2002年5月，東方鍋爐公司和日本BHK公司合作一舉中標了河南沁北2×600 MW超臨界鍋爐。該工程是國內超臨界國產化項目示范工程，第一臺國產化超臨界鍋爐。鍋爐由日本BHK公司作技術支撐并進行方案設計，東方鍋爐公司進行鍋爐技術設計和施工設計，全部自行制造。
超臨界鍋爐和常規亞臨界鍋爐的差別在于：
(1)其工質在蒸發受熱面的流動為強制流動，與汽包鍋爐完全不同；
(2)鍋爐蒸汽壓力更高，達25.4 MPa，比亞臨界鍋爐高40%左右；
(3)鍋爐蒸汽溫度更高，為566℃/566℃，比亞臨界鍋爐高26℃左右。
因此，超臨界鍋爐在結構和布置、部件用材、材料壁厚與汽包鍋爐有許多不同之處，大大增加了制造難度，表現在以下幾個方面：
(1)汽包鍋爐中的爐膛由單一垂直膜式水冷壁組成，而直流鍋爐由螺旋膜式水冷壁和垂直膜式水冷壁組成，在螺旋上升管與垂直上升管處（過渡段）增加了混合管屏和集箱部件。直流鍋爐中取消了汽包，而采用汽水分離器部件進行汽水分離。其中冷灰斗、混合管屏、燃燒器區域水冷壁、螺旋管屏、汽水分離器等部件結構新穎復雜，制造難度極大。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時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)鍋爐參數（壓力和蒸汽溫度）的提高，使得鍋爐部件在用材方面變化較大，幾乎每個部件所使用的材料均上升了一個檔次，其過熱器、再熱器管屏大量使用，集箱大量使用SA335P91新材料，因此必須開發全不銹鋼管屏的制造技術和P91集箱的制造技術。
(3)材料壁厚大，管子規格小，部件長度長，給焊接、探傷、組裝和調運均帶來很大難度。
(4)鍋爐參數壓力高，每個部件工作壓力也高，水壓壓力相應升高，需全面試驗原來的水壓密封方法的適應性。
1、工藝準備
要成功研制超臨界鍋爐，制造技術水平的提高是重中之重。因此從項目投標之時，就通過多種渠道收集制造技術資料，如標準、生產設備配置等，依據BHK提供的參考圖，策劃總體工藝方案，進行工藝平面布置的調整，新增關鍵設備，設計新工裝和模具，進行一系列工藝實驗、開發，以及在消化BHK設計資料時結合東方鍋爐公司制造技術條件認真進行設計工藝審查，并從材料的匹配、設計結構合理化等方面向設計提出了許多好的建議，為完成超臨界爐的研制工作打下了良好的基礎。
針對主要部件制造提出了工藝方案并反復加以細化，專題組織了公司各方面的專家對制造工藝方案進行公司級評審，為生產的順利進行提供了技術保證。
主要新工藝技術和創新點：
(1)高溫過熱器、屏式過熱器管屏為全不銹鋼結構，通過選取合理的彎管半徑，取消了不銹鋼彎頭固溶熱處理達3 908個彎頭，單臺爐降低了制造成本20多萬元，極大地提高了生產效率，縮短了生產周期。
(2)首次成功開發了雙面坡口扁鋼，在BHK公司要求基礎上有所改進和提高。雙面坡口扁鋼的鈍邊BHK公司要求0.8mm，但是在東鍋公司MPM焊機上無法進行管屏焊接。工藝處在大量工藝試驗后將雙面坡口扁鋼的鈍邊由0.8mm改為1.5mm，攻克了技術上的難關，實現了扁鋼的國產化生產，為螺旋水冷壁的生產打下了良好基礎。
(3)對重要區域的管子需對扁鋼角焊縫進行RT檢查，扁鋼端部繞焊和修磨R。開發規程中通過試驗優化了焊接工藝，試驗并采用了先進的修磨工具，提高了焊接質量和修磨效率。
(4)過渡管屏為全新的立體框形結構，結構復雜，制造難度大。東鍋公司首次遇到該類型管屏，后成功地解決了過渡管屏的裝焊定位、扁鋼對中、“H”型及“Y”型密封板的焊接、管屏起吊與翻身焊接變形控制和管屏倒角等難題。
