對異種鋼焊接和異種鋼接頭早期失效，我們利用短期試驗，重現焊接接頭在高溫、低應力長期運行下早期失效的宏觀特征。用蠕變斷裂的試驗，評定了15CrMoG、12CrMoVG、12Cr2MoViB等鐵素體合金鋼管與TP304、TP347奧氏體不銹鋼管制成的異種金屬接頭早期失效的敏感性。優選鐵素體母材的焊接材料與焊劑，調整了焊接工藝參數，基本解決了異種鋼焊接技術。嚴格控制焊前預熱溫度、焊后去氧處理，防止了異種金屬接頭早期失效。
3.2.4開展了600MW鍋爐鍋筒、集箱、管道等焊接技術的開發
    老的焊接工藝方法留有一定的缺陷，在600MW鍋爐厚壁部件中應用了全新的窄間隙焊接技術。改進了坡口形式，對送絲速度電流、電壓、脈沖等作了修正。選擇合適的熱循環焊后去應力的規范，使厚壁件母材和焊縫力學性能同時達到最佳狀態。同時也調整了熱處理方式和規范，使用焊接新技術焊制的關鍵厚壁組件的焊縫曲贏性，高溫抗氧化性能和高溫持久性能都得到提高。
3.2.5吳涇600MW鍋爐用44只大口徑厚壁等徑、異徑三通
    以前有些大口徑三通需要化高價進口，這使制造成本大為增加。為了實現國產化，開展了大容量鍋爐擠壓三通的研制，會同大專院校、制造廠對三通管開展了應力分析、三通管的流場分析、壓制坯料選擇、起始模、成型模的設計等。還針對試壓中出現的三通型腔內圓孤度不能滿足設計要求的情況，反復對模具、壓制工序進行修正與改進。對熱處理后沖擊韌性低，則采用小爐熱處理，保證了冷卻速度。經過半年多來上百次的試驗，終于摸索出一整套三通制造工藝，解決了600MW鍋爐所需的大口徑厚壁三通。
3.2.6 600MW鍋爐主要工藝質量改進及優化
    (1)鍋筒筒節卷制。增加筒節初熱卷后的縱縫劃余量線的工序，以確保內徑的制造公差。同時改進余量切割工藝：筒節初卷后余量切割改為由兩端分別抽割余量的新工藝，并從簡體內部向外切割坡口，經打磨坡口表面，確保坡口表面無氧化層后再壓卷并攏裝焊Ⅱ型鐵，這樣改進的工藝使坡口表面平整、無銹蝕和氧化層，從而提高了縱縫的焊接質量。
    (2)安全閥接管角焊縫質量改進措施：鍋筒球形封頭上的安全閥接管采用插入式全焊透結構，新設計了裝焊工裝、劃線樣板，改進了坡口尺寸，明確清根要求，并在工藝上增加UT檢驗要求，確保焊縫的內在質量。
    下水包管接頭焊接質量的改進：下水包個別管接頭焊縫曾有泄漏。經分析下水包采用的是SA299材料，但由于壁厚較厚，焊前的預熱、焊后的及時消氫等焊接規范控制不嚴就會產生質量問題。為此，除了加強規范控制和焊道間的清渣等工藝措施外，還在坡口尺寸方面進行改進，為確保工地一次泵水成功提供可靠的工藝措施，取得了較好的效果。．
    (3)集箱主要工藝制造質量。600MW機組鍋爐中的集箱規格較多，多為長管接頭形式，有的集箱長度甚至接近25m。變形控制及矯正要求裝配、吊運、長管接頭管端加工等質量都要達標，為此長管接頭裝配采用定位裝配架，強制緊箍裝置進行裝焊。同時，加強過程控制，觀察集箱在制造過程中的變形趨勢，及時采取措施減少疊加變形，降低裝焊后的變形程度等，保證外形尺寸符合公差要求。完善工藝，提高集箱整體質量。
3.3 600MW鍋爐投入運行情況
    吳涇600MW機組經過半年的試生產及由上海電力試驗研究所、上海成套設備研究所和西安熱工研究院聯合進行的鍋爐性能試驗證明，SG-2008/17.5-M901型亞臨界、一次中間再熱、控制循環鍋爐是上海鍋爐廠有限公司開展科技結合生產的又一成功范例。
3.4鍋爐性能評價
    (1)鍋爐在燃用設計煤種和摻燒平朔、大同、淄博煤時，反平衡爐效均高于設計保證值；
    (2)鍋爐的燃燒方式能有效降低爐膛結渣；飛灰和爐渣含碳量低；煙氣中CO基本燃盡；煙氣中NOx的含量一般為300mg/Nm3左右，遠低于國家規定650mg/Nm3的排放標準；
    (3)二次風正反切布置，能有效降低煙道兩側的煙溫偏差；
    (4)燃燒器擺動靈活，四角同步性好，對主、再熱汽溫的調節有明顯的效果；
    (5)末級再熱器采用倒搭式布置后，有效降低了同屏各管的熱偏差；
    (6)前后墻水冷壁與冷灰斗的夾角增大后，避免了轉角處的堆渣；
    (7)空氣預熱器的軸向和徑向密封采用雙道密封結構后，預熱器的漏風明顯減小，低于設計保證值8%;
    (8)鍋爐完全能適應機組的調峰要求，低負荷燃燒穩定性好，主、再熱汽溫偏差小。
4、用戶的評價
    經過1年的生產表明，上海鍋爐廠有限公司在引進技術的基礎上，進行消化吸收，通過二次開發設計制造的SG-2008/17.5- M901型鍋爐，性能穩定，效率高于合同保證值。投運1年已運行7 624h，最長連續運行l 217h，累計發電31.7億kW-h時，等效可用系數85. 71%，鍋爐熱效率93.7%，鍋爐運行調節靈活，完全能與進口同類鍋爐媲美。


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