摘要：华能玉环电厂1000MW超超临界锅炉是我国首台投入商业运行的百万千瓦级锅炉，该锅炉投入商业运行已过半年，运行状况良好。文章介绍了该锅炉的概况、技术特点、核体布置和热力性能。性能试验结果表明该锅炉具有优异的性能。

1 概述
华能玉环电厂锅炉是由哈尔滨锅炉厂设计制造的1000MW超超临界变压运行直流炉，Ⅱ型布置、单炉膛、PM主燃烧器和MACT燃烧技术、反向双切圆燃烧方式、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，其主要参数见表l。炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热。
2 技术特点
2.1 燃烧方式和炉膛尺寸
锅炉采用了MHI 反向双切圆燃烧方式。该燃烧方式具有炉内烟气温度场和热负荷分配较均匀、单只燃烧器热功率较小的优点，避免了1000MW燃煤锅炉采用单切圆燃烧时炉膛尺寸上的限制。另外，该燃烧方式煤种适用性强，与前后墙对冲燃烧相比，炉内NOx排放量相对较低。双切圆燃烧炉膛相当于2个尺寸较小的单切圆炉膛，有利于保证直流燃烧器的火焰穿透能力和改进燃烧组织。
锅炉炉膛断面尺寸为32.084m（宽）×l5.670m（深），全高为65.5m，截面热负荷为4.59MW／m2，容积热负荷为82.7kw/m3，这些指标均优于日本三菱公司已投运的1000MW燃煤超超临界锅炉。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。对于灰熔点低、易结渣的设计和校核煤种，其炉膛出口烟温约为1000℃，比灰份软化温度低150℃以上。可见，炉膛的设计可以确保炉膛内部和对流受热面不结渣。

2.2 炉膛水冷壁
锅炉采用了三菱公司开发的垂直管圈水冷壁。与螺旋管圈相比，垂直型水冷壁的主要优点为：(l)结构简单，便于安装；(2)不需用复杂的张力板结构，启动或负荷变化时热应力较小；(3)较好的正向流动特性，在各种工况下均能保证水动力的稳定性；(4)阻力较小，比螺旋管圈水冷壁少约1/3; (5)不易结渣。
在传统的一次上升垂直水冷壁的基础上，在锅炉中又加装了带有二级分配器的水冷壁中间集箱，以降低水冷壁出口沿炉膛周界的工质温度偏差。根据三菱公司的经验，加装了带有二级混合器的水冷壁中间集箱后，水冷壁出口温度偏差可减少1/3以上。
另外，将水冷壁入口控制流量的节流孔圈由传统的装在水冷壁下集箱内改为装在水冷壁集箱的出口管接头上，以便于在运行和调试过程中更换节流孔圈。新的安装方式增加了节流孔圈的管段直径，提高了流量调节的幅度。但是，在机组调试时，节流圈的这种布置方式使水冷壁管内的垃圾易于堵塞在节流圈进口，容易导致被堵水冷壁管超温甚至爆管。
2.3 燃烧系统
锅炉采用了三菱公司的PM型燃烧器和MACT燃烧系统，以实现燃烧系统良好的燃尽率、低NOx排放、防止结渣及高温腐蚀以及良好的煤种适应性等要求。风粉混合物通过入口分离器分成浓淡2股，然后分别通过浓相和淡相2只喷嘴进入炉膛。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。浓淡燃烧均偏离了NOx生成量高的化学当量燃烧区，大大降低了NOx生成量。PM燃烧器由于将每层煤粉喷嘴分开成上下2组，增加了燃烧器区域高度，降低了燃烧器区域壁面热负荷，有利于防止高热负荷区结焦。
MACT 燃烧系统就是在PM主燃烧器上方一定高度增设2层AA风(附加风)喷嘴达到分层燃烧目的，这样整个炉膛沿高度分成3个燃烧区域，即下部为主燃烧区，中部为还原区，上部为燃尽区。MACT分层燃烧系统可使 NOx生成量减少25%, MACT燃烧技术原理见图1。

