我國發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)中，火電機組目前仍占75%左右，而火電機組中絕大部分為燃煤機組，這種趨勢將持續(xù)相當(dāng)長時間。超臨界鍋爐作為超臨界機組三大主機設(shè)備之一，具有參數(shù)高、負(fù)荷變化速度快、啟動系統(tǒng)設(shè)計特殊等特點，其可靠性問題顯得越來越重要，國內(nèi)外用戶對機組可靠性的要求也越來越高，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機、秸稈顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
一、幾種常見的670MW超臨界機維鍋爐技術(shù)特點
    （一）鍋爐總體布置及內(nèi)置式啟動分離器的技術(shù)特點
    鍋爐的汽水流程從分離器出口到過熱器出口集箱為過熱器系統(tǒng)，以內(nèi)置式汽水分離器為分界點，另有省煤器系統(tǒng)、再熱器系統(tǒng)和啟動系統(tǒng)。水冷壁入口集箱到汽水分離器為水冷壁系統(tǒng)，過熱器采用四級布置，從爐頂過熱器至分隔屏過熱器，再從分隔屏過熱器至后屏過熱器，最后回到末級過熱器。在上爐膛、折焰角和水平煙道內(nèi)分別布置了分隔屏過熱器、屏式過熱器、末級過熱器和末級再熱器，所有過熱器、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。采用內(nèi)置式汽水分離器，內(nèi)置式汽水分離器結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，容量為35%BMCR，與鍋爐水冷壁最低質(zhì)量流量相匹配，可以鍋爐本身各受熱面間以及汽機間工質(zhì)狀態(tài)的匹配，并實現(xiàn)工質(zhì)和熱量的回收。在啟動完畢后，并不從系統(tǒng)中切除，而是串聯(lián)在鍋爐汽水流程內(nèi)，從爐膛冷灰斗水冷壁進口集箱(標(biāo)高5700mm)到標(biāo)高47292mm處爐膛四周采用螺旋管圈，在此上方為垂直管水冷壁。當(dāng)機組啟動，鍋爐負(fù)荷低于最低直流負(fù)荷350‰BMCR時，蒸發(fā)受熱面出口的介質(zhì)流經(jīng)汽水分離器進行汽水分離，蒸汽通過汽水分離器上部管接頭進入爐頂過熱器，參數(shù)為除氧器的參數(shù)，建立啟動流量。實現(xiàn)進入分離器汽水混合物的兩相分離，使分離出來的水的質(zhì)量和熱量得以回收，并向過熱器、再熱器、暖管、沖轉(zhuǎn)和帶負(fù)荷提供汽源。點火后隨燃燒量的增加，進入分離器的工質(zhì)壓力、溫度和干度不斷提高，汽水混合物在分離器內(nèi)實現(xiàn)分離。蒸汽進入過熱器系統(tǒng)，水排入疏水?dāng)U容器實現(xiàn)工質(zhì)回收。
    （二）超臨界機組鍋爐燃燒方式的特點
    從目前電廠鍋爐燃燒器來看，四角切圓燃燒方式是電廠比較常用的一種燃燒方式，這種方式的特點是采用鍋爐燃燒系統(tǒng)按中速磨冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計，24只直流式燃燒器分6層布置于爐膛下部四角，煤粉和空氣從四角送入，在爐膛中呈切圓燃燒方式。從穩(wěn)燃性能看，這些鍋爐不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷率試驗值為41.11%～52%，可調(diào)度值為50%～63%，黃島這兩臺鍋爐不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷率試驗值為40%-55%，可調(diào)度值為40%-60%，且略有優(yōu)勢。過熱器汽溫通過煤水比調(diào)節(jié)和兩級噴水來控制，再熱器汽溫采用燃燒器擺動調(diào)節(jié)，再熱器進口連接管道上設(shè)置事故噴水，使電廠入爐煤可燃基揮發(fā)份都高于無煙煤的上限值。尾部煙道下方設(shè)置兩臺轉(zhuǎn)子直徑14236mrrt三分倉受熱面旋轉(zhuǎn)容克武空氣預(yù)熱器。爐底排渣系統(tǒng)采用機械出渣方式，鍋爐運行層標(biāo)高為13700mm。從燃盡性能看，對鍋爐已投運多年的5、6號鍋爐中，6號鍋爐燃盡效果最好，飛灰含碳月平均Cfh=2%-2. 5%，、5號鍋爐燃盡率不佳，原因是當(dāng)入爐煤Vda f=8%-10%時，5號鍋爐飛灰含碳月平均可達C h= 3%-3. 5%，使35%兗州地區(qū)煙煤和65%晉中地區(qū)貧煤的混煤得不到有效的利用。
    （三）超臨界機組鍋爐水冷壁及爐膛的技術(shù)特點
