超超临界直流锅炉运行特点
王 志
（华能玉环电厂，浙江省玉环县，317604）
摘 要：环境和能源是关系到我国21世纪可持续发展的重要战略问题，节约环保已成为全世界人民共同愿望和强烈呼声。行业为适应节约环保要求的日益提高，需要大力开展煤清洁燃烧和新发电技术的研究。为了提高能源利用效率，提高火力发电设备的可靠性、经济性和环保性，华能集团敢为人先，率先在我国发展百万千瓦机组，提高了机组热效率，降低了发电煤耗，大幅度减少了污染物的排放。本文重点介绍了玉环电厂百万千瓦机组直流的运行特点。 关键词：、、节约环保 1 概况
1.1玉环电厂型号为HG-2953/27.46-YM1，由哈尔滨厂有限责任公司引进三菱重工株式会社（Mitsuibishi Heavy Industries Co. Ltd）技术设计制造，采用П型布置、单炉膛、低NOx PM燃烧器和MACT燃烧技术，反向双切圆燃烧。采用一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，设计燃用神府东胜煤和晋北煤。
1.2炉膛断面尺寸为32084mm（宽）×15670mm（深），炉膛全高为65500mm，采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁，并在水冷壁集箱的出口管接头安装节流圈。
1.3采用MHI的PM型燃烧器和MACT燃烧系统，风粉混合物通过入口分离器分成浓淡两股分别通过浓相和淡相二只喷嘴进入炉膛，PM主燃烧器上方增设四层AA（附加风）喷嘴。PM型八角反向双切圆布置的摆动燃烧器，在热态运行中一、二次风均可上下摆动，最大倾角为±30°。
1.4过热器采用四级布置，即低温过热器（一级）、分隔屏过热器（二级）、屏式过热器（三级）和对流过热器（四级）；再热器为二级，即低温再热器（一级）和高温再热器（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、对流过热器和高温再热器，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。
1.5过热器各段进出口集箱间的连接采取按1/2炉宽混合并在汇集总管上设置三级喷水减温器，每级喷水又分成左右两路。再热蒸汽温度可采用烟气分配挡板和摆动燃烧器两种方式，入口集箱前设置有事故减温喷水，总设计流量为3.5% BMCR工况再热蒸汽流量。
1.6省煤器管束采用无缝光管顺列布置，管束与四周墙壁间装设防止烟气偏流的阻流板，管束上还设有可靠的防磨装置。省煤器为自疏水式，进口联箱上装有疏水、充水和酸洗的接管座，并带有相应的阀门。省煤器入口联箱（包括该联箱）至过热器出口的工质总压降不大于3.6 MPa。
1.7制粉系统采用中速磨正压直吹式系统，配备6台带动态分离器的HP1163/Dyn型磨煤机，BMCR工况下5台运行，1台备用。每台磨煤机出口有4根粉管，每根粉管分成两根分管连接至同层相邻的燃烧器，每台磨供1层共8只燃烧器。
1.8配有两台半模式、双密封、三分仓容克式空气预热器，立式布置，烟气与空气以逆流方式换热。预热器型号为34-VI（T）-1800-SMR，转子直径为Φ16400，传热元件总高度为1800mm。空气预热器采用径向、轴向和环向密封系统。为防止空气预热器低温腐蚀，设有热风再循环系统。
1.9设内置式启动系统，由启动循环泵、汽水分离器、贮水箱、疏水扩容器、疏水泵、水位控制阀、截止阀、管道及附件等组成。汽水分离器为圆形筒体结构，设计上除考虑汽水的有效分离，还考虑启动时汽水膨胀现象。
1.10除渣采用刮板捞渣机机械除渣装置，过渡渣井采用悬挂布置。过渡渣井下部插入捞渣机，水槽内的水封板采用不锈钢材料。 1.11性能计算数据表
表1：性能计算表（设计煤种：神府东胜煤）
负 荷 项 目 1. 蒸汽及水流量 过热器出口 再热器出口 省煤器进口 过热器一级喷水 过热器二级喷水 过热器三级喷水 再热器喷水 t/h t/h t/h t/h t/h t/h t/h 2953 2446 2953 89 30 89 0 2807 2316 2807 84 28 84 0 2214 1873 2214 66 22 66 0 1476 1282 1476 44 17 44 0 1033 912 1033 21 38 38 0 2371 2357 2371 119 47 95 0 单位 BMCR BRL 75% BMCR 35% 50% BMCR BMCR 高加 切除 2. 