摘要：華能玉環(huán)電廠1000MW超超臨界鍋爐是我國(guó)首臺(tái)投入商業(yè)運(yùn)行的百萬(wàn)千瓦級(jí)鍋爐，該鍋爐投入商業(yè)運(yùn)行已過(guò)半年，運(yùn)行狀況良好。文章介紹了該鍋爐的概況、技術(shù)特點(diǎn)、核體布置和熱力性能。性能試驗(yàn)結(jié)果表明該鍋爐具有優(yōu)異的性能。

1 概述
華能玉環(huán)電廠鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的1000MW超超臨界變壓運(yùn)行直流爐，Ⅱ型布置、單爐膛、PM主燃燒器和MACT燃燒技術(shù)、反向雙切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，其主要參數(shù)見(jiàn)表l。爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)、一次中間再熱。
2 技術(shù)特點(diǎn)
2.1 燃燒方式和爐膛尺寸
鍋爐采用了MHI 反向雙切圓燃燒方式。該燃燒方式具有爐內(nèi)煙氣溫度場(chǎng)和熱負(fù)荷分配較均勻、單只燃燒器熱功率較小的優(yōu)點(diǎn)，避免了1000MW燃煤鍋爐采用單切圓燃燒時(shí)爐膛尺寸上的限制。另外，該燃燒方式煤種適用性強(qiáng)，與前后墻對(duì)沖燃燒相比，爐內(nèi)NOx排放量相對(duì)較低。雙切圓燃燒爐膛相當(dāng)于2個(gè)尺寸較小的單切圓爐膛，有利于保證直流燃燒器的火焰穿透能力和改進(jìn)燃燒組織。
鍋爐爐膛斷面尺寸為32.084m（寬）×l5.670m（深），全高為65.5m，截面熱負(fù)荷為4.59MW／m2，容積熱負(fù)荷為82.7kw/m3，這些指標(biāo)均優(yōu)于日本三菱公司已投運(yùn)的1000MW燃煤超超臨界鍋爐。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。對(duì)于灰熔點(diǎn)低、易結(jié)渣的設(shè)計(jì)和校核煤種，其爐膛出口煙溫約為1000℃，比灰份軟化溫度低150℃以上?？梢?jiàn)，爐膛的設(shè)計(jì)可以確保爐膛內(nèi)部和對(duì)流受熱面不結(jié)渣。

2.2 爐膛水冷壁
鍋爐采用了三菱公司開(kāi)發(fā)的垂直管圈水冷壁。與螺旋管圈相比，垂直型水冷壁的主要優(yōu)點(diǎn)為：(l)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝；(2)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??；(3)較好的正向流動(dòng)特性，在各種工況下均能保證水動(dòng)力的穩(wěn)定性；(4)阻力較小，比螺旋管圈水冷壁少約1/3; (5)不易結(jié)渣。
在傳統(tǒng)的一次上升垂直水冷壁的基礎(chǔ)上，在鍋爐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)三菱公司的經(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。
另外，將水冷壁入口控制流量的節(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。新的安裝方式增加了節(jié)流孔圈的管段直徑，提高了流量調(diào)節(jié)的幅度。但是，在機(jī)組調(diào)試時(shí)，節(jié)流圈的這種布置方式使水冷壁管內(nèi)的垃圾易于堵塞在節(jié)流圈進(jìn)口，容易導(dǎo)致被堵水冷壁管超溫甚至爆管。
2.3 燃燒系統(tǒng)
鍋爐采用了三菱公司的PM型燃燒器和MACT燃燒系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)燃燒系統(tǒng)良好的燃盡率、低NOx排放、防止結(jié)渣及高溫腐蝕以及良好的煤種適應(yīng)性等要求。風(fēng)粉混合物通過(guò)入口分離器分成濃淡2股，然后分別通過(guò)濃相和淡相2只噴嘴進(jìn)入爐膛。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。濃淡燃燒均偏離了NOx生成量高的化學(xué)當(dāng)量燃燒區(qū)，大大降低了NOx生成量。PM燃燒器由于將每層煤粉噴嘴分開(kāi)成上下2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)2層AA風(fēng)(附加風(fēng))噴嘴達(dá)到分層燃燒目的，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)。MACT分層燃燒系統(tǒng)可使 NOx生成量減少25%, MACT燃燒技術(shù)原理見(jiàn)圖1。

在爐膛的主燃燒區(qū)，燃料是缺氧燃燒，爐膛過(guò)量空氣系數(shù)為0.85。但在燃燒器噴口附近，由于燃燒率較低，需要的氧量較少，因此，在燃燒器噴口附近的區(qū)域內(nèi)是氧化性氣氛，這時(shí)燃料氮氧化后生成NOx。在爐膛中間的主燃燒區(qū)，空氣量?jī)H為燃燒理論空氣量的0.85，因此燃燒的過(guò)程是一個(gè)還原的過(guò)程，這時(shí)部分NOx被還原成為NH3、HCN。在燃燒器的上部通過(guò)OFA噴嘴加入部分空氣，使進(jìn)入爐膛的空氣量達(dá)到理論燃燒空氣量的水平，形成一個(gè)還原脫NOx區(qū)。在OFA噴口的上方，是AA風(fēng)噴口，通過(guò)AA風(fēng)噴口噴入爐膛的風(fēng)量為總風(fēng)量的15％，形成燃盡區(qū)。另外，鍋爐裝設(shè)了等離子點(diǎn)火裝置，最下一層燃燒器（A層）改為等離子點(diǎn)火燃燒器。
