前幾年，我國三大鍋爐廠相繼從國外不同公司引進了超臨界鍋爐技術，東鍋公司也不例外。但由于沒有掌握國外公司的核心技術，因此鍋爐設計成本高。
國家的“十一五”規劃和東鍋公司的2006年方針都把“必須提高自主創新能力”提到了相當重要的位置。東鍋公司率先開展了超（超）臨界鍋爐的自主化設計工作。
1、鍋爐規范
1.1鍋爐基本參數
1.2燃用煤質資料
1.3鍋爐運行條件
(1)鍋爐運行方式：帶基本負荷并參與調峰。
(2)鍋爐變壓運行，采用定一滑一定的方式。
(3)制粉系統：采用中速磨直吹式制粉系統，每爐配6臺磨煤機，5臺運行l臺備用。
(4)給水調節：機組配置2×50%B-MCR調速汽動給水泵和一臺30%B-MCR容量的電動凋速給水泵。
(5)汽輪機旁路系統：采用30c/oB-MCR容量高、低壓串聯旁路。
(6)空氣預熱器進風加熱方式：二次風加裝暖風器。
(7)再熱蒸汽能維持額定汽溫。
2、鍋爐性能設計和方案設計的指導思想
2.1 自主設計基礎
(1)由東鍋公司和國外公司聯合設計的多臺鍋爐已成功投運。通過消化、吸收引進技術，全面掌握了超臨界鍋爐技術，為超臨界鍋爐自主化設計積累了寶貴的經驗。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)東鍋公司與熱丁所和大學院校聯合已開展了關于超臨界鍋爐技術的有關課題研究并已結題，為超臨界鍋爐的自主化設計打下了理論基礎。
(3)東鍋公司與熱工所合作開發了性能計算程序，為自主化設計提供了計算工具和設計依據。
(4)綜合各種方案比較，天益工程仍沿用前后墻對沖燃燒、螺旋水冷壁加垂直水冷壁的結構，形成東鍋公司超臨界鍋爐鮮明的技術流派。
2.2超臨界直流鍋爐性能設計的指導思想
(1)采用復合變壓運行的高效超臨界直流鍋爐，隨著負荷的降低，過熱器出口汽壓將逐步降低，在更低的負荷時，將在亞臨界參數下運行，鍋爐各部份f省煤器、蒸發段、過熱和再熱段）的吸熱量和比率都會發生變化，特別是蒸發段，每公斤的工質要吸收更多的熱量，因此須注意升降負荷時出現的過燒和欠燒現象的影響。
(2)隨著負荷降低，工作條件極為惡劣的水冷壁，質量流速也按比例下降。在直流方式下，工質流動的穩定性受到影響，為了防止出現流動的多值性等不穩定現象，需限定最低直流運行負荷時的質量流速。
(3)在進入臨界壓力點以下低負荷運行時，與亞臨界機組一樣，必須重視水冷壁管內兩相流的傳熱和流動，要防止發生膜態沸騰導致水冷壁管金屬超溫爆管。
(4)按B-MCR工況設計布置的省煤器在低負荷時有可能出現出口處汽化，將影響水冷壁流量分配，導致流動T況惡化，故需限制省煤器的吸熱量。
(5)負荷降低后，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致溫度偏差增大。
(6)在整個變壓運行中，蒸發點的變化，使單相和兩相區水冷壁金屬溫度發生變化，需注意水冷壁及其剛性梁體系的熱膨脹設計，并防止頻繁變化引起承壓件上出現疲勞破壞。
(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行機組要大，促使汽溫進一步升高，故需考慮較大的減溫器容量，同時還要保證各種負荷下的噴水量。
(8)為防止過熱汽帶水對汽輪機造成水沖擊，在鍋爐直流負荷以上工況時，要保證水冷壁出口工質溫度有一定的過熱度。
2.3鍋爐方案設計
(1)按照東方超臨界鍋爐的技術流派，選用對沖燃燒鍋爐。
(2)為保證水動力的穩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構。
(3)根據鍋爐參數和煤質特性，確定爐膛尺寸，滿足爐膛熱負荷指標要求。
(4)煤質灰分較高，飛灰的磨損性較強，重點考慮采取措施防止受熱面磨損。
(5)根據熱力計算結果，布置足夠的受熱面面積。
(6)根據合同要求，采用不帶再循環泵的啟動系統。
3、鍋爐總體布置
3.1鍋爐的總體布置簡介
鍋爐總體布置特點：