(5)冷灰斗螺旋水冷壁是超臨界鍋爐中制造難度最大的部件。它位于爐膛下部冷灰斗，因為管子為螺旋上升結構，使冷灰斗管屏的結構變得異常復雜，特別是角部管屏，都是由3個或3個以上的面構成的立體管屏，制造難度相當大。日本BHK公司在首臺冷灰斗螺旋水冷壁的制造時采用整體胎模方法，不僅占用生產場地大且生產周期長。美國BAB-COCK公司生產的第一臺冷灰斗螺旋水冷壁為廢品，不得不重新生產一臺冷灰斗螺旋水冷壁交給用戶。東鍋公司在吸收BHK公司先進技術外，大膽采取諸多新工藝，成功完成首臺超臨界鍋爐冷灰斗的制造，僅節約整體胎模費用就達40萬元。
(6)集箱制造過程中成功解決了集箱非徑向孔的加工，開發了小直徑集箱環縫拼接埋弧焊新工藝，解決了小直徑長集箱(∮190)焊接收縮及變形控制以及校正新工藝。
(7)汽水分離器，成功地解決了切向管接頭R園弧面及坡口的加工，切向管接頭的組裝、焊接、鏜焊根及水壓坡口的劃線等難題。
(8)成功解決了長度約為18m的儲水罐筒身直線度的制造難題。
(9)研究多種水壓密封方式，成功解決小直徑厚壁屏管的水壓問題。
2、主要部件制造技術
2.1汽水分離器、儲水罐
2.1.1 汽水分離器切向管接頭的組裝
既要滿足與汽水分離內外園相切，又要保證上傾角150，還要防止焊接變形。采用將工裝芯棒襯環一端插入筒身的斜孔中，然后再將切向管接頭插入工裝芯棒襯環的另一端，用裝配樣板檢查切向管接頭的裝配位置，使相鄰切向管接頭之間的長度尺寸盡量相等，裝焊拉筋板，使其成為一個整體以達到防止焊接變形。
2.1.2 汽水分離器切向管接頭焊根
因切向管接頭找正困難，管接頭長約800 mm，焊根的形狀不規則，鏜焊根較困難，鏜焊根所用的刀桿約930 mm長。根據管接頭的實際位置、孔徑、深度，制作專用加長鏜刀桿進行加工。
2.1.3 汽水分離器熱電偶插座臺階盲孔及螺紋加工
熱電偶插座上有一個∮6.5 mm、深約120 mm和一個∮10 mm、深約100 mm的臺階盲孔并在其上部有RCl/2錐管螺紋。采取先鉆RCl/2螺紋底孔，然后鉆∮10 mm盲孔，再鉆∮6.5 mm盲孔，最后加工RCl/2錐管螺紋。攻絲時在鉆床上攻一段，然后用手工攻到位。
2.1.4儲水罐筒身直線度的控制
儲水罐的筒身長度為17497 mm，它由3個筒節組成。環縫的組裝必須要保證焊接質量，又要保證直線度不超差，所以難度很大。測量每節筒節的凸、凹最大處，并做好記錄和標記，便于筒節組裝時撓度的控制。同時在組裝環縫時，在可調V型架上反復調節，以控制裝配間隙，滿足焊接和筒身直線度的需要。
2.1.5 儲水罐總裝
如果接完所有環縫后再開孔，就很難清理筒身內的氣割熔渣和鐵屑等雜物，并且管孔內壁的R無法打磨；如果再單個筒節時先開完所有的管孔，就很難使手孔管接頭在一個相線上且對于大孔（∮544 x100管接頭在筒身上的內孔）先開，可能會影響其靠近環縫端部的圓度。采取將儲水罐分兩大段分別制成后，再組裝焊妥兩大段。在進行兩大段制造時，先裝焊環縫一劃筒身四相線及孔線一加工孔一裝焊管接頭一鏜焊根一修磨管孔內壁R-組裝焊兩大段等方法，保證了產品質量。
2.2水冷壁
2.2.1開坡口扁鋼自動焊
在超臨界本生爐中扁鋼為兩邊開450K型坡口形式，且管子與扁鋼角焊縫焊透要求高，這樣使角焊縫熔敷金屬量比常規爐多，焊接熱輸入比常規爐大，再加上管子直徑較小，管屏較長，管子規格處于設備規范下限，因此管屏自動焊易產生旁彎、上撓、焊后扁鋼中心線與管子中心線位置偏差的控制困難等問題。東鍋公司采用了12頭MPM熔化極混合氣體保護焊，以降低電流、減少熱輸入、對稱焊等工藝手段進行施焊。
2.2.2 管屏彎制
