1、鍋爐設備簡介
中國電力投資集團公司所屬的江蘇闞山發電有限公司一期2臺600 MW超超臨界燃煤發電機組鍋爐由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司根據日本三菱重工業株式會社提供技術，開發、制造的超超臨界參數變壓運行直流鍋爐，采用兀型布置、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態干排渣、半露天布置方式、設計煤種為煙煤。燃燒系統采用CUF墻式逆時針切圓燃燒方式及MACT燃燒技術，配PM型燃燒器；制粉系統采用正壓直吹式制粉系統配6臺HP型中速磨煤機．BMCR工況下5臺運行1臺備用：爐膛受熱面采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁：鍋爐啟動系統采用帶爐水循環泵(BCP)的內置式汽水分離器的啟動系統：主蒸汽調溫方式以煤水比為主．同時設置三級噴水減溫器，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溫擋板調溫．在低溫再熱器入口管道上還設置有事故噴水減溫器。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、鍋爐技術特點及分析
2.1鍋爐啟動系統
該鍋爐的啟動系統采用了帶爐水循環泵(BCP)的內置式汽水分離器的啟動系統，以此實現在機組啟動過程中汽水工質的回收。鍋爐在承擔基本負荷的同時具有一定調峰性能，采用爐水循環泵系統的啟動系統具有熱損失小、啟動時間短等特點；缺點是系統復雜，投資運行費用較高。
2.2爐膛受熱面
(1)采用U型三叉管節流孔圈。將水冷壁入口的控制流量的節流孔圈由傳統的裝在水冷壁下集箱內改為裝在水冷壁集箱的出口管接頭上，以便于在運行和調試過程中更換節流孔圈，也可以大大減少節流孔圈數量．同時由于增加了裝節流孔圈的管段直徑．因此也提高流量調節的幅度。
(2)上下水冷壁采用內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，內螺紋管的采用有利于防止亞臨界低干度區發生膜態沸騰(DNB)和控制近臨界高干度區發生干涸(DRO)時壁溫上升的幅度，此外還可以采用較低的質量流速以達到降低水冷壁阻力的目的。垂直管圈水冷壁且具有阻力小、結構簡單、水冷壁在各種工況下的熱應力較小，良好的變壓、調峰和再啟動性能。
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針方向第275～321號水冷壁管間。相對于四角切圓燃燒，墻式切圓燃燒能使爐膛出口煙溫偏差大大降低，有利于鍋爐安全運行：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焦：爐膛內溫度場相對更加均勻，并且溫度水平適中．能有效降低N0x的排放，同時使鍋爐水動力更加可靠：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，風粉混合物通過人口分離器分成濃淡二股分別通過濃相和淡相2只噴嘴進入爐膛．由圖l可看出濃相煤粉濃度高，所需著火熱量少，利于著火和穩燃：由淡相補充后期所需的空氣，利于煤粉的燃盡，同時濃淡燃燒均偏離了NOx生成量高的化學當量燃燒區，大大降低了NOx生成量。PM燃燒器由于將每層煤粉噴嘴分開成上下2組，增加了燃燒器區域高度，降低了燃燒器區域壁面熱負荷，有利于防止高熱負荷區結焦。
(3)燃燒器采用三菱MACT燃燒技術，拉開式4層附加風室且角式布置．也就是既有垂直分級又有水平分級燃燒達到降低爐內溫度水平，大大降低爐內NOx的生成量。原理見圖2。
(4)該超超臨界鍋爐原設計中的啟動順序為先啟動點火油槍，再啟動最上層的F層煤粉燃燒器，之后按從上往下的順序啟動制粉系統。在實際應用中按電廠要求對A層燃燒器進行了改造，將燃燒器淡相噴嘴封堵．同時在其濃相噴嘴中加裝了等離子點火裝置．以此減少鍋爐在啟動過程中的燃油消耗量。經過此項改造易導致鍋爐升溫升壓過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；加劇轉直流過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間距加大．容易導致鍋爐啟動初期運行A制粉系統時，下層二次輔助風的托粉效果降低，降低鍋爐啟動階段的效率：同時在機組極熱態啟動階段參數難以達到要求，造成啟動時間延長．增加了機組的熱損失，降低了啟動階段的效率：
這樣燃燒器就為低NOx的PM型并配有MACT型分級送風系統．把整個爐膛沿高度分成3個燃燒區域（見圖2），即：下部為主燃燒區，中部為還原區，上部為燃盡區。
2.4鍋爐受熱面材料
由于該超超臨界參數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，高溫過熱器和再熱器管道的最高壁溫可達到640～650℃．除了要求其材質有很好的熱強性外，管道內壁的蒸汽氧化和外壁的煙氣高溫腐蝕問題也不能忽視，必須采用熱強性高、抗蒸汽氧化和煙側高溫腐蝕的新型高鉻奧氏體鋼．該超超臨界鍋爐的屏式過熱器和末級過熱器的蛇形管（爐內部分）均由超級304H和HR3C組成，前者為含銅達3%的細晶粒奧氏體鋼，即18CrIONi3Cu．后者為含鉻達25%、含鎳達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600℃等級的超超臨界鍋爐已廣泛采用。
在鍋爐再熱器出口集箱和導管鋼材方面采用P92材料，這種鋼材具有高的熱強性、良好的抗煙氣腐蝕能力和工藝性（即焊接性能）。
