“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”是國(guó)家“十五”高科技計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目之一，旨在推動(dòng)我國(guó)發(fā)電行業(yè)的技術(shù)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。作為其中的600MW級(jí)超超臨界機(jī)組電站設(shè)計(jì)與運(yùn)行技術(shù)研究的依托項(xiàng)目．江蘇闞山發(fā)電有限公司一期2x600 MW機(jī)組是國(guó)內(nèi)首批引進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的600 MW級(jí)超超臨界參數(shù)燃煤發(fā)電機(jī)組．機(jī)組最核心鍋爐部分是由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造的HG-1792/26.15-YM1超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行的實(shí)踐．獲得了600 MW超超臨界參數(shù)鍋爐投運(yùn)及調(diào)整控制的寶貴經(jīng)驗(yàn)，期間也發(fā)現(xiàn)了一些系統(tǒng)和設(shè)備上的技術(shù)問(wèn)題，并有針對(duì)性地采取了一系列優(yōu)化措施，從鍋爐的角度確保超超臨界發(fā)電機(jī)組運(yùn)行更加安全、可靠和經(jīng)濟(jì)，以此能充分發(fā)揮超超臨界發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保的綜合效益。
1、鍋爐設(shè)備簡(jiǎn)介
    中國(guó)電力投資集團(tuán)公司所屬的江蘇闞山發(fā)電有限公司一期2臺(tái)600 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司根據(jù)日本三菱重工業(yè)株式會(huì)社提供技術(shù)，開(kāi)發(fā)、制造的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用兀型布置、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)干排渣、半露天布置方式、設(shè)計(jì)煤種為煙煤。燃燒系統(tǒng)采用CUF墻式逆時(shí)針切圓燃燒方式及MACT燃燒技術(shù)，配PM型燃燒器；制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)配6臺(tái)HP型中速磨煤機(jī)．BMCR工況下5臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用：爐膛受熱面采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁：鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)采用帶爐水循環(huán)泵(BCP)的內(nèi)置式汽水分離器的啟動(dòng)系統(tǒng)：主蒸汽調(diào)溫方式以煤水比為主．同時(shí)設(shè)置三級(jí)噴水減溫器，減溫水取自省煤器出口管道；再熱蒸汽主要采用尾部豎井分隔煙道調(diào)溫?fù)醢逭{(diào)溫．在低溫再熱器入口管道上還設(shè)置有事故噴水減溫器。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。
2、鍋爐技術(shù)特點(diǎn)及分析
2.1鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)
    該鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)采用了帶爐水循環(huán)泵(BCP)的內(nèi)置式汽水分離器的啟動(dòng)系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中汽水工質(zhì)的回收。鍋爐在承擔(dān)基本負(fù)荷的同時(shí)具有一定調(diào)峰性能，采用爐水循環(huán)泵系統(tǒng)的啟動(dòng)系統(tǒng)具有熱損失小、啟動(dòng)時(shí)間短等特點(diǎn)；缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，投資運(yùn)行費(fèi)用較高。
