摘要：華能玉環電廠1000MW超超臨界鍋爐是我國首臺投入商業運行的百萬千瓦級鍋爐，該鍋爐投入商業運行已過半年，運行狀況良好。文章介紹了該鍋爐的概況、技術特點、核體布置和熱力性能。性能試驗結果表明該鍋爐具有優異的性能。

1 概述
華能玉環電廠鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠設計制造的1000MW超超臨界變壓運行直流爐，Ⅱ型布置、單爐膛、PM主燃燒器和MACT燃燒技術、反向雙切圓燃燒方式、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構，其主要參數見表l。爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環泵啟動系統、一次中間再熱。
2 技術特點
2.1 燃燒方式和爐膛尺寸
鍋爐采用了MHI 反向雙切圓燃燒方式。該燃燒方式具有爐內煙氣溫度場和熱負荷分配較均勻、單只燃燒器熱功率較小的優點，避免了1000MW燃煤鍋爐采用單切圓燃燒時爐膛尺寸上的限制。另外，該燃燒方式煤種適用性強，與前后墻對沖燃燒相比，爐內NOx排放量相對較低。雙切圓燃燒爐膛相當于2個尺寸較小的單切圓爐膛，有利于保證直流燃燒器的火焰穿透能力和改進燃燒組織。
鍋爐爐膛斷面尺寸為32.084m（寬）×l5.670m（深），全高為65.5m，截面熱負荷為4.59MW／m2，容積熱負荷為82.7kw/m3，這些指標均優于日本三菱公司已投運的1000MW燃煤超超臨界鍋爐。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、易結渣的設計和校核煤種，其爐膛出口煙溫約為1000℃，比灰份軟化溫度低150℃以上。可見，爐膛的設計可以確保爐膛內部和對流受熱面不結渣。

2.2 爐膛水冷壁
鍋爐采用了三菱公司開發的垂直管圈水冷壁。與螺旋管圈相比，垂直型水冷壁的主要優點為：(l)結構簡單，便于安裝；(2)不需用復雜的張力板結構，啟動或負荷變化時熱應力較小；(3)較好的正向流動特性，在各種工況下均能保證水動力的穩定性；(4)阻力較小，比螺旋管圈水冷壁少約1/3; (5)不易結渣。
在傳統的一次上升垂直水冷壁的基礎上，在鍋爐中又加裝了帶有二級分配器的水冷壁中間集箱，以降低水冷壁出口沿爐膛周界的工質溫度偏差。根據三菱公司的經驗，加裝了帶有二級混合器的水冷壁中間集箱后，水冷壁出口溫度偏差可減少1/3以上。
另外，將水冷壁入口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。新的安裝方式增加了節流孔圈的管段直徑，提高了流量調節的幅度。但是，在機組調試時，節流圈的這種布置方式使水冷壁管內的垃圾易于堵塞在節流圈進口，容易導致被堵水冷壁管超溫甚至爆管。
2.3 燃燒系統
鍋爐采用了三菱公司的PM型燃燒器和MACT燃燒系統，以實現燃燒系統良好的燃盡率、低NOx排放、防止結渣及高溫腐蝕以及良好的煤種適應性等要求。風粉混合物通過入口分離器分成濃淡2股，然后分別通過濃相和淡相2只噴嘴進入爐膛。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。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。
MACT 燃燒系統就是在PM主燃燒器上方一定高度增設2層AA風(附加風)噴嘴達到分層燃燒目的，這樣整個爐膛沿高度分成3個燃燒區域，即下部為主燃燒區，中部為還原區，上部為燃盡區。MACT分層燃燒系統可使 NOx生成量減少25%, MACT燃燒技術原理見圖1。

