唐真华　吉平　徐海燕
（东方锅炉(集团)股份有限公司，四川自贡，643001）

摘要: 介绍了东方660MW等级超超临界锅炉的主要技术特点。该等级锅炉采用低NOx旋流燃烧器和前后墙对冲燃烧方式；布置有燃尽风实现沿炉膛高度方向的分级燃烧；采用内螺纹管螺旋管圈水冷壁；尾部采用双烟道结构，利用烟气挡板调节再热汽温。
关键词：超超临界锅炉 技术特点
1.前言
东方锅炉（集团）股份有限公司设计制造的660MW等级超超临界机组锅炉主要技术特点为：

• 采用国际上广泛应用的П型布置形式
• 水冷壁下部采用内螺纹管螺旋管圈水冷壁，不设任何节流圈，安全裕度大，可靠性高
• 采用前后墙对冲燃烧方式，减少炉膛出口工质温度偏差，有效的防止炉膛结焦
• 采用低NOx旋流燃烧器，燃烧效率高、 NOx排放低、低负荷稳燃好
• 采用分级燃烧，炉膛上部布置燃尽风
• 锅炉启动系统配置灵活，可采用带/不带再循环泵的锅炉启动系统
• 过热蒸汽温度系统采用煤水比和两级喷水减温控制，调节性能好
• 再热汽温采用尾部平行烟气档板调节，性能可靠、经济性好
• 根据锅炉燃用煤种特性，设计中充分考虑防止炉内结渣措施
• 高温部件材料选择上考虑了足够的壁温裕度

2.锅炉技术规范
2.1锅炉主要参数
表1 锅炉主要参数汇总表

注：g表示表压。
2.2燃料特性
首台660MW锅炉燃用煤种为不易结渣、易燃尽、不易粘污、着火稳定性好、中等磨损性，典型煤质资料如表2所示:
表2 锅炉煤质

2.3锅炉基本性能
燃用设计煤种时，锅炉保证热效率不小于93%(按低位发热值，BRL工况)。B-MCR工况下，锅炉NOx排放浓度不超过 300 mg/Nm3（O2=6%）。锅炉燃用设计煤种时，不投油最低稳燃负荷不大于30%B-MCR。
2.4锅炉总体布置
锅炉采用超超临界参数、变压运行、本生直流炉、一次再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。锅炉的总体布置如图1所示。

图1 锅炉总体布置图

炉膛下部水冷壁采用螺旋管圈，上部水冷壁采用垂直管圈。螺旋管圈与垂直管圈间采用过渡段水冷壁和混合集箱连接。
过热器受热面采用辐射-对流型布置，再热器受热面为纯对流型，省煤器布置在尾部后竖井水平低温过热器的下方。
燃烧器采用前后墙对冲分级燃烧技术。炉膛前后墙各分三层布置低NOx旋流煤粉燃烧器，最上层燃烧器的上部布置了燃尽风喷口（OFA）。

表3锅炉主要结构尺寸

3. 锅炉主要系统介绍
3.1锅炉汽水系统
锅炉汽水系统流程如图2所示。 

图2 锅炉汽水系统流程图
一次汽流程为：给水→省煤器→炉膛水冷壁→内置式汽水分离器→顶棚过热器→包墙过热器→低温过热器→一级减温器→屏式过热器→二级减温器→高温过热器→汽机高压缸。
二次汽流程为：汽机高压缸排汽→低温再热器→事故减温器→高温再热器再→汽机中压缸。
3.2给水和省煤器系统
机组配置2×50%B-MCR调速汽动给水泵和一台30% B-MCR容量的电动调速给水泵。
省煤器位于尾部后竖井烟道下部，自给水管路出来的水由炉前右侧进入位于尾部竖井后烟道下部的省煤器入口集箱，水流经水平布置的省煤器蛇形管后由省煤器出口集箱右端引出，经集中下水管进入位于锅炉前、后两侧的集中下降管分配头，再通过下水连接管进入螺旋水冷壁入口集箱。
3.3炉膛
锅炉炉膛为全焊式膜式水冷壁结构，炉膛宽23534mm、深度15456.8mm、高度63m，整个炉膛四周为全焊接膜式水冷壁，炉膛由下部螺旋盘绕上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁两种不同的结构组成，两者间由过渡水冷壁和混合集箱转换连接。炉膛冷灰斗的倾斜角度为55°，除渣口的喉口宽度为1.2432m。
炉膛下部水冷壁采用螺旋盘绕膜式管圈，从水冷壁进口到折焰角下约3米处。部分螺旋水冷壁管采用六头内螺纹管，共510根，管子规格Φ38.1×7.5，材料为SA-213T2，螺旋管圈倾角19.471°。
螺旋管圈水冷壁的主要技术特点如下：
布置与选择管径灵活，易于获得足够的质量流速。螺旋管圈水冷壁所需管子根数和管径，可通过改变管子水平倾斜角度来调整，使之获得合理的设计值，以确保锅炉安全运行与水冷壁自身的刚性。
管间吸热偏差小。螺旋管在盘旋上升的过?性和燃料变化适应性。
适应变压运行的要求。由于螺旋管圈容易保证低负荷时的质量流速，工质从螺旋管圈进入中间混合集箱时的干度已足够高，容易解决进入垂直管屏时汽水分配不均，可以很好的适应变压运行的要求。
成熟的支吊结构。螺旋管圈水冷壁部份采用带张力板的垂直搭接板支承系统，下部炉膛和冷灰斗的荷载通过垂直搭接板传递给上部垂直水冷壁，水冷壁与垂直搭接板可以相对滑动。螺旋及过渡段水冷壁刚性梁支撑系统包括垂直刚性梁和水平刚性梁网状结构，刚性梁结构布置如图3所示。 