蒸汽和水温度 过热器出口 过热汽温度偏差 再热器进口 再热器出口 再热汽温度偏差 省煤器进口 省煤器出口 过热器减温水 再热器减温水 启动分离器 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ 605.0 ±5.0 359.0 603.0 ±5.0 298.0 322.0 322.0 179.0 428.0 605.0 ±5.0 354.0 603.0 ±5.0 295.0 319.0 319.0 177.0 429.0 605.0 ±5.0 333.0 603.0 ±5.0 279.0 306.0 306.0 168.0 426.0 605.0 ±5.0 342.0 603.0 ±5.0 254.0 288.0 288.0 155.0 384.0 605.0 ±5.0 351.0 576.0 ±5.0 234.0 277.0 277.0 143.0 365.0 605.0 ±5.0 357.0 603.0 ±5.0 185.0 241.0 241.0 179.0 423.0 3. 空气温度（按环境温度为20℃） 空气预热器进口一次风 空气预热器进口二次风 空气预热器出口一次风 空气预热器出口二次风 ℃ ℃ ℃ ℃ 29.0 23.0 309.0 324.0 29.0 23.0 305.0 319.0 29.0 23.0 286.0 303.0 31.0 30.0 274.0 287.0 32.0 33.0 263.0 272.0 30.0 31.0 247.0 266.0 4. 烟气温度 炉膛出口 ℃ 1000.0 408.0 省煤器进口（再热器侧/过热器侧） ℃ /465.0 ℃ 省煤器出口（再热器侧/过热器侧） /369.0 空气预热器进口 空气预热器出口(未修正) 空气预热器出口(修正) 5. 燃料消耗量(实际) 6. 输入热量 ℃ ℃ ℃ t/h GJ/h 364.0 129.4 125.0 367 8350 /358.0 359.0 127.0 122.0 345 7850 /337.0 342.0 115.0 111.0 288 6560 /302.0 320.0 108.0 103.0 203 4610 /287.0 297.0 104.0 99.0 145 3300 /293.0 302.0 108.0 104.0 341 7760 359.0 /459.0 354.0 /447.0 341.0 /402.0 326.0 /387.0 301.0 /454.0 304.0 980.0 406.0 930.0 393.0 850.0 391.0 780.0 377.0 970.0 405.0 7. 热损失 干烟气热损失 氢燃烧生成水热损失 燃料中水分引起的热损失 空气中水份热损失 未燃尽碳热损失 辐射及对流散热热损失 未计入热损失 总热损失 % % % % % % % % 4.56 0.09 0.21 0.10 0.61 0.17 0.30 6.04 4.44 0.09 0.20 0.09 0.61 0.18 0.30 5.91 4.33 0.08 0.18 0.09 0.61 0.21 0.30 5.80 4.32 0.07 0.15 0.09 0.61 0.30 0.30 5.84 4.44 0.06 0.14 0.09 0.61 0.42 0.30 6.06 3.48 0.06 0.14 0.07 0.61 0.18 0.30 4.84 8. 热效率 计算热效率(按ASME PTC4.1和低位发热量计算) 计算热效率 % 93.96 94.09 94.2 94.16 93.94 95.16 9.炉膛热负荷 截面热负荷 容积热负荷 MW/m2 kW/m3 4.59 82 4.32 77 3.61 65 2.54 46 1.81 33 4.27 77 10. 风率 一次风率 二次风率 % % 21.7 78.3 22.7 77.3 21.9 78.1 22.7 77.3 27.2 77.3 22.9 77.1 11. 过剩空气系数 炉膛出口 省煤器出口 － － 1.15 1.15 1.15 1.15 1.23 1.23 1.37 1.37 1.50 1.50 1.15 1.15 1.12设计煤种和校核煤种分别为神府东胜煤和晋北煤，煤质分析数据如下： 表2：燃煤煤质分析