3、運行調整控制特性及分析
3.1鍋爐燃燒配風特性
(l)由于爐膛和燃燒器高度均較高，二次風的配比對鍋爐NOx的形成和下水冷壁出口壁溫有較大影響。控制主燃燒區的燃料與空氣比為0.8～0.9．提高OFA供風，適當加大附加風的開度，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域爐膛截面的熱負荷．從而降低下水冷壁出口溫度。另外由于附加風消旋作用．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小．所以選擇適當煤粉燃燒器的周界風，對爐內燃燒優化的效果至關重要．過大的周界風將包裹住一次風粉，使其對下游燃燒器的沖擊加大，導致下游燃燒器容易偏斜：如果周界風風量太小，不利于提高燃燒器噴口的剛性。
3.2下水冷壁壁溫特性
(1)沿爐內切圓方向，運行調整中發現在燃燒器上游附近的水冷壁容易出現最低溫度點，而由于燃燒器上游來的氣流吹掃，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．但由于爐膛熱負荷更加均勻，各角水冷壁也不存在由于繞開燃燒器而引起部分角上水冷壁吸熱量降低的現象，能有效地提高各角水冷壁的吸熱量。
(2)運行調整中同時發現：鍋爐在轉直流區域附近，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。這是由于機組原設計啟動順序為從上往下啟動各制粉系統，爐膛火焰位置相對較高，而實際運行中，為了充分利用等離子無油點火的優勢，鍋爐啟動均是先啟動A制粉系統系統．然后從下往上啟動各制粉系統．這樣爐膛火焰中心位置明顯要比設計低，導致下水冷壁吸熱量增加。且在啟動階段壓力低，蒸發區段內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．導致節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．通過圖3和圖4的比較可看出在鍋爐轉直流后，尤其在兩個壁溫較高區域相鄰水冷壁管壁溫差要大于額定負荷工況．
為了降低鍋爐轉直流時下水冷壁管壁溫與降低相鄰水冷壁管壁溫度偏差，可以在鍋爐轉轉直流階段加速增加燃料量和給水流量，把鍋爐快速從濕態轉換為直流狀態，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，各相鄰水冷壁管壁溫差也能滿足要求對內螺紋管垂直水冷壁在啟動／低負荷階段（即從點火到最小直流負荷期間）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鍋爐啟動特性
如果采用等離子A制粉系統進行點火升溫升壓，將比設計從上往下啟動制粉系統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，在水平煙道的對流放熱量也增加．這有利于機組冷態、溫態啟動時鍋爐參數的控制．然而這將導致機組極熱態啟動時鍋爐升溫速度比較慢，從鍋爐點火到滿足汽機沖轉往往需要1.5h，這將大大增加機組極熱態啟動時的時間與成本。
3.4低負荷燃燒穩定性
鍋爐運行及調整中發現，墻式切圓燃燒將燃燒器從熱負荷最低的四角區域移至熱負荷較高的四墻區域，這將使煤粉射流離開噴口后可獲得更多的輻射傳熱。此外，墻側區域溫度水平高于四角煙氣．因此．煤粉射流通過卷吸更高溫度煙氣獲得的對流傳熱也必然提高：濃燃燒器的著火點也能得到降低。所以燃燒器噴嘴出口處形成燃料著火有利區．可使煤粉氣流著火及時，燃燒穩定。該鍋爐設計最低斷油穩燃負荷為30%額定負荷，試運期間曾運行3臺磨煤機，采用滑壓運行方式，投粉而不投油穩燃負荷在220 MW能連續穩定運行，爐膛燃燒穩定．爐膛負壓無明顯波動，汽溫汽壓正常。由于試運期間燃煤煤質較差，如果燃煤按設計煤種來進行低負荷穩燃試驗．鍋爐尚有繼續降低負荷穩定燃燒的潛力。
3.5燃用煤種適用性
在機組調整試運期間由于煤質波動較大，帶額定負荷時入爐煤量在230～300t/h間波動。當總煤量在300t/h時帶額定負荷時，鍋爐須運行6套制粉系統，鍋爐調節余地較小，主、再熱氣溫基本能達到設計工況：在總煤量在230t/h時帶額定負荷時，鍋爐只須運行上層5套制粉系統．這樣能抬高鍋爐火焰中心位置，降低下水冷壁出口壁溫，并能適當增加減溫水量，有利于鍋爐安全穩定運行。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。
4、結論
(1)該超超臨界參數鍋爐的運行特性表明：合理的組織爐內燃燒，能有利于鍋爐在啟動過程中順利轉入直流階段，保證鍋爐升溫升壓過程中平穩運行，水冷壁壁溫的偏差能得到有效控制．負荷調整及汽溫調節靈活，對燃煤熱值變化的適應性強。
(2)相比于設計啟動順序，先啟動帶等離子的A制粉系統，鍋爐極熱態啟動時間長。而且由于底層二次風的托粉效果降低，這將降低鍋爐啟動效率。
(3)與目前國內超臨界參數鍋爐爐膛下部水冷壁多采用螺旋上升結構相比，該超超臨界參數鍋爐下部水冷壁采用的是垂直上升結構．在實際運行過程中發現，垂直水冷壁出口壁溫偏差更大，對爐內燃燒技術要求更高。
(4)鍋爐采用CUF墻式切圓燃燒和PM燃燒器噴口+MACT燃燒技術，有利于鍋爐著火和穩燃，充分利用爐膛斷面空間，均勻分布爐內熱負荷，防止結焦，降低NOx的排放。增加低負荷穩燃的能力。
(5)A層煤粉燃燒器經過改造后，試運期間發現鍋爐啟動階段燃油能得到大幅度下降，甚至實現無油點火啟動，但該改造方法也改變了鍋爐啟動特性、降低了鍋爐啟動效率和可靠性，尤其是對鍋爐受熱面吸熱比例分配和機組極熱態啟動主參數的影響尤為突出．所以建議應對等離子點火裝置安裝位置進行更為深刻的探討。