管屏成排彎有～19.50的傾角，且成排彎彎曲半徑為R150。采用臥式成排彎管機彎制R150成排彎，同時利用成排彎管機上的定位基準，對樣在管屏上劃出成排彎中心線及定位基準線，彎制時對齊管屏和成排彎管機上的定位基，保證管屏的螺旋傾角。
2.2.3 端部繞焊、修磨
由于本生爐為變壓運行，管子與扁鋼角焊縫端部易在運行中產生裂紋，因此需對管子與扁鋼角焊縫端部進行繞焊，同時對繞焊區域還需進行R修磨以圓滑過渡。由于管子間凈節距較小，繞焊修磨較困難。通過試驗確定了采用氬弧焊或氣保焊對扁鋼端部進行繞焊，同時購置瑞典專用氣動短柄精磨機和國產化的硬質合金旋轉銼進行R修磨，取得了較好效果。
2.2.4 過渡管屏管組組裝
過渡管屏結構呈立體狀，這樣為組裝帶來以下問題：
(1)如何對樣裝配、如何固定管子空間部分并保證管組尺寸。
(2)管屏是沿寬度方向分組制造成管組后組屏，為保證管屏的寬度方向尺寸精度，必須考慮管子間扁鋼橫向收縮，而寬度方向管子是變管徑、變節距的，這樣會造成各管間扁鋼橫向收縮量不一，而且長度方向各管組空間尺寸的一致性難以控制。
(3)管屏沿寬度方向管子是變管徑的，在平臺上其中心線不在同一平面上，這樣如何保證不同管徑的管子及扁鋼裝配在同一中心線上是組裝難點。
(4)管屏在焊接過程中易造成管子旁彎、上撓等焊接變形，如何控制變形，保證管屏的平面度是制造中需克服的問題。
工藝措施：
(1)由于管組成立體交叉結構，利用平臺輔助工裝放管組向火面樣線，對樣擺放管子后利用工裝支撐管子空間部分。
(2)在平臺精放管組樣，放樣線應包括每根管子的中心線及兩側管子外徑線。劃出36.4尺寸線和管子投影線，螺旋水冷壁分界線，扁鋼裝配位置線。通過工藝試驗掌握開坡口扁鋼與管子角接后扁鋼的橫向收縮量。在手工焊組裝管屏時利用不同寬度的扁鋼調節管屏寬度。
(3)在平臺咖31.8管子區域裝點δ3的鋼板，保證組裝時∮31.8和咖38.1管子中心高在同一中心線上。在扁鋼下墊鋁條，保證組裝時扁鋼與管子的對中精度。
(4)在管組上段散管端部裝定位角鋼并用管間節距寬度的扁鋼連接，以達到控制散管節距的目的。
(5)用壓緊型鋼壓緊管組平面于平臺上，固定管組，保證了管組的平面度，同時也起到了防止管組的焊接變形作用。
2.2.5 管屏變形控制
(1)正確采用管組裝配順序：管組裝配時應注意將異形板暫不裝，最后組裝，以減小熔焊金屬及熱輸入量的集中程度，防止管組組裝后的焊接變形。
(2)管組裝配防變型鋼：主要用于各小管屏的裝焊，在工裝設計時主要考慮工件的定位、夾緊以及由于焊接引起的收縮和變形控制。
(3)明確焊接順序，并嚴格按工藝要求焊接，控制焊接變形。
(4)管組焊后熱處理消除應力，減小應力變形。
(5)管屏裝防變型鋼，管屏在翻身、起吊時采用專用工裝進行，增加吊點，減少變形，同時防變型鋼也可防止管屏在焊后消除應力熱處理時的變形。
2.2.6 冷灰斗管屏制造
沁北600 MW超臨界鍋爐冷灰斗螺旋水冷壁部件是該爐所有部件中結構最新最復雜、技術含量最高、制作程序最多、制造難度最大的前所未有的重大關鍵部件。
由于管屏結構復雜多樣，因此每個管屏由多個管組（小管屏）構成。管組（小管屏）制作方式存在以下幾種情況：①管組由單根管子機彎管后制成成排彎頭變節距平面螺旋管組和成排彎頭變節距立體螺旋管組。②單根管子機彎管后制成管組再成排機彎管和手工加熱立體彎管。③直管制成管組（或管屏）手工加熱平面變節距彎管和成排機彎管。④管組組裝成管屏后管屏中單根管子的手工加熱立體彎管和管屏中的管組手工加熱立體彎管等復雜制作過程。特別是管組中不僅要進行平面彎頭手工加熱彎管，還要在平面彎頭的拐點附近再進行成排機彎管，制作工藝十分復雜。根據管組（或管屏）的結構特征，應用平臺和工裝進行平面的、立體的、及平面和立體結合的方法進行組裝和焊后尺寸檢測等全制作過程。