(1)單爐膛幾型布置；
(2)尾部雙煙道；
(3)全鋼架，全懸吊結構；
(4)爐膛采用螺旋管圈+垂直管水冷壁；
(5)過熱器為輻射對流式，再熱器純對流布置；
(6)前后墻對沖燃燒方式。
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。
過熱汽溫調節采用水煤比和二級噴水減溫，過熱蒸汽管道在屏式過熱器與高溫過熱器之間進行一次左右交叉，以減小兩側汽溫偏差。
再熱器受熱面采用純對流型布置，再熱器由位于尾部前煙道的水平對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節。
省煤器布置在尾部后豎井水平低溫過熱器的下方。
燃燒設備前后墻布置，采用對沖分級燃燒技術，風、粉氣流從投運的煤粉燃燒器、燃盡風噴進爐膛后，各只燃燒器在爐膛內形成—個獨立的火焰。
3.2鍋爐燃燒系統設備
鍋爐采用前后墻對沖燃燒，燃燒系統由煤粉燃燒器噴口和燃盡風噴口組成。
煤粉燃燒器采用自主開發設計的新型低N()x燃燒器。
每個煤粉燃燒器均配有油槍。
在每個煤粉燃燒器和油燃燒器上均設火檢裝置的位置，可滿足FSSS的要求。
3.3爐膛支吊和剛性梁結構
包括垂直膜式壁和螺旋膜式壁的整個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。
剛性梁設置是用來保護爐膛水冷壁，不會因受到爐內煙氣壓力的作用而發生變形。
3.4空氣預熱器
采用同轉式空氣預熱器，每臺鍋爐配置兩臺三分倉空預器。預熱器采用先進的徑向、軸向和環向密封系統，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熱補償功能的密封間隙自動跟蹤調節裝置，在運行狀態下熱端扇形板自動跟蹤轉子的變形而調節間隙，以減少漏風。
3.5鍋爐的保護
在啟動初期對鍋爐的保護主要時通過爐膛出口煙溫探針和汽機旁路系統。
運行過程中，過熱汽溫主要由煤水比調節，并設置兩級噴水減溫；再熱汽溫主要通過尾部煙氣調節擋板來調節，并設置了事故噴水減溫。
此外，在各級受熱面出口管排上設置了壁溫測點，進行超溫報警保護；在過熱器、再熱器系統進口或出口連接管上設置安全閥、PCV閥等來實施對過了和汽機的保護。
4、運行情況
自主化設計的600MW超臨界燃煤機組鍋爐已成功運行，工程整體質量優良，達到國內同類機組整套試運的先進水平。鍋爐運行情況及主要性能參數如下：
鍋爐出口蒸汽參數溫度達到設計要求；
調節特性好，減溫水流量較小；
具有自主知識產權的燃燒器性能優異，燃燒效率高；
鍋爐出口NOx排放低，達到保證值的要求；
煤質適應性好；
鍋爐效率能達到保證值。
5、存在的問題及改進措施
(1)汽水阻力較大。若需降低阻力，則需對結構進行較大的改動，如放大管子或管道內徑等，對受熱面節距進行調整，整個方案需要重新考慮。
(2)燃燒器磨損嚴重。由于一次風進入燃燒器后，在彎頭的作用下，煤粉顆粒還會存在折射、偏向，使煤粉氣流沖刷到了沒有采取防磨措施的一次風中心筒，造成了一次風中心筒磨損。改進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。在穩燃齒的迎風面，也增加陶瓷片，可有效的防止燃燒器的磨損，同時也要保證陶瓷片產品的質量。
(3)燃燒器區域水冷壁結焦。原燃燒器三次風擴錐角度較大，使燃燒器的旋流強度偏大，有部份煤粉顆粒被甩到了水冷壁上，造成了水冷壁結焦。改進措施為在燃燒器三次風擴錐內增加導向筒，將燃燒器三次風擴錐角度適當減小。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)減溫器噴管斷裂。前期減溫器通用結構，制造工藝無法保證噴管的裝配尺寸，引起噴管疲勞斷裂。后期對減溫器的結構進行了改進，一方面使制造工藝容易實施，另一方面結構上采取措施防此噴管產生震動，并放大了噴管尺寸。
6、結語
