600 MW 超超临界锅炉设计探讨
哈尔滨锅炉厂有限责任公司 郝莉丽
摘 要：阐述了中国首批600 MW超超临界燃煤锅炉的设计特点，并对所采用的蒸汽参数、炉膛尺寸、燃烧方式、水冷壁设计、高热强钢材、启动系统等作了探讨与分析。
关键词：超超临界锅炉；低NO 燃烧；垂直管圈；金属材料；启动系统
中图分类号：TK229．2 文献标识码：B
Design of 600M W Ultra—supereritieal Boiler HAo LMi Abstract：The design features of China’S first 600MW coal-fired ultra-supercritical utility boiler are illustrated． Discussion and an alysis are made concerning the steam param eters，firing method，water wall design，high heat resistant steel，start-up system，etc．Key words：ultra supercritical boiler；low NOx combustion；vertical water wall；metal material；start-up system
当前，世界燃煤火力发电技术已进入了超超临界时代，其发展思路是采用先进蒸汽参数，提高电厂循环效率，以降低发电成本和有害物质的排放。目前的主／再热蒸汽温度水平已达到600℃，随着材料技术的发展，未来10~20年间将开发出蒸汽参数更高(30~35 MPa，650~700℃)的二次再热机组，机组热效率向50％~55％迈进。
中国政府高度重视超超临界发电技术的开发研究，已将“超超临界燃煤发电技术”列入国家“863计划”，本文全面介绍了中国首批600 MW超超临界燃煤锅炉的设计特点，并对设计中采用的新技术进行探讨。
1 锅炉设计条件
本锅炉设计条件是与广东河源电厂600 MW超超临界燃煤锅炉技术规范书中提出的技术要求和国际上及我国燃煤电站的发展趋势一致的。
1．1 设计煤种
设计煤种为安徽淮南烟煤，校核煤种l为山西保德烟煤，校核煤种2为晋北烟煤。表l列出了设计和校核煤种的煤质特性。
由表l可见，安徽淮南烟煤和山西保德烟煤均是低钙、低钠、低硫、高灰熔点、高挥发分、易燃尽同时不易结渣的动力用煤；而晋北烟煤相比之下则极易结渣。
1．2 蒸汽参数
广东河源电厂600 Mw机组选定锅炉出口蒸汽参数为26．15 MPa(g)／605℃／603℃，对应汽机的入I：1参数为26MPa(a)／600℃／600℃，锅炉给水温度293℃。
广东河源电厂600 Mw 超超临界机组的锅炉由哈锅与三菱重工(MHI)联合设计与制造，汽机则由哈尔滨汽轮机公司与三菱重工(MHI)联合设计与制造。
表l 煤质特性数据
l_3 运行方式和工况要求
(1) 机组承担基本负荷，但能参与调峰，采用定-滑一定运行方式。
(2) 锅炉在燃用设计煤种时，不投油最低稳燃负荷为35％ BMCR。
(3) 锅炉有良好的启动特性和负荷变化适应性，锅炉的动态特性能满足机动性的要求。
(4) 本锅炉在25％至100％负荷范围内以纯直流方式运行，在25％负荷以下以带循环泵的再循环方式运行，启动系统用以保证启动的安全可靠性和经济性。
(5) 低的Nox排放，锅炉出I：1 NO 排量不超过400mg／Nm (干烟气6％02)。
2 锅炉设计
2．1 炉型
锅炉采用超超临界参数，变压运行，垂直管圈水冷壁直流炉、一次中间再热，再热汽调温采用尾部烟气挡板，锅炉采用强化单切圆燃烧方式，平衡通风、固态排渣，全钢悬吊构架，露天布置燃煤锅炉。锅炉设计参数如下：

蒸汽流量：
主蒸汽流量：
再热汽流量：
蒸汽压力：
过热器出口：
再热器入口：
再热器出口：
蒸汽温度：
l795 t／h (BMCR)，
1464 t／h (BMCR)，
l633 t／h (BRL)：
l339 t／h (BRL)：
26．15 MPa．g (BMCR)：
4．83 MPa．g (BMCR)；
4．59 MPa．g (BMCR)：
过热器出口：605 ℃ (BMCR)；
再热器入口：350℃ (BMCR)：
再热器出口：603℃ (BMCR)；
给水温度293℃ (BMCR)。
锅炉热力参数如下：炉膛容积热负荷84 MW／m ；炉膛截面热负荷4．6 MW／m ；炉膛出口烟温970℃ ；屏底烟温1300℃；锅炉保证效率93_32％ (BI )。
2．2 燃烧方式和炉膛尺寸
广东河源电厂600 MW超超临界锅炉采用了MHI墙式布置切圆燃烧方式，它具有炉膛热负荷分布均匀、温度偏差小、火焰和烟气流场稳定、煤种适应性强等优点。
本锅炉炉膛断面尺寸为l7666 mm (宽)×l7628 mm(深)，炉膛全高为63_3 m，炉膛截面热负荷为4．6 MW／m ，炉膛容积热负荷为84 MW／m ，这些数据均低于MHI已投运的数台600 MW燃煤超超临界锅炉的数据，符合规范书的规定。炉膛的高度基本上取决于炉膛出口烟温和保证煤粉的燃尽，根据经验和规范书的要求，对于灰熔点低、易结渣的设计和核煤煤种，其炉膛出口烟温为970℃，比灰分软化温度低l50℃以上。综上所述，炉膛的设计较为保守，可以确保在炉膛内和对流受热面不结渣，安全运行。
2．3 燃烧系统
燃烧系统设计的主要任务是：良好的燃尽、低负荷稳燃、低N0 排放和防止结渣。
根据这些要求，广东河源电厂600 MW 超超临界锅炉采用了MHI的PM 型燃烧器和MACT燃烧系统，PM 型的燃烧器见图l，风粉混合物通过入口分离器分成浓淡二股分别通过浓相和淡相二只喷嘴进入炉膛，由图2可以看出浓相煤粉浓度高，所需着火热量少，利于着火和稳燃；由淡相补充后期所需的空气，利于煤粉的燃尽，同时浓淡燃烧均偏离了NO 生成量高的化学当量燃烧区，大大降低了NO 生成量，与传统的切向燃烧器相比，NO 生成量可显著降低。PM 燃烧器由于将每层煤粉喷嘴分开成上下二组，增加了燃烧器区域高度，降低了燃烧器区域壁面热负荷，有利于防止高热负


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