2.4 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)時(shí)主要受影響的承壓部件為爐膛水冷壁、高溫過(guò)熱器和高溫再熱器等部件。水冷壁管材主要決定于所選用的水冷壁出口溫度，由于鍋爐水冷壁出口溫度較低（434℃），因此仍采用低鉻的SA-213 T12管。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)接焊口也不需要焊后熱處理。
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)640~650℃，此時(shí)管內(nèi)壁的蒸汽氧化和外壁的煙氣高溫腐蝕問(wèn)題不能忽視，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。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Super304H材料(ASME Code Case 2328)和HR3C材料(ASME Code Case 2115)組成，前者為18C rNi3CuNbN ，后者為 25Cr20NINbN 。這2種鋼材已被國(guó)外超超臨界鍋爐廣泛采用。
水平低溫過(guò)熱器和立式低溫過(guò)熱器的爐內(nèi)管的材質(zhì)均為 SAZ 13T12 。分隔屏過(guò)熱器管按照壁溫分別采用 SA213-T22、SA213-H347H材料。屏式過(guò)熱器管材質(zhì)為SuPer304H以及HR3C鋼，出口集箱材質(zhì)為SA355 P91 。末級(jí)過(guò)熱器管的材質(zhì)為SuPer304H和HR3C，入口集箱材質(zhì)為SA355 P91，出口集箱材質(zhì)為P122 。
水平低溫再熱器分下、中、上3組，材質(zhì)依次為SA209-TI、SA213T12及SA213-T22，立式低溫再熱器材質(zhì)為SA213T91。末級(jí)再熱器爐內(nèi)管道的材質(zhì)為Super304H和HR3C，入口集箱的材質(zhì)為SA355P22, 出口集箱的材質(zhì)為SA355P9l。
2.5 啟動(dòng)系統(tǒng)
啟動(dòng)分離器系統(tǒng)為內(nèi)置式(如圖2)。鍋爐負(fù)荷小于25%BMCR的最低直流負(fù)荷時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)為濕態(tài)運(yùn)行，分離器起汽水分離作用，分離出來(lái)的過(guò)熱蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器，水則通過(guò)水連通管進(jìn)入分離器貯水箱，通過(guò)再循環(huán)系統(tǒng)再循環(huán)。當(dāng)機(jī)組汽水膨脹時(shí)，貯水箱中的水由3只水位控制閥(WDC閥也即分離器疏水調(diào)節(jié)閥)排入汽機(jī)冷凝器系統(tǒng)。鍋爐負(fù)荷達(dá)到25%BMCR后，鍋爐運(yùn)行方式由再循環(huán)模式轉(zhuǎn)入直流運(yùn)行模式，啟動(dòng)系統(tǒng)也由濕態(tài)轉(zhuǎn)為干態(tài)，即分離器內(nèi)已全部為蒸汽，它只起到1個(gè)中間集箱的作用。
汽水分離器及儲(chǔ)水箱中，啟動(dòng)分離器為立式，共2只，布置于鍋爐后部上方。分離器外徑為φ1100mm，壁厚為128mm，高度為3.71m ，材料為SA182 - F12-2（鍛件），由后包墻管出口集箱引出的4 根連接管切向引入2只汽水分離器，在分離器的底部布置有1根軸向引出的水連通管通往分離器貯水箱，因此共有2根水連通管通往分離器貯水箱。汽水分離系統(tǒng)的水容積要滿足水位調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間的要求。貯水箱底部引出的1根出水管采用φ559mm×73mm管，材質(zhì)為SA-106C。連接疏水管和冷凝器3只水位調(diào)節(jié)閥(WDC閥)的3個(gè)支管，在啟動(dòng)階段，特別是啟動(dòng)初期的汽水膨脹階段，主要用于分離器水位的穩(wěn)定和工質(zhì)的回收。貯水箱疏水總管直接與循環(huán)泵入口相接，通過(guò)此循環(huán)泵為啟動(dòng)階段提供再循環(huán)水量，泵出口管為φ406mm×62mm的SA-106C 管，其上裝有再循環(huán)調(diào)節(jié)閥（BR閥）和逆止閥，在循環(huán)泵入口管道上裝有電動(dòng)閘閥。汽水分離器貯水箱為立式布置，尺寸φ1174mm×l40mm, 總高度為13.8m。為了在啟動(dòng)時(shí)加熱循環(huán)泵及其出口管道，特別是在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)縮短啟動(dòng)時(shí)間，由省煤器出口管道上引出l路加熱管以加熱循環(huán)泵、泵的出口管道和去冷凝器的疏水管道。由于管道上裝設(shè)的截止閥是常開(kāi)式，因此當(dāng)鍋爐轉(zhuǎn)人直流運(yùn)行，啟動(dòng)系統(tǒng)已解列的情況下仍有一定量的熱水流經(jīng)啟動(dòng)系統(tǒng)的上述管道，使啟動(dòng)系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)。為了保持循環(huán)泵入口有一定的過(guò)冷度，即保證足夠的凈正吸水壓頭(NPSH)值，自給水管道上引出1管道與泵入口管道相接以達(dá)到降溫的作用。