制造工藝如下：
(1)管組的組裝
在認真分析管屏（管組）的結構特點的前提下，采用了在鋼板平臺上放樣、在鋼板平臺加工裝上進行組合放樣，并按樣線組裝管組，有效地保證了管組組裝尺寸及螺旋角的精度。
為了減少管組的焊接熱輸入量和熔焊金屬及焊接應力，減輕管組的焊接變形，選擇了管組成排彎頭管間密封鋼板暫不裝的合理裝配順序，防止管組螺旋角及其它角度的變形十分顯著；
管組組裝時，管間扁鋼下置放扁鋼定位工裝，再用其它工裝把彎曲、扭曲的扁鋼敲擊于扁鋼定位工裝平面上，均勻對稱地裝點到管子縱向中心線上，有效地防止了管組在焊接過程中的變形。
采用工裝將管組壓緊于平臺面進行點焊，保證了管組在組裝過程中管組表面平面度。管組用型鋼防變加固，對防止焊接變形取到了重要的作用。
(2)管屏或管組的裝配工藝
冷灰斗部件中各管屏是十分復雜的結構，雖然管屏是由多個管組組合而成，成排彎頭立體管組，成排彎頭多面多向立體管組組裝成管屏，用一般的裝配方法很難保證管屏的外形尺寸和螺旋角度。根據現有的條件，在鋼板平臺、工裝上進行組合放樣，并對樣組裝各類管屏，確保各管屏相關尺寸具有較高組裝精度。
管組組裝成管屏后，如何防止管屏特別是多面多向立體管屏在吊運翻身的過程中不變形，確保管屏尺寸最終達到較高精度，采用了管屏在對樣組裝完成并未吊離放樣線時，用工裝對整個管屏進行防變加固，特別是對成排彎頭多面多向立體部位進行了重點防變加固，有效地保證管屏整體尺寸的準確。
管屏焊接后，存在較大的焊接應力，一旦防變加固工裝拆除，可能產生較大變形，尤其對復雜結構管屏的變形，要把變形校正過來，顯得就非常困難。因此，對管屏進行整體熱處理，消除焊接應力，防止了變形，穩定了管屏整體尺寸。
3、集箱非徑向孔加工
在超臨界鍋爐高溫再熱器進口集箱、低溫過熱器集箱以及低溫再熱器集箱上有大量的非徑向孔需要加工，這在以往的集箱制造中從未遇到過，在金屬切削上屬非對稱切削。
根據公司設備的實際情況，在進行可行性分析的同時，經過大量的工藝試驗，采用以下兩種工藝方法來滿足沁北超臨界鍋爐集箱非徑向孔的加工。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
3.1用成型刀具來滿足集箱非徑向孔的加工
(I)在鉆床上首先用剛性較好的中心鉆在集箱外徑劃線位置打好引導孔；
(2)再用標準鉆頭鉆、括非徑向孔底孔；
(3)最后再用專用成型刀具把盆形坡口加工成型。
由于有的坡口面太寬（接近50 mm左右），所以在專用成型刀具設計時把坡口面分成兩部分，先用I型成型刀具把坡口上面多余的金屬切除，再用Ⅱ型成型刀具加工成型。
3.2 用傳統的盆形坡口刀具來滿足集箱非徑向孔的加工
受盆形坡口刀具設計的啟發，把坡口面分成兩部分來處理，根據分段的情況設計出配套使用的盆形坡口刀具，同樣滿足生產要求。
雖然上述兩種方案都能滿足生產要求，但由于成型刀具制造難度和成本較高，加之刀具笨重，所以在沁北超臨界鍋爐集箱非徑向孔的加工后期大多采用后一種方案。
4、結語
華能沁北電廠l#鍋爐已于2004年6月25日上午9時28分順利通過水壓試驗，焊口無一泄露，水壓試驗一次成功。鍋爐的正式投入運行成功標志著東方鍋爐公司已全面掌握了超臨界鍋爐制造技術。作為我國首臺600 MW超臨界國產化機組，從2002年5月15日與沁北電廠正式簽訂供貨合同后，只用了短短23個月（即使在國外大公司，一臺600 MW超臨界機組鍋爐，從設計到制造完工，最短需要27個月時間），就完成了國內首臺600 MW超臨界示范機組鍋爐的研制任務，創造了國內外研制同類產品最短周期的新紀錄。600 MW超臨界機組鍋爐的研制成功，標志著我國發電設備國產化步入新的里程碑。