2.2爐膛受熱面
    (1)采用U型三叉管節(jié)流孔圈。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，也可以大大減少節(jié)流孔圈數(shù)量．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。
    (2)上下水冷壁采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁．中間采用能降低水冷壁出口壁溫差混合集箱連接。其中，內(nèi)螺紋管的采用有利于防止亞臨界低干度區(qū)發(fā)生膜態(tài)沸騰(DNB)和控制近臨界高干度區(qū)發(fā)生干涸(DRO)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)到降低水冷壁阻力的目的。垂直管圈水冷壁且具有阻力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、水冷壁在各種工況下的熱應(yīng)力較小，良好的變壓、調(diào)峰和再啟動(dòng)性能。
2.3燃燒器及燃燒方式
    (1)燃燒器采用CUF墻式切圓燃燒。燃燒器安裝于各墻延逆時(shí)針?lè)较虻?75～321號(hào)水冷壁管間。相對(duì)于四角切圓燃燒，墻式切圓燃燒能使?fàn)t膛出口煙溫偏差大大降低，有利于鍋爐安全運(yùn)行：燃燒器出口具有較大的空間，氣流不易受到水冷壁的影響造成貼墻，從而有利于防止水冷壁的結(jié)焦：爐膛內(nèi)溫度場(chǎng)相對(duì)更加均勻，并且溫度水平適中．能有效降低N0x的排放，同時(shí)使鍋爐水動(dòng)力更加可靠：能最大限度地合理利用爐膛斷面空間。有利于充分燃燒，降低未燃燼損失。
    (2)燃燒器采用PM煤粉噴口，風(fēng)粉混合物通過(guò)人口分離器分成濃淡二股分別通過(guò)濃相和淡相2只噴嘴進(jìn)入爐膛．由圖l可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。
    (3)燃燒器采用三菱MACT燃燒技術(shù)，拉開(kāi)式4層附加風(fēng)室且角式布置．也就是既有垂直分級(jí)又有水平分級(jí)燃燒達(dá)到降低爐內(nèi)溫度水平，大大降低爐內(nèi)NOx的生成量。原理見(jiàn)圖2。
    (4)該超超臨界鍋爐原設(shè)計(jì)中的啟動(dòng)順序?yàn)橄葐��?dòng)點(diǎn)火油槍，再啟動(dòng)最上層的F層煤粉燃燒器，之后按從上往下的順序啟動(dòng)制粉系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中按電廠要求對(duì)A層燃燒器進(jìn)行了改造，將燃燒器淡相噴嘴封堵．同時(shí)在其濃相噴嘴中加裝了等離子點(diǎn)火裝置．以此減少鍋爐在啟動(dòng)過(guò)程中的燃油消耗量。經(jīng)過(guò)此項(xiàng)改造易導(dǎo)致鍋爐升溫升壓過(guò)程中由于火焰中心位置偏低，下水冷壁出口受熱面壁溫超溫；加劇轉(zhuǎn)直流過(guò)程中相鄰下水冷壁管壁溫偏差加大；另外由于等離子燃燒器噴嘴距離下層二次輔助風(fēng)間距加大．容易導(dǎo)致鍋爐啟動(dòng)初期運(yùn)行A制粉系統(tǒng)時(shí)，下層二次輔助風(fēng)的托粉效果降低，降低鍋爐啟動(dòng)階段的效率：同時(shí)在機(jī)組極熱態(tài)啟動(dòng)階段參數(shù)難以達(dá)到要求，造成啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)．增加了機(jī)組的熱損失，降低了啟動(dòng)階段的效率：
    這樣燃燒器就為低NOx的PM型并配有MACT型分級(jí)送風(fēng)系統(tǒng)．把整個(gè)爐膛沿高度分成3個(gè)燃燒區(qū)域（見(jiàn)圖2），即：下部為主燃燒區(qū)，中部為還原區(qū)，上部為燃盡區(qū)。
2.4鍋爐受熱面材料
    由于該超超臨界參數(shù)鍋爐的主蒸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)熱器和再熱器管道的最高壁溫可達(dá)到640～650℃．除了要求其材質(zhì)有很好的熱強(qiáng)性外，管道內(nèi)壁的蒸汽氧化和外壁的煙氣高溫腐蝕問(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．該超超臨界鍋爐的屏式過(guò)熱器和末級(jí)過(guò)熱器的蛇形管（爐內(nèi)部分）均由超級(jí)304H和HR3C組成，前者為含銅達(dá)3%的細(xì)晶粒奧氏體鋼，即18CrIONi3Cu．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2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。