600 MW超臨界鍋爐自主化設計，為東鍋公司儲備了超臨界鍋爐技術，并以此為基礎開發形成了一系列超臨界鍋爐產品。
國家的“十一五”規劃和東鍋公司的2006年方針都把“必須提高自主創新能力”提到了相當重要的位置。東鍋公司率先開展了超（超）臨界鍋爐的自主化設計工作。
1、鍋爐規范
1.1鍋爐基本參數
1.2燃用煤質資料
1.3鍋爐運行條件
(1)鍋爐運行方式：帶基本負荷并參與調峰。
(2)鍋爐變壓運行，采用定一滑一定的方式。
(3)制粉系統：采用中速磨直吹式制粉系統，每爐配6臺磨煤機，5臺運行l臺備用。
(4)給水調節：機組配置2×50%B-MCR調速汽動給水泵和一臺30%B-MCR容量的電動凋速給水泵。
(5)汽輪機旁路系統：采用30c/oB-MCR容量高、低壓串聯旁路。
(6)空氣預熱器進風加熱方式：二次風加裝暖風器。
(7)再熱蒸汽能維持額定汽溫。
2、鍋爐性能設計和方案設計的指導思想
2.1 自主設計基礎
(1)由東鍋公司和國外公司聯合設計的多臺鍋爐已成功投運。通過消化、吸收引進技術，全面掌握了超臨界鍋爐技術，為超臨界鍋爐自主化設計積累了寶貴的經驗。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)東鍋公司與熱丁所和大學院校聯合已開展了關于超臨界鍋爐技術的有關課題研究并已結題，為超臨界鍋爐的自主化設計打下了理論基礎。
(3)東鍋公司與熱工所合作開發了性能計算程序，為自主化設計提供了計算工具和設計依據。
(4)綜合各種方案比較，天益工程仍沿用前后墻對沖燃燒、螺旋水冷壁加垂直水冷壁的結構，形成東鍋公司超臨界鍋爐鮮明的技術流派。
2.2超臨界直流鍋爐性能設計的指導思想
(1)采用復合變壓運行的高效超臨界直流鍋爐，隨著負荷的降低，過熱器出口汽壓將逐步降低，在更低的負荷時，將在亞臨界參數下運行，鍋爐各部份f省煤器、蒸發段、過熱和再熱段）的吸熱量和比率都會發生變化，特別是蒸發段，每公斤的工質要吸收更多的熱量，因此須注意升降負荷時出現的過燒和欠燒現象的影響。
(2)隨著負荷降低，工作條件極為惡劣的水冷壁，質量流速也按比例下降。在直流方式下，工質流動的穩定性受到影響，為了防止出現流動的多值性等不穩定現象，需限定最低直流運行負荷時的質量流速。
(3)在進入臨界壓力點以下低負荷運行時，與亞臨界機組一樣，必須重視水冷壁管內兩相流的傳熱和流動，要防止發生膜態沸騰導致水冷壁管金屬超溫爆管。
(4)按B-MCR工況設計布置的省煤器在低負荷時有可能出現出口處汽化，將影響水冷壁流量分配，導致流動T況惡化，故需限制省煤器的吸熱量。
(5)負荷降低后，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致溫度偏差增大。
(6)在整個變壓運行中，蒸發點的變化，使單相和兩相區水冷壁金屬溫度發生變化，需注意水冷壁及其剛性梁體系的熱膨脹設計，并防止頻繁變化引起承壓件上出現疲勞破壞。
(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行機組要大，促使汽溫進一步升高，故需考慮較大的減溫器容量，同時還要保證各種負荷下的噴水量。
(8)為防止過熱汽帶水對汽輪機造成水沖擊，在鍋爐直流負荷以上工況時，要保證水冷壁出口工質溫度有一定的過熱度。
2.3鍋爐方案設計
(1)按照東方超臨界鍋爐的技術流派，選用對沖燃燒鍋爐。
(2)為保證水動力的穩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構。
(3)根據鍋爐參數和煤質特性，確定爐膛尺寸，滿足爐膛熱負荷指標要求。
(4)煤質灰分較高，飛灰的磨損性較強，重點考慮采取措施防止受熱面磨損。
(5)根據熱力計算結果，布置足夠的受熱面面積。
(6)根據合同要求，采用不帶再循環泵的啟動系統。
3、鍋爐總體布置
3.1鍋爐的總體布置簡介
鍋爐總體布置特點：
(1)單爐膛幾型布置；
(2)尾部雙煙道；
(3)全鋼架，全懸吊結構；
