前幾年，我國三大鍋爐廠相繼從國外不同公司引進(jìn)了超臨界鍋爐技術(shù)，東鍋公司也不例外。但由于沒有掌握國外公司的核心技術(shù)，因此鍋爐設(shè)計(jì)成本高。
國家的“十一五”規(guī)劃和東鍋公司的2006年方針都把“必須提高自主創(chuàng)新能力”提到了相當(dāng)重要的位置。東鍋公司率先開展了超（超）臨界鍋爐的自主化設(shè)計(jì)工作。
1、鍋爐規(guī)范
1.1鍋爐基本參數(shù)
1.2燃用煤質(zhì)資料
1.3鍋爐運(yùn)行條件
(1)鍋爐運(yùn)行方式：帶基本負(fù)荷并參與調(diào)峰。
(2)鍋爐變壓運(yùn)行，采用定一滑一定的方式。
(3)制粉系統(tǒng)：采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，每爐配6臺(tái)磨煤機(jī)，5臺(tái)運(yùn)行l(wèi)臺(tái)備用。
(4)給水調(diào)節(jié)：機(jī)組配置2×50%B-MCR調(diào)速汽動(dòng)給水泵和一臺(tái)30%B-MCR容量的電動(dòng)凋速給水泵。
(5)汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)：采用30c/oB-MCR容量高、低壓串聯(lián)旁路。
(6)空氣預(yù)熱器進(jìn)風(fēng)加熱方式：二次風(fēng)加裝暖風(fēng)器。
(7)再熱蒸汽能維持額定汽溫。
2、鍋爐性能設(shè)計(jì)和方案設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想
2.1 自主設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
(1)由東鍋公司和國外公司聯(lián)合設(shè)計(jì)的多臺(tái)鍋爐已成功投運(yùn)。通過消化、吸收引進(jìn)技術(shù)，全面掌握了超臨界鍋爐技術(shù)，為超臨界鍋爐自主化設(shè)計(jì)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。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)東鍋公司與熱丁所和大學(xué)院校聯(lián)合已開展了關(guān)于超臨界鍋爐技術(shù)的有關(guān)課題研究并已結(jié)題，為超臨界鍋爐的自主化設(shè)計(jì)打下了理論基礎(chǔ)。
(3)東鍋公司與熱工所合作開發(fā)了性能計(jì)算程序，為自主化設(shè)計(jì)提供了計(jì)算工具和設(shè)計(jì)依據(jù)。
(4)綜合各種方案比較，天益工程仍沿用前后墻對(duì)沖燃燒、螺旋水冷壁加垂直水冷壁的結(jié)構(gòu)，形成東鍋公司超臨界鍋爐鮮明的技術(shù)流派。
2.2超臨界直流鍋爐性能設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想
(1)采用復(fù)合變壓運(yùn)行的高效超臨界直流鍋爐，隨著負(fù)荷的降低，過熱器出口汽壓將逐步降低，在更低的負(fù)荷時(shí)，將在亞臨界參數(shù)下運(yùn)行，鍋爐各部份f省煤器、蒸發(fā)段、過熱和再熱段）的吸熱量和比率都會(huì)發(fā)生變化，特別是蒸發(fā)段，每公斤的工質(zhì)要吸收更多的熱量，因此須注意升降負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)的過燒和欠燒現(xiàn)象的影響。
(2)隨著負(fù)荷降低，工作條件極為惡劣的水冷壁，質(zhì)量流速也按比例下降。在直流方式下，工質(zhì)流動(dòng)的穩(wěn)定性受到影響，為了防止出現(xiàn)流動(dòng)的多值性等不穩(wěn)定現(xiàn)象，需限定最低直流運(yùn)行負(fù)荷時(shí)的質(zhì)量流速。
(3)在進(jìn)入臨界壓力點(diǎn)以下低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，與亞臨界機(jī)組一樣，必須重視水冷壁管內(nèi)兩相流的傳熱和流動(dòng)，要防止發(fā)生膜態(tài)沸騰導(dǎo)致水冷壁管金屬超溫爆管。