在炉膛的主燃烧区，燃料是缺氧燃烧，炉膛过量空气系数为0.85。但在燃烧器喷口附近，由于燃烧率较低，需要的氧量较少，因此，在燃烧器喷口附近的区域内是氧化性气氛，这时燃料氮氧化后生成NOx。在炉膛中间的主燃烧区，空气量仅为燃烧理论空气量的0.85，因此燃烧的过程是一个还原的过程，这时部分NOx被还原成为NH3、HCN。在燃烧器的上部通过OFA喷嘴加入部分空气，使进入炉膛的空气量达到理论燃烧空气量的水平，形成一个还原脱NOx区。在OFA喷口的上方，是AA风喷口，通过AA风喷口喷入炉膛的风量为总风量的15％，形成燃尽区。另外，锅炉装设了等离子点火装置，最下一层燃烧器（A层）改为等离子点火燃烧器。
2.4 承压部件钢材
超超临界技术的发展是建立在材料技术进步的基础上，提高主蒸汽参数时主要受影响的承压部件为炉膛水冷壁、高温过热器和高温再热器等部件。水冷壁管材主要决定于所选用的水冷壁出口温度，由于锅炉水冷壁出口温度较低（434℃），因此仍采用低铬的SA-213 T12管。这种膜式水冷壁管屏不需作整屏焊后热处理，现场安装对接焊口也不需要焊后热处理。
锅炉的主汽温度和再热汽温度分别为605℃和603℃，在这样高的温度下，高温过热器和再热器管的最高壁温可达640~650℃，此时管内壁的蒸汽氧化和外壁的烟气高温腐蚀问题不能忽视，必须采用热强性高、抗蒸汽氧化和烟侧高温腐蚀的新型高铬奥氏体钢。锅炉的三级过热器（屏式过热器）和四级过热器的蛇形管(炉内部分)均由Super304H材料(ASME Code Case 2328)和HR3C材料(ASME Code Case 2115)组成，前者为18C rNi3CuNbN ，后者为 25Cr20NINbN 。这2种钢材已被国外超超临界锅炉广泛采用。
水平低温过热器和立式低温过热器的炉内管的材质均为 SAZ 13T12 。分隔屏过热器管按照壁温分别采用 SA213-T22、SA213-H347H材料。屏式过热器管材质为SuPer304H以及HR3C钢，出口集箱材质为SA355 P91 。末级过热器管的材质为SuPer304H和HR3C，入口集箱材质为SA355 P91，出口集箱材质为P122 。
水平低温再热器分下、中、上3组，材质依次为SA209-TI、SA213T12及SA213-T22，立式低温再热器材质为SA213T91。末级再热器炉内管道的材质为Super304H和HR3C，入口集箱的材质为SA355P22, 出口集箱的材质为SA355P9l。
2.5 启动系统
启动分离器系统为内置式(如图2)。锅炉负荷小于25%BMCR的最低直流负荷时，启动系统为湿态运行，分离器起汽水分离作用，分离出来的过热蒸汽进入过热器，水则通过水连通管进入分离器贮水箱，通过再循环系统再循环。当机组汽水膨胀时，贮水箱中的水由3只水位控制阀(WDC阀也即分离器疏水调节阀)排入汽机冷凝器系统。锅炉负荷达到25%BMCR后，锅炉运行方式由再循环模式转入直流运行模式，启动系统也由湿态转为干态，即分离器内已全部为蒸汽，它只起到1个中间集箱的作用。
汽水分离器及储水箱中，启动分离器为立式，共2只，布置于锅炉后部上方。分离器外径为φ1100mm，壁厚为128mm，高度为3.71m ，材料为SA182 - F12-2（锻件），由后包墙管出口集箱引出的4 根连接管切向引入2只汽水分离器，在分离器的底部布置有1根轴向引出的水连通管通往分离器贮水箱，因此共有2根水连通管通往分离器贮水箱。汽水分离系统的水容积要满足水位调节阀执行机构动作时间的要求。贮水箱底部引出的1根出水管采用φ559mm×73mm管，材质为SA-106C。