(4)爐膛采用螺旋管圈+垂直管水冷壁；
(5)過熱器為輻射對流式，再熱器純對流布置；
(6)前后墻對沖燃燒方式。
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。
過熱汽溫調節采用水煤比和二級噴水減溫，過熱蒸汽管道在屏式過熱器與高溫過熱器之間進行一次左右交叉，以減小兩側汽溫偏差。
再熱器受熱面采用純對流型布置，再熱器由位于尾部前煙道的水平對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節。
省煤器布置在尾部后豎井水平低溫過熱器的下方。
燃燒設備前后墻布置，采用對沖分級燃燒技術，風、粉氣流從投運的煤粉燃燒器、燃盡風噴進爐膛后，各只燃燒器在爐膛內形成—個獨立的火焰。
3.2鍋爐燃燒系統設備
鍋爐采用前后墻對沖燃燒，燃燒系統由煤粉燃燒器噴口和燃盡風噴口組成。
煤粉燃燒器采用自主開發設計的新型低N()x燃燒器。
每個煤粉燃燒器均配有油槍。
在每個煤粉燃燒器和油燃燒器上均設火檢裝置的位置，可滿足FSSS的要求。
3.3爐膛支吊和剛性梁結構
包括垂直膜式壁和螺旋膜式壁的整個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。
剛性梁設置是用來保護爐膛水冷壁，不會因受到爐內煙氣壓力的作用而發生變形。
3.4空氣預熱器
采用同轉式空氣預熱器，每臺鍋爐配置兩臺三分倉空預器。預熱器采用先進的徑向、軸向和環向密封系統，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熱補償功能的密封間隙自動跟蹤調節裝置，在運行狀態下熱端扇形板自動跟蹤轉子的變形而調節間隙，以減少漏風。
3.5鍋爐的保護
在啟動初期對鍋爐的保護主要時通過爐膛出口煙溫探針和汽機旁路系統。
運行過程中，過熱汽溫主要由煤水比調節，并設置兩級噴水減溫；再熱汽溫主要通過尾部煙氣調節擋板來調節，并設置了事故噴水減溫。
此外，在各級受熱面出口管排上設置了壁溫測點，進行超溫報警保護；在過熱器、再熱器系統進口或出口連接管上設置安全閥、PCV閥等來實施對過了和汽機的保護。
4、運行情況
自主化設計的600MW超臨界燃煤機組鍋爐已成功運行，工程整體質量優良，達到國內同類機組整套試運的先進水平。鍋爐運行情況及主要性能參數如下：
鍋爐出口蒸汽參數溫度達到設計要求；
調節特性好，減溫水流量較小；
具有自主知識產權的燃燒器性能優異，燃燒效率高；
鍋爐出口NOx排放低，達到保證值的要求；
煤質適應性好；
鍋爐效率能達到保證值。
5、存在的問題及改進措施
(1)汽水阻力較大。若需降低阻力，則需對結構進行較大的改動，如放大管子或管道內徑等，對受熱面節距進行調整，整個方案需要重新考慮。
(2)燃燒器磨損嚴重。由于一次風進入燃燒器后，在彎頭的作用下，煤粉顆粒還會存在折射、偏向，使煤粉氣流沖刷到了沒有采取防磨措施的一次風中心筒，造成了一次風中心筒磨損。改進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。在穩燃齒的迎風面，也增加陶瓷片，可有效的防止燃燒器的磨損，同時也要保證陶瓷片產品的質量。
(3)燃燒器區域水冷壁結焦。原燃燒器三次風擴錐角度較大，使燃燒器的旋流強度偏大，有部份煤粉顆粒被甩到了水冷壁上，造成了水冷壁結焦。改進措施為在燃燒器三次風擴錐內增加導向筒，將燃燒器三次風擴錐角度適當減小。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)減溫器噴管斷裂。前期減溫器通用結構，制造工藝無法保證噴管的裝配尺寸，引起噴管疲勞斷裂。后期對減溫器的結構進行了改進，一方面使制造工藝容易實施，另一方面結構上采取措施防此噴管產生震動，并放大了噴管尺寸。
6、結語
600 MW超臨界鍋爐自主化設計，為東鍋公司儲備了超臨界鍋爐技術，并以此為基礎開發形成了一系列超臨界鍋爐產品。