(4)按B-MCR工況設(shè)計(jì)布置的省煤器在低負(fù)荷時(shí)有可能出現(xiàn)出口處汽化，將影響水冷壁流量分配，導(dǎo)致流動(dòng)T況惡化，故需限制省煤器的吸熱量。
(5)負(fù)荷降低后，爐膛水冷壁的吸熱不均將加大，需注意防止它引起水冷壁管圈吸熱不均導(dǎo)致溫度偏差增大。
(6)在整個(gè)變壓運(yùn)行中，蒸發(fā)點(diǎn)的變化，使單相和兩相區(qū)水冷壁金屬溫度發(fā)生變化，需注意水冷壁及其剛性梁體系的熱膨脹設(shè)計(jì)，并防止頻繁變化引起承壓件上出現(xiàn)疲勞破壞。
(7)由于壓力降低，飽和汽溫下降，煙氣和蒸汽之間的溫差增加，過熱器的焓增比定壓運(yùn)行機(jī)組要大，促使汽溫進(jìn)一步升高，故需考慮較大的減溫器容量，同時(shí)還要保證各種負(fù)荷下的噴水量。
(8)為防止過熱汽帶水對(duì)汽輪機(jī)造成水沖擊，在鍋爐直流負(fù)荷以上工況時(shí)，要保證水冷壁出口工質(zhì)溫度有一定的過熱度。
2.3鍋爐方案設(shè)計(jì)
(1)按照東方超臨界鍋爐的技術(shù)流派，選用對(duì)沖燃燒鍋爐。
(2)為保證水動(dòng)力的穩(wěn)定和減小水冷壁溫度偏差，仍采用螺旋水冷壁加垂直水冷壁的結(jié)構(gòu)。
(3)根據(jù)鍋爐參數(shù)和煤質(zhì)特性，確定爐膛尺寸，滿足爐膛熱負(fù)荷指標(biāo)要求。
(4)煤質(zhì)灰分較高，飛灰的磨損性較強(qiáng)，重點(diǎn)考慮采取措施防止受熱面磨損。
(5)根據(jù)熱力計(jì)算結(jié)果，布置足夠的受熱面面積。
(6)根據(jù)合同要求，采用不帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)。
3、鍋爐總體布置
3.1鍋爐的總體布置簡(jiǎn)介
鍋爐總體布置特點(diǎn)：
(1)單爐膛幾型布置；
(2)尾部雙煙道；
(3)全鋼架，全懸吊結(jié)構(gòu)；
(4)爐膛采用螺旋管圈+垂直管水冷壁；
(5)過熱器為輻射對(duì)流式，再熱器純對(duì)流布置；
(6)前后墻對(duì)沖燃燒方式。
爐膛水冷壁分上下兩部分，下部水冷壁采用全焊接的螺旋上升膜式管屏，上部水冷壁采用全焊接的垂直上升膜式管屏。
過熱器受熱面采用輻射一對(duì)流型布置。過熱器受熱面由五部分組成，第1部分為頂棚過熱器，第2部分為后豎井煙道包墻及后豎井分隔墻過熱器；第3部分是布置在尾部豎井后煙道內(nèi)的低溫過熱器；第4部分是位于爐膛上部的屏式過熱器；第5部分是位于折焰角上方的高溫過熱器。
過熱器系統(tǒng)按蒸汽流程分為：頂棚過熱器、包墻過熱器／分隔墻過熱器、低溫過熱器、屏式過熱器及高溫過熱器。按煙氣流程依次為：屏式過熱器、高溫過熱器、低溫過熱器。
過熱汽溫調(diào)節(jié)采用水煤比和二級(jí)噴水減溫，過熱蒸汽管道在屏式過熱器與高溫過熱器之間進(jìn)行一次左右交叉，以減小兩側(cè)汽溫偏差。
再熱器受熱面采用純對(duì)流型布置，再熱器由位于尾部前煙道的水平對(duì)流低溫再熱器及位于高溫過熱器后的高溫再熱器組成。再熱汽溫通過尾部雙煙道平行煙氣擋板調(diào)節(jié)。
省煤器布置在尾部后豎井水平低溫過熱器的下方。
燃燒設(shè)備前后墻布置，采用對(duì)沖分級(jí)燃燒技術(shù)，風(fēng)、粉氣流從投運(yùn)的煤粉燃燒器、燃盡風(fēng)噴進(jìn)爐膛后，各只燃燒器在爐膛內(nèi)形成—個(gè)獨(dú)立的火焰。
3.2鍋爐燃燒系統(tǒng)設(shè)備
鍋爐采用前后墻對(duì)沖燃燒，燃燒系統(tǒng)由煤粉燃燒器噴口和燃盡風(fēng)噴口組成。
煤粉燃燒器采用自主開發(fā)設(shè)計(jì)的新型低N()x燃燒器。
每個(gè)煤粉燃燒器均配有油槍。
在每個(gè)煤粉燃燒器和油燃燒器上均設(shè)火檢裝置的位置，可滿足FSSS的要求。
3.3爐膛支吊和剛性梁結(jié)構(gòu)
包括垂直膜式壁和螺旋膜式壁的整個(gè)爐膛荷載由生根在水冷壁出口集箱上的吊桿懸吊到鍋爐頂板粱上，爐膛可向下自由膨脹。
螺旋水冷壁僅支撐其自重荷載和爐膛壓力荷載，自重荷載被傳遞到上部垂直水冷壁，最后傳給鍋爐吊桿至鍋爐頂板梁。
剛性梁設(shè)置是用來保護(hù)爐膛水冷壁，不會(huì)因受到爐內(nèi)煙氣壓力的作用而發(fā)生變形。
3.4空氣預(yù)熱器