在爐膛的主燃燒區，燃料是缺氧燃燒，爐膛過量空氣系數為0.85。但在燃燒器噴口附近，由于燃燒率較低，需要的氧量較少，因此，在燃燒器噴口附近的區域內是氧化性氣氛，這時燃料氮氧化后生成NOx。在爐膛中間的主燃燒區，空氣量僅為燃燒理論空氣量的0.85，因此燃燒的過程是一個還原的過程，這時部分NOx被還原成為NH3、HCN。在燃燒器的上部通過OFA噴嘴加入部分空氣，使進入爐膛的空氣量達到理論燃燒空氣量的水平，形成一個還原脫NOx區。在OFA噴口的上方，是AA風噴口，通過AA風噴口噴入爐膛的風量為總風量的15％，形成燃盡區。另外，鍋爐裝設了等離子點火裝置，最下一層燃燒器（A層）改為等離子點火燃燒器。
2.4 承壓部件鋼材
超超臨界技術的發展是建立在材料技術進步的基礎上，提高主蒸汽參數時主要受影響的承壓部件為爐膛水冷壁、高溫過熱器和高溫再熱器等部件。水冷壁管材主要決定于所選用的水冷壁出口溫度，由于鍋爐水冷壁出口溫度較低（434℃），因此仍采用低鉻的SA-213 T12管。這種膜式水冷壁管屏不需作整屏焊后熱處理，現場安裝對接焊口也不需要焊后熱處理。
鍋爐的主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的最高壁溫可達640~650℃，此時管內壁的蒸汽氧化和外壁的煙氣高溫腐蝕問題不能忽視，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。鍋爐的三級過熱器（屏式過熱器）和四級過熱器的蛇形管(爐內部分)均由Super304H材料(ASME Code Case 2328)和HR3C材料(ASME Code Case 2115)組成，前者為18C rNi3CuNbN ，后者為 25Cr20NINbN 。這2種鋼材已被國外超超臨界鍋爐廣泛采用。
水平低溫過熱器和立式低溫過熱器的爐內管的材質均為 SAZ 13T12 。分隔屏過熱器管按照壁溫分別采用 SA213-T22、SA213-H347H材料。屏式過熱器管材質為SuPer304H以及HR3C鋼，出口集箱材質為SA355 P91 。末級過熱器管的材質為SuPer304H和HR3C，入口集箱材質為SA355 P91，出口集箱材質為P122 。
水平低溫再熱器分下、中、上3組，材質依次為SA209-TI、SA213T12及SA213-T22，立式低溫再熱器材質為SA213T91。末級再熱器爐內管道的材質為Super304H和HR3C，入口集箱的材質為SA355P22, 出口集箱的材質為SA355P9l。
2.5 啟動系統
啟動分離器系統為內置式(如圖2)。鍋爐負荷小于25%BMCR的最低直流負荷時，啟動系統為濕態運行，分離器起汽水分離作用，分離出來的過熱蒸汽進入過熱器，水則通過水連通管進入分離器貯水箱，通過再循環系統再循環。當機組汽水膨脹時，貯水箱中的水由3只水位控制閥(WDC閥也即分離器疏水調節閥)排入汽機冷凝器系統。鍋爐負荷達到25%BMCR后，鍋爐運行方式由再循環模式轉入直流運行模式，啟動系統也由濕態轉為干態，即分離器內已全部為蒸汽，它只起到1個中間集箱的作用。
汽水分離器及儲水箱中，啟動分離器為立式，共2只，布置于鍋爐后部上方。分離器外徑為φ1100mm，壁厚為128mm，高度為3.71m ，材料為SA182 - F12-2（鍛件），由后包墻管出口集箱引出的4 根連接管切向引入2只汽水分離器，在分離器的底部布置有1根軸向引出的水連通管通往分離器貯水箱，因此共有2根水連通管通往分離器貯水箱。汽水分離系統的水容積要滿足水位調節閥執行機構動作時間的要求。貯水箱底部引出的1根出水管采用φ559mm×73mm管，材質為SA-106C。