    由于尺寸與通過水冷壁足夠的質(zhì)量流量的矛盾，在爐膛周界尺寸確定后，直流鍋爐水冷壁的設(shè)計難以兼顧爐膛周界。對垂直管圈水冷壁而言，為了保證具有足夠的質(zhì)量流量，在選擇水冷壁管徑時，會遇到很大的困難，采用螺旋管圈的形式，使得管間吸熱偏差小，熱偏差也小，適用于變壓運行要求。帶內(nèi)置式啟動分離器的超臨界壓力螺旋管圈變壓運行直流鍋爐水冷壁，其吸熱偏差小，水冷壁進口可以不設(shè)置改善分配的節(jié)流圈，降低了阻力損失。還可以嚴(yán)格限制水冷壁的吸熱份額，有良好的膨脹性能和溫度跟蹤性能，但水冷壁的制造工藝較復(fù)雜，其焊接和變形的校正都較碳鋼管復(fù)雜。而與與螺旋管圈相比，垂直型水冷壁的主要優(yōu)點為結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝；較好的正向流動特性，在各種工況下保證水動力的穩(wěn)定性；不易結(jié)渣在傳統(tǒng)的一次上升垂直水冷壁的基礎(chǔ)上；不需用復(fù)雜的張力板結(jié)構(gòu)，啟動或負(fù)荷變化時熱應(yīng)力較�。蛔枇�較小，比螺旋管圈水冷壁少約1/3等等。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，對于灰熔點低、易結(jié)渣的核煤煤種，比灰份軟化溫度低230℃，工況下爐膛出口煙溫1000℃，這種設(shè)計較為保守，可以確保在爐膛內(nèi)和對流受熱面不結(jié)渣，安全運行。
二、超臨界670 MW機組性能分析
    （一）垂直管屏式鍋爐火焰性能
    內(nèi)螺紋管螺紋高度、螺紋寬度、導(dǎo)角、圓角等幾何特性影響管內(nèi)工質(zhì)流態(tài)，是上個世紀(jì)后期就有的水冷壁管技術(shù)，在臨界壓力區(qū)管內(nèi)流態(tài)易偏離核態(tài)沸騰而轉(zhuǎn)向膜態(tài)沸騰，使管子冷卻變差而過熱。經(jīng)優(yōu)化后，光管、標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋及優(yōu)化內(nèi)螺紋管的傳熱特性有了較大的提高，水冷壁為多通道垂直上升結(jié)構(gòu)，爐膛四周布置∮60mm×7mm鋼管的膜式水冷壁，爐膛折焰角的上方布置對流過熱器，上部布置有前后屏過熱器，爐頂、水平煙道兩側(cè)及轉(zhuǎn)向室設(shè)置成頂棚和包墻管過熱器。尾部豎井煙道中布置有低溫再熱器，其下依次布置二級管式空氣預(yù)熱器、主省煤器和一級管式預(yù)熱器，在低溫再熱器前面的旁路煙道中布置有旁路省煤器，可確保運行安全穩(wěn)定。在高質(zhì)量流速情況下，采用多根水冷壁管并聯(lián)，沿程摩擦阻力占較大比例，受熱較多的管子產(chǎn)汽量增加，阻力增加，使流速下降，為負(fù)向響應(yīng)特性，因受熱不均，，而出現(xiàn)個別管過熱，受熱多的管子靜壓頭下降大于摩擦阻力增加，管內(nèi)流速隨之增加，產(chǎn)生正向響應(yīng)，具有低質(zhì)量流速正向自動補償?shù)奶匦浴?br />     （二）針對燃用煤種及機組投運方式的性能設(shè)計
    針對工程煤質(zhì)進行鍋爐設(shè)計，采用成熟可靠的性能計算方法，充分分析煤質(zhì)的結(jié)渣、著火、燃盡、磨損、沽污等特性，考慮煤種及其變化范圍，利用計算機對鍋爐的熱力性能、過熱器、再熱器壁溫、水冷壁水動力、受壓件強度、受壓件柔性應(yīng)力分析及疲勞壽命等進行了全面仔細(xì)的計算。采用成熟的兀型布置爐型，對受壓件管系、支吊和導(dǎo)向元件，蛇形管與集箱連接形狀等均進行應(yīng)力分析，使機組在正常運行和變負(fù)荷時各部件應(yīng)力水平保持在較低水平，確保鍋爐設(shè)計的可靠性和先進性。同時選用合理的爐膛容積熱負(fù)荷、斷面熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷及爐膛出口煙溫。考慮了與煤質(zhì)特性的適應(yīng)性，以保證煤粉的著火穩(wěn)定、燃盡，并充分考慮防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣，減少NOX排放。
三、結(jié)束語
    綜上所述，電廠670M W超超臨界機組的鍋爐有汽水流程以汽水分離器為分界點、采用垂直管圈、內(nèi)螺紋管水冷壁、四角切圓燃燒方式、三級過熱器等特性。永冷壁管低質(zhì)量流速及優(yōu)化內(nèi)螺紋管兩項技術(shù)是超臨界670 MW機組垂直管圈水冷壁鍋爐可行的方案，可減少污染物及其它溫室氣體排放量，在節(jié)能、環(huán)保方面具有較大的優(yōu)勢。


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