采用同轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，每臺(tái)鍋爐配置兩臺(tái)三分倉空預(yù)器。預(yù)熱器采用先進(jìn)的徑向、軸向和環(huán)向密封系統(tǒng)，徑向、軸向密封采用雙密封，密封周界短，效果好。并配有性能可靠的帶電子式敏感元件的具有自動(dòng)熱補(bǔ)償功能的密封間隙自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)裝置，在運(yùn)行狀態(tài)下熱端扇形板自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)子的變形而調(diào)節(jié)間隙，以減少漏風(fēng)。
3.5鍋爐的保護(hù)
在啟動(dòng)初期對(duì)鍋爐的保護(hù)主要時(shí)通過爐膛出口煙溫探針和汽機(jī)旁路系統(tǒng)。
運(yùn)行過程中，過熱汽溫主要由煤水比調(diào)節(jié)，并設(shè)置兩級(jí)噴水減溫；再熱汽溫主要通過尾部煙氣調(diào)節(jié)擋板來調(diào)節(jié)，并設(shè)置了事故噴水減溫。
此外，在各級(jí)受熱面出口管排上設(shè)置了壁溫測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行超溫報(bào)警保護(hù)；在過熱器、再熱器系統(tǒng)進(jìn)口或出口連接管上設(shè)置安全閥、PCV閥等來實(shí)施對(duì)過了和汽機(jī)的保護(hù)。
4、運(yùn)行情況
自主化設(shè)計(jì)的600MW超臨界燃煤機(jī)組鍋爐已成功運(yùn)行，工程整體質(zhì)量?jī)?yōu)良，達(dá)到國內(nèi)同類機(jī)組整套試運(yùn)的先進(jìn)水平。鍋爐運(yùn)行情況及主要性能參數(shù)如下：
鍋爐出口蒸汽參數(shù)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求；
調(diào)節(jié)特性好，減溫水流量較��；
具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃燒器性能優(yōu)異，燃燒效率高；
鍋爐出口NOx排放低，達(dá)到保證值的要求；
煤質(zhì)適應(yīng)性好；
鍋爐效率能達(dá)到保證值。
5、存在的問題及改進(jìn)措施
(1)汽水阻力較大。若需降低阻力，則需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大的改動(dòng)，如放大管子或管道內(nèi)徑等，對(duì)受熱面節(jié)距進(jìn)行調(diào)整，整個(gè)方案需要重新考慮。
(2)燃燒器磨損嚴(yán)重。由于一次風(fēng)進(jìn)入燃燒器后，在彎頭的作用下，煤粉顆粒還會(huì)存在折射、偏向，使煤粉氣流沖刷到了沒有采取防磨措施的一次風(fēng)中心筒，造成了一次風(fēng)中心筒磨損。改進(jìn)措施為在中心筒上部增加瓦形陶瓷片，以防止氣流直接沖刷中心筒。在穩(wěn)燃齒的迎風(fēng)面，也增加陶瓷片，可有效的防止燃燒器的磨損，同時(shí)也要保證陶瓷片產(chǎn)品的質(zhì)量。
(3)燃燒器區(qū)域水冷壁結(jié)焦。原燃燒器三次風(fēng)擴(kuò)錐角度較大，使燃燒器的旋流強(qiáng)度偏大，有部份煤粉顆粒被甩到了水冷壁上，造成了水冷壁結(jié)焦。改進(jìn)措施為在燃燒器三次風(fēng)擴(kuò)錐內(nèi)增加導(dǎo)向筒，將燃燒器三次風(fēng)擴(kuò)錐角度適當(dāng)減小。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)減溫器噴管斷裂。前期減溫器通用結(jié)構(gòu)，制造工藝無法保證噴管的裝配尺寸，引起噴管疲勞斷裂。后期對(duì)減溫器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，一方面使制造工藝容易實(shí)施，另一方面結(jié)構(gòu)上采取措施防此噴管產(chǎn)生震動(dòng)，并放大了噴管尺寸。
6、結(jié)語
600 MW超臨界鍋爐自主化設(shè)計(jì)，為東鍋公司儲(chǔ)備了超臨界鍋爐技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)形成了一系列超臨界鍋爐產(chǎn)品。