    在鍋爐再熱器出口集箱和導(dǎo)管鋼材方面采用P92材料，這種鋼材具有高的熱強(qiáng)性、良好的抗煙氣腐蝕能力和工藝性（即焊接性能）。
3、運(yùn)行調(diào)整控制特性及分析
3.1鍋爐燃燒配風(fēng)特性
    (l)由于爐膛和燃燒器高度均較高，二次風(fēng)的配比對(duì)鍋爐NOx的形成和下水冷壁出口壁溫有較大影響。控制主燃燒區(qū)的燃料與空氣比為0.8～0.9．提高OFA供風(fēng)，適當(dāng)加大附加風(fēng)的開(kāi)度，能大幅度降低NO的排放量，抬高爐膛火焰中心和均勻分布燃燒區(qū)域爐膛截面的熱負(fù)荷．從而降低下水冷壁出口溫度。另外由于附加風(fēng)消旋作用．其比例的增加能有效降低爐膛出口煙溫偏差。
(2)由于采用CUF墻式切圓燃燒器，燃燒器出口的距離將減�。�所以選擇適當(dāng)煤粉燃燒器的周界風(fēng)，對(duì)爐內(nèi)燃燒優(yōu)化的效果至關(guān)重要．過(guò)大的周界風(fēng)將包裹住一次風(fēng)粉，使其對(duì)下游燃燒器的沖擊加大，導(dǎo)致下游燃燒器容易偏斜：如果周界風(fēng)風(fēng)量太小，不利于提高燃燒器噴口的剛性。
3.2下水冷壁壁溫特性
    (1)沿爐內(nèi)切圓方向，運(yùn)行調(diào)整中發(fā)現(xiàn)在燃燒器上游附近的水冷壁容易出現(xiàn)最低溫度點(diǎn)，而由于燃燒器上游來(lái)的氣流吹掃，燃燒器火焰將要向下游偏斜，這樣就容易引起在燃燒器上下游管壁溫差最大．但由于爐膛熱負(fù)荷更加均勻，各角水冷壁也不存在由于繞開(kāi)燃燒器而引起部分角上水冷壁吸熱量降低的現(xiàn)象，能有效地提高各角水冷壁的吸熱量。
    (2)運(yùn)行調(diào)整中同時(shí)發(fā)現(xiàn)：鍋爐在轉(zhuǎn)直流區(qū)域附近，下水冷壁受熱面出口壁溫容易超溫．相鄰管排之間溫差增大。這是由于機(jī)組原設(shè)計(jì)啟動(dòng)順序?yàn)閺纳贤�下啟�?dòng)各制粉系統(tǒng)，爐膛火焰位置相對(duì)較高，而實(shí)際運(yùn)行中，為了充分利用等離子無(wú)油點(diǎn)火的優(yōu)勢(shì)，鍋爐啟動(dòng)均是先啟動(dòng)A制粉系統(tǒng)系統(tǒng)．然后從下往上啟動(dòng)各制粉系統(tǒng)．這樣爐膛火焰中心位置明顯要比設(shè)計(jì)低，導(dǎo)致下水冷壁吸熱量增加。且在啟動(dòng)階段壓力低，蒸發(fā)區(qū)段內(nèi)蒸汽和水的比容差甚大，而水冷壁人口水的比容則變化甚微．導(dǎo)致節(jié)流孔圈阻力在回路總阻力中的比例顯著下降．從而使各水冷壁管間的流量偏差和溫度偏差顯著增大．這樣容易在鍋爐轉(zhuǎn)直流階段下水冷壁受熱面管壁超溫并加大管壁壁溫偏差．通過(guò)圖3和圖4的比較可看出在鍋爐轉(zhuǎn)直流后，尤其在兩個(gè)壁溫較高區(qū)域相鄰水冷壁管壁溫差要大于額定負(fù)荷工況．
    為了降低鍋爐轉(zhuǎn)直流時(shí)下水冷壁管壁溫與降低相鄰水冷壁管壁溫度偏差，可以在鍋爐轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)直流階段加速增加燃料量和給水流量，把鍋爐快速?gòu)臐駪B(tài)轉(zhuǎn)換為直流狀態(tài)，從圖3和圖4中可以看出．各水冷壁管壁溫均能控制在正常范圍之內(nèi)，各相鄰水冷壁管壁溫差也能滿足要求對(duì)內(nèi)螺紋管垂直水冷壁在啟動(dòng)／低負(fù)荷階段（即從點(diǎn)火到最小直流負(fù)荷期間）的管間最大溫差不大于150℃．其他階段管間最大溫差不大于35℃）。
3.3鍋爐啟動(dòng)特性
    如果采用等離子A制粉系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)火升溫升壓，將比設(shè)計(jì)從上往下啟動(dòng)制粉系統(tǒng)的順序中爐膛火焰中心位置大幅度下降．由于煤粉燃燒火焰比較長(zhǎng)，在水平煙道的對(duì)流放熱量也增加．這有利于機(jī)組冷態(tài)、溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)鍋爐參數(shù)的控制．然而這將導(dǎo)致機(jī)組極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)鍋爐升溫速度比較慢，從鍋爐點(diǎn)火到滿足汽機(jī)沖轉(zhuǎn)往往需要1.5h，這將大大增加機(jī)組極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)的時(shí)間與成本。