连接疏水管和冷凝器3只水位调节阀(WDC阀)的3个支管，在启动阶段，特别是启动初期的汽水膨胀阶段，主要用于分离器水位的稳定和工质的回收。贮水箱疏水总管直接与循环泵入口相接，通过此循环泵为启动阶段提供再循环水量，泵出口管为φ406mm×62mm的SA-106C 管，其上装有再循环调节阀（BR阀）和逆止阀，在循环泵入口管道上装有电动闸阀。汽水分离器贮水箱为立式布置，尺寸φ1174mm×l40mm, 总高度为13.8m。为了在启动时加热循环泵及其出口管道，特别是在热态启动时缩短启动时间，由省煤器出口管道上引出l路加热管以加热循环泵、泵的出口管道和去冷凝器的疏水管道。由于管道上装设的截止阀是常开式，因此当锅炉转人直流运行，启动系统已解列的情况下仍有一定量的热水流经启动系统的上述管道，使启动系统处于热备用状态。为了保持循环泵入口有一定的过冷度，即保证足够的净正吸水压头(NPSH)值，自给水管道上引出1管道与泵入口管道相接以达到降温的作用。
在锅炉启动期间，借助于再循环泵和给水泵，水冷壁系统内始终保持相当于锅炉最低直流负荷流量(25% BMCR)。启动初期给水泵保持5%BMCR给水流量，随锅炉出力达到5%BMCR, 3只贮水箱水位调节阀全部关闭，锅炉的蒸发量随着给水量的增加而增加，而通过循环泵的再循环流量则利用泵出口管道上的再循环调节阀逐步关小来调节。当锅炉达到最小直流负荷(25% BMCR)，再循环调节阀全部关闭。此时，锅炉的给水量等于锅炉的蒸发量，启动系统解列，锅炉从二相介质的再循环模式运行（湿态运行）转为单相介质的直流运行（干态运行）。
3 整体布置
锅炉的汽水流程以内置式汽水分离器为分界点。从水冷壁入口集箱到汽水分离器为水冷壁系统，从分离器出口到过热器出口集箱为过热器系统，另有省煤器系统、再热器系统和启动系统。过热器采用4级布置，即低温过热器（一级）→分隔屏过热器（二级）→屏式过热器（三级）→末级过热器（四级）；再热器采用二级布置，即低温再热器（一级）→末级再热器（二级）。其中，低温再热器和低温过热器分别布置于尾部烟道的前、后竖井中，均为逆流布置。在上炉膛、折焰角和水平烟道内分别布置了分隔屏过热器、屏式过热器、末级过热器和末级再热器。由于烟温较高，均采用顺流布置。所有过热器、再热器和省煤器部件均采用顺列布置，以便于检修和密封，防止结渣和积灰。

水冷壁为膜式水冷壁，全部为垂直管屏。为了使回路复杂的后水冷壁工作可靠，将后水冷壁出口集箱（折焰角斜坡管的出口集箱）出口工质分别送往后水冷壁吊挂管和水平烟道两侧包墙2个平行回路，然后再用连接管送往顶棚出口集箱，与前水冷壁和两侧水冷壁出口的工质汇合后再送往顶棚包墙系统，该布置方式能提高后水冷壁回路在低负荷时水动力的稳定性，并能够降低温度偏差。
烟气流程如下：依次流经上炉膛的分隔屏过热器、屏式过热器、末级过热器、末级再热器和尾部转向室，再进入用分隔墙分成的前、后2个尾部烟道竖井，在前竖井中烟气流经低温再热器和前级省煤器；另一部分烟气则流经低温过热器和后级省煤器。在前、后2个分竖井出口布置了烟气分配挡板以调节流经前、后分竖井的烟气量，从而达到调节再热器汽温的目的。烟气流经分配挡板后通过连接烟道和回转式空气预热器排往电气除尘器和引风机。
过热器采用煤／水比作为汽温调节的主要手段，并配合3 级喷水减温作为主汽温度的细调节，喷水减温每级左右2点布置以消除各级过热器的左右吸热和汽温偏差。再热器调温以烟气挡板调温为主，燃烧器摆动调温为辅，同时在再热器入口管道上布置有事故喷水装置。
4 性能试验
对1号、2号锅炉进行了性能考核试验，锅炉性能考核试验的结果见表2。试验结果表明：2台锅炉的性能参数均满足合同规定的保证值，部分参数优于保证值，显示出锅炉优异的热力性能。