連接疏水管和冷凝器3只水位調節閥(WDC閥)的3個支管，在啟動階段，特別是啟動初期的汽水膨脹階段，主要用于分離器水位的穩定和工質的回收。貯水箱疏水總管直接與循環泵入口相接，通過此循環泵為啟動階段提供再循環水量，泵出口管為φ406mm×62mm的SA-106C 管，其上裝有再循環調節閥（BR閥）和逆止閥，在循環泵入口管道上裝有電動閘閥。汽水分離器貯水箱為立式布置，尺寸φ1174mm×l40mm, 總高度為13.8m。為了在啟動時加熱循環泵及其出口管道，特別是在熱態啟動時縮短啟動時間，由省煤器出口管道上引出l路加熱管以加熱循環泵、泵的出口管道和去冷凝器的疏水管道。由于管道上裝設的截止閥是常開式，因此當鍋爐轉人直流運行，啟動系統已解列的情況下仍有一定量的熱水流經啟動系統的上述管道，使啟動系統處于熱備用狀態。為了保持循環泵入口有一定的過冷度，即保證足夠的凈正吸水壓頭(NPSH)值，自給水管道上引出1管道與泵入口管道相接以達到降溫的作用。
在鍋爐啟動期間，借助于再循環泵和給水泵，水冷壁系統內始終保持相當于鍋爐最低直流負荷流量(25% BMCR)。啟動初期給水泵保持5%BMCR給水流量，隨鍋爐出力達到5%BMCR, 3只貯水箱水位調節閥全部關閉，鍋爐的蒸發量隨著給水量的增加而增加，而通過循環泵的再循環流量則利用泵出口管道上的再循環調節閥逐步關小來調節。當鍋爐達到最小直流負荷(25% BMCR)，再循環調節閥全部關閉。此時，鍋爐的給水量等于鍋爐的蒸發量，啟動系統解列，鍋爐從二相介質的再循環模式運行（濕態運行）轉為單相介質的直流運行（干態運行）。
3 整體布置
鍋爐的汽水流程以內置式汽水分離器為分界點。從水冷壁入口集箱到汽水分離器為水冷壁系統，從分離器出口到過熱器出口集箱為過熱器系統，另有省煤器系統、再熱器系統和啟動系統。過熱器采用4級布置，即低溫過熱器（一級）→分隔屏過熱器（二級）→屏式過熱器（三級）→末級過熱器（四級）；再熱器采用二級布置，即低溫再熱器（一級）→末級再熱器（二級）。其中，低溫再熱器和低溫過熱器分別布置于尾部煙道的前、后豎井中，均為逆流布置。在上爐膛、折焰角和水平煙道內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。由于煙溫較高，均采用順流布置。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，防止結渣和積灰。

水冷壁為膜式水冷壁，全部為垂直管屏。為了使回路復雜的后水冷壁工作可靠，將后水冷壁出口集箱（折焰角斜坡管的出口集箱）出口工質分別送往后水冷壁吊掛管和水平煙道兩側包墻2個平行回路，然后再用連接管送往頂棚出口集箱，與前水冷壁和兩側水冷壁出口的工質匯合后再送往頂棚包墻系統，該布置方式能提高后水冷壁回路在低負荷時水動力的穩定性，并能夠降低溫度偏差。
煙氣流程如下：依次流經上爐膛的分隔屏過熱器、屏式過熱器、末級過熱器、末級再熱器和尾部轉向室，再進入用分隔墻分成的前、后2個尾部煙道豎井，在前豎井中煙氣流經低溫再熱器和前級省煤器；另一部分煙氣則流經低溫過熱器和后級省煤器。在前、后2個分豎井出口布置了煙氣分配擋板以調節流經前、后分豎井的煙氣量，從而達到調節再熱器汽溫的目的。煙氣流經分配擋板后通過連接煙道和回轉式空氣預熱器排往電氣除塵器和引風機。
過熱器采用煤／水比作為汽溫調節的主要手段，并配合3 級噴水減溫作為主汽溫度的細調節，噴水減溫每級左右2點布置以消除各級過熱器的左右吸熱和汽溫偏差。再熱器調溫以煙氣擋板調溫為主，燃燒器擺動調溫為輔，同時在再熱器入口管道上布置有事故噴水裝置。
4 性能試驗
對1號、2號鍋爐進行了性能考核試驗，鍋爐性能考核試驗的結果見表2。試驗結果表明：2臺鍋爐的性能參數均滿足合同規定的保證值，部分參數優于保證值，顯示出鍋爐優異的熱力性能。