在鍋爐啟動(dòng)期間，借助于再循環(huán)泵和給水泵，水冷壁系統(tǒng)內(nèi)始終保持相當(dāng)于鍋爐最低直流負(fù)荷流量(25% BMCR)。啟動(dòng)初期給水泵保持5%BMCR給水流量，隨鍋爐出力達(dá)到5%BMCR, 3只貯水箱水位調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉，鍋爐的蒸發(fā)量隨著給水量的增加而增加，而通過(guò)循環(huán)泵的再循環(huán)流量則利用泵出口管道上的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥逐步關(guān)小來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)鍋爐達(dá)到最小直流負(fù)荷(25% BMCR)，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉。此時(shí)，鍋爐的給水量等于鍋爐的蒸發(fā)量，啟動(dòng)系統(tǒng)解列，鍋爐從二相介質(zhì)的再循環(huán)模式運(yùn)行（濕態(tài)運(yùn)行）轉(zhuǎn)為單相介質(zhì)的直流運(yùn)行（干態(tài)運(yùn)行）。
3 整體布置
鍋爐的汽水流程以內(nèi)置式汽水分離器為分界點(diǎn)。從水冷壁入口集箱到汽水分離器為水冷壁系統(tǒng)，從分離器出口到過(guò)熱器出口集箱為過(guò)熱器系統(tǒng)，另有省煤器系統(tǒng)、再熱器系統(tǒng)和啟動(dòng)系統(tǒng)。過(guò)熱器采用4級(jí)布置，即低溫過(guò)熱器（一級(jí)）→分隔屏過(guò)熱器（二級(jí)）→屏式過(guò)熱器（三級(jí)）→末級(jí)過(guò)熱器（四級(jí)）；再熱器采用二級(jí)布置，即低溫再熱器（一級(jí)）→末級(jí)再熱器（二級(jí)）。其中，低溫再熱器和低溫過(guò)熱器分別布置于尾部煙道的前、后豎井中，均為逆流布置。在上爐膛、折焰角和水平煙道內(nèi)分別布置了分隔屏過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器和末級(jí)再熱器。由于煙溫較高，均采用順流布置。所有過(guò)熱器、再熱器和省煤器部件均采用順列布置，以便于檢修和密封，防止結(jié)渣和積灰。

水冷壁為膜式水冷壁，全部為垂直管屏。為了使回路復(fù)雜的后水冷壁工作可靠，將后水冷壁出口集箱（折焰角斜坡管的出口集箱）出口工質(zhì)分別送往后水冷壁吊掛管和水平煙道兩側(cè)包墻2個(gè)平行回路，然后再用連接管送往頂棚出口集箱，與前水冷壁和兩側(cè)水冷壁出口的工質(zhì)匯合后再送往頂棚包墻系統(tǒng)，該布置方式能提高后水冷壁回路在低負(fù)荷時(shí)水動(dòng)力的穩(wěn)定性，并能夠降低溫度偏差。
煙氣流程如下：依次流經(jīng)上爐膛的分隔屏過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器、末級(jí)再熱器和尾部轉(zhuǎn)向室，再進(jìn)入用分隔墻分成的前、后2個(gè)尾部煙道豎井，在前豎井中煙氣流經(jīng)低溫再熱器和前級(jí)省煤器；另一部分煙氣則流經(jīng)低溫過(guò)熱器和后級(jí)省煤器。在前、后2個(gè)分豎井出口布置了煙氣分配擋板以調(diào)節(jié)流經(jīng)前、后分豎井的煙氣量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)再熱器汽溫的目的。煙氣流經(jīng)分配擋板后通過(guò)連接煙道和回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器排往電氣除塵器和引風(fēng)機(jī)。
過(guò)熱器采用煤／水比作為汽溫調(diào)節(jié)的主要手段，并配合3 級(jí)噴水減溫作為主汽溫度的細(xì)調(diào)節(jié)，噴水減溫每級(jí)左右2點(diǎn)布置以消除各級(jí)過(guò)熱器的左右吸熱和汽溫偏差。再熱器調(diào)溫以煙氣擋板調(diào)溫為主，燃燒器擺動(dòng)調(diào)溫為輔，同時(shí)在再熱器入口管道上布置有事故噴水裝置。
4 性能試驗(yàn)
對(duì)1號(hào)、2號(hào)鍋爐進(jìn)行了性能考核試驗(yàn)，鍋爐性能考核試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表2。試驗(yàn)結(jié)果表明：2臺(tái)鍋爐的性能參數(shù)均滿足合同規(guī)定的保證值，部分參數(shù)優(yōu)于保證值，顯示出鍋爐優(yōu)異的熱力性能。