3.4低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性
    鍋爐運(yùn)行及調(diào)整中發(fā)現(xiàn)，墻式切圓燃燒將燃燒器從熱負(fù)荷最低的四角區(qū)域移至熱負(fù)荷較高的四墻區(qū)域，這將使煤粉射流離開(kāi)噴口后可獲得更多的輻射傳熱。此外，墻側(cè)區(qū)域溫度水平高于四角煙氣．因此．煤粉射流通過(guò)卷吸更高溫度煙氣獲得的對(duì)流傳熱也必然提高：濃燃燒器的著火點(diǎn)也能得到降低。所以燃燒器噴嘴出口處形成燃料著火有利區(qū)．可使煤粉氣流著火及時(shí)，燃燒穩(wěn)定。該鍋爐設(shè)計(jì)最低斷油穩(wěn)燃負(fù)荷為30%額定負(fù)荷，試運(yùn)期間曾運(yùn)行3臺(tái)磨煤機(jī)，采用滑壓運(yùn)行方式，投粉而不投油穩(wěn)燃負(fù)荷在220 MW能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，爐膛燃燒穩(wěn)定．爐膛負(fù)壓無(wú)明顯波動(dòng)，汽溫汽壓正常。由于試運(yùn)期間燃煤煤質(zhì)較差，如果燃煤按設(shè)計(jì)煤種來(lái)進(jìn)行低負(fù)荷穩(wěn)燃試驗(yàn)．鍋爐尚有繼續(xù)降低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒的潛力。
3.5燃用煤種適用性
    在機(jī)組調(diào)整試運(yùn)期間由于煤質(zhì)波動(dòng)較大，帶額定負(fù)荷時(shí)入爐煤量在230～300t/h間波動(dòng)。當(dāng)總煤量在300t/h時(shí)帶額定負(fù)荷時(shí)，鍋爐須運(yùn)行6套制粉系統(tǒng)，鍋爐調(diào)節(jié)余地較小，主、再熱氣溫基本能達(dá)到設(shè)計(jì)工況：在總煤量在230t/h時(shí)帶額定負(fù)荷時(shí)，鍋爐只須運(yùn)行上層5套制粉系統(tǒng)．這樣能抬高鍋爐火焰中心位置，降低下水冷壁出口壁溫，并能適當(dāng)增加減溫水量，有利于鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。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。
4、結(jié)論
    (1)該超超臨界參數(shù)鍋爐的運(yùn)行特性表明：合理的組織爐內(nèi)燃燒，能有利于鍋爐在啟動(dòng)過(guò)程中順利轉(zhuǎn)入直流階段，保證鍋爐升溫升壓過(guò)程中平穩(wěn)運(yùn)行，水冷壁壁溫的偏差能得到有效控制．負(fù)荷調(diào)整及汽溫調(diào)節(jié)靈活，對(duì)燃煤熱值變化的適應(yīng)性強(qiáng)。
    (2)相比于設(shè)計(jì)啟動(dòng)順序，先啟動(dòng)帶等離子的A制粉系統(tǒng)，鍋爐極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。而且由于底層二次風(fēng)的托粉效果降低，這將降低鍋爐啟動(dòng)效率。
    (3)與目前國(guó)內(nèi)超臨界參數(shù)鍋爐爐膛下部水冷壁多采用螺旋上升結(jié)構(gòu)相比，該超超臨界參數(shù)鍋爐下部水冷壁采用的是垂直上升結(jié)構(gòu)．在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，垂直水冷壁出口壁溫偏差更大，對(duì)爐內(nèi)燃燒技術(shù)要求更高。
    (4)鍋爐采用CUF墻式切圓燃燒和PM燃燒器噴口+MACT燃燒技術(shù)，有利于鍋爐著火和穩(wěn)燃，充分利用爐膛斷面空間，均勻分布爐內(nèi)熱負(fù)荷，防止結(jié)焦，降低NOx的排放。增加低負(fù)荷穩(wěn)燃的能力。
    (5)A層煤粉燃燒器經(jīng)過(guò)改造后，試運(yùn)期間發(fā)現(xiàn)鍋爐啟動(dòng)階段燃油能得到大幅度下降，甚至實(shí)現(xiàn)無(wú)油點(diǎn)火啟動(dòng)，但該改造方法也改變了鍋爐啟動(dòng)特性、降低了鍋爐啟動(dòng)效率和可靠性，尤其是對(duì)鍋爐受熱面吸熱比例分配和機(jī)組極熱態(tài)啟動(dòng)主參數(shù)的影響尤為突出．所以建議應(yīng)對(duì)等離子點(diǎn)火裝置安裝位置進(jìn)行更為深刻的探討。