校核煤种 (晋北煤) 常用煤种 (印尼煤) 名 称 及 符 号 单位 设计煤种 (神府东胜煤) 工 业 分 析 收到基全水分 Mt 空气干燥基水分 Mad 收到基灰分 Aar 收到基挥发分 Var 收到基固定炭 FCar 收到基低位发热量 Qnet,ar 哈氏可磨系数 HGI % % % % % kJ/kg % % % % % ℃ ℃ 14.00 8.49 11.00 27.33 47.67 22760 56.00 60.33 3.62 9.95 0.69 0.41 1130.0 1160.0 9.61 / 19.77 22.82 47.80 22440 54.81 58.56 3.36 7.28 0.79 0.63 1110.0 1190.0 17.00 5.48 5.61 36.38 41.01 22400 / 59.19 4.44 11.6 1.33 0.83 / / 元 素 分 析 灰 熔 融 性 收到基碳 Car 收到基氢 Har 收到基氧 Oar 收到基氮 Nar 收到基全硫 St,ar 变形温度 DT 软化温度 ST 流动温度 FT ℃ 1210.0 1270.0 / 二氧化硅 SiO2 灰 分 分 析 三氧化二铝 Al2O3 三氧化二铁 Fe2O3 氧化钙 CaO 氧化镁 MgO 三氧化硫 SO3 氧化钠 Na2O 氧化钾 K2O 2 直流运行特点 2.1双切圆燃烧
% % % % % % % % 36.71 13.99 13.85 22.92 1.28 9.30 1.23 0.72 50.41 15.73 23.46 3.93 1.27 2.05 1.23 1.10 / / / / / / / / 采用三菱开发的PM（Pollution Minimum）型燃烧器，共分六层，配以六台HP型中速磨煤机，每台磨煤机出口四根一次粉管，每根一次粉管在炉前又一分为二，各带两个角。炉膛截面为矩形结构，采用无分隔墙的八角双切圆燃烧方式，全摆动式燃烧器。燃烧器采用前后墙布置，两个切圆余速相互抵消，保证了燃烧室良好的空气动力场，两侧对称点间的烟温偏差小于50℃。炉膛出口和水平烟道沿炉宽烟速偏差不大于20%。沿炉宽各管间热偏差系数小于1.2。由于水冷壁按炉膛热负荷分布装设不同节流孔圈控制流量，使每根水冷壁管吸热情况基本相同，出口工质温度偏差很小。燃烧器数量增加，单只燃烧器热功率低，有效地防止了炉膛结焦。
燃烧器分布 前墙 图1 ：炉膛双切圆示意图
2.2 PM型燃烧器低NOX、MACT燃烧特性
是目前应用最广泛的能源终端利用技术，也是大气中污染物排放的主要来源。燃烧过程中排放的污染物，如二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)等都将会引起环境的变化。
华能玉环电厂1000MW采用了MHI的PM型燃烧器和MACT燃烧系统，有效抑制了氮氧化物(NOx)的产生。PM型的燃烧器见图2，风粉混合物通过入口分离器分成浓淡二股分别通过图2 PM燃烧器简图 浓相和淡相二只喷嘴进入炉膛，由图3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NOx生成量高的化学当量燃烧区，大大降低了NOx生成量，与传统的切向燃烧器相比，NOx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，有利于防止高热负荷区结焦。 图3 PM燃烧器NOx生成量示意图
MACT燃烧系统，就是在PM主燃烧器上方一定高度增设二层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三个燃烧区域，即下部为主燃烧区，中部为还原区，上部为燃尽区，这种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4。
图4 MACT燃烧技术原理图
由于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，因此燃烧的过程也是一个还原的过程，主燃区的化学反应过程如下： N+ O2------?NO
CnHm+O2------?CO2+H2O
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，此还原区的化学反应过程如下： CnHm+O2------?CO+H2 +CnHm NO+CnHm ------?NHi+N2+CnHm
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%，在此燃尽区内的化学反应过程如下：