图3 螺旋水冷壁刚性梁结构图
成熟的制造和安装工艺。由于大量采用了标准化设计和先进的制造设备，克服了传统螺旋管圈水冷壁制造安装复杂的缺点，降低了工地安装的难度和工作量。根据安装公司的统计，采用螺旋管圈水冷壁的660MW超超临界锅炉参加整体水压试验的安装焊口数不超过40000只，大大少于其它采用垂直水冷壁的相同等级超超临界锅炉。
3.4 锅炉启动系统
660MW等级超超临界锅炉的启动系统设计容量为25%BMCR，可根据业主需要配置或取消再循环泵。东方首台660MW超超锅炉采用了带再循环泵的启动系统，由内置式汽水分离器、储水罐、再循环泵(BCP)、再循环流量调节阀、储水罐水位调节阀、大气式疏水扩容器、冷凝水箱、疏水泵等组成。系统布置如图4所示。

图4 带再循环泵启动系统示意图
在锅炉启动过程进入循环运行方式时，来自储水罐的大部分饱和水通过BCP和再循环流量调节阀回流到省煤器入口，与锅炉给水混合后进入省煤器。启动系统的其余疏薃置或取消再循环泵。东方首台660MW超超锅炉采用了带再循环泵的启动系统，由内置式汽水分离器、储水罐、再循环泵(BCP)、再循环流量调节阀、储水罐水位调节阀、大气式疏水扩容器、冷凝水箱、疏水泵等组成。系统布置如图4所示。

图4 带再循环泵启动系统示意图
在锅炉启动过程进入循环运行方式时，来自储水罐的大部分饱和水通过BCP和再循环流量调节阀回流到省煤器入口，与锅炉给水混合后进入省煤器。启动系统的其余疏水则通过储水罐水位调节阀后引至一体化疏水扩容器，并通过两台疏水泵排往凝汽器(水质合格时)或系统外(水质不合格时)。 配置再循环泵启动系统的优点如下：
缩短启动时间。配置了再循环泵后可提高省煤器入口的给水温度，因此可缩短启动时间，对于经常启动的两班制机组来说，缩短启动时间可带来良好的经济效益；
在启动过程中回收工质和热量。在机组启动初期，设置再循环泵后可回收启动过程中的大部分工质，分离器分离的饱和水通过再循环泵与给水混合后重新进入省煤器，可以避免这部分工质损失；提高机组的运行经济性。
在机组冷态清洗中减少补给水。锅炉冷态清洗时水冷壁的流量大约25%B-MCR,对于不带再循环泵的系统，这部分清洗水必须全部为补给水，造成制水设备的容量加大；而采用再循环泵以后，在清洗水质合格的前提下，锅炉清洗后期可以开启再循环泵，使用较少的清洗补给水量就可以在水冷壁系统中获得清洗所需的流量。
不配置再循环泵启动系统的优点如下:
系统简单可靠，运行维护方便，初投资较小。
减少维护费用。带循环泵的系统只在启动初期投入使用，直流负荷运行以后即处于待机状态，由于再循环泵及其系统复杂，运行和维护要求高，配置再循环泵增加了日常维护费用。
不同型式的启动系统各有优缺点，其选择原则主要考虑运行方式、投资大小和运行维修的方便性等方面。本公司综合考虑上述因素，可根据业主需要配置。本公司推荐启动系统采用不带循环泵的方案，该方案是我公司600MW超临界锅炉的典型、成熟和可靠的配置方式。
内置式启动分离器布置在炉前，垂直水冷壁出口，采用旋风分离形式，承受锅炉运行压力。分离器数量为两个。经水冷壁加热以后的工质分别由6根连接管沿切向逆时针向下倾斜15°进入两个分离器，分离器内设有阻水装置和消旋器。储水罐的规格为Ф1100×125，总高度为19m，数量一个。启动分离器和储水罐端部均采用锥形封头结构。
储水罐上部蒸汽连接管、下部出水连接管上各布置一个取压孔，后接三个并联的单室平衡容器，进行储水罐的水位控制。储水罐上有设定的高报警水位、储水罐水位调节阀全开水位、正常水位（上水完成水位）、BCP启动水位（MFT时）、储水罐水位调节阀全关水位、再循环流量调节阀全开水位、BCP启动水位（MFT重置时）、再循环流量调节阀全开水位、暖管管路关闭水位、低报警水位及BCP跳闸水位，根据各水位不同的差压值来控制再循环流量调节阀及储水罐水位控制阀调节水位。
大气式一体化疏水扩容器立式布置在锅炉房外，箱体上设有三个并联的单室平衡容器和一个就地水位计，设定了储水罐水位调节阀关闭水位、疏水泵启动水位、泵零流量水位，泵跳闸基准水位，根据流量计控制疏水泵开启并实现扩容器水位控制。
扩容器上封头顶部设有排汽管。扩容器筒身上设有以下各路的疏水接口：锅炉本体疏水、储水罐水位调节阀后疏水、BCP系统疏水、吹灰系统疏水、有压放水、辅助蒸汽疏水及其它疏水备用口。
3.5过热器

过热器系统由顶棚过热器、包墙过热器、低温过热器、屏式过热器及高温过热器组成，屏过出口至高温过热器进口进行一次左右交叉。
低温过热器蛇形管布置在后竖井后烟道内，分为水平段和垂直出口段。屏式过热器布置在炉膛上部区域，为全辐射受热面。高温过热器位于折焰角上部。高温级过热器采用了TP347HFG、 Super304H和HR3C等高等级材料。
过热蒸汽温度由水煤比和两级喷水减温进行控制。水煤比的控制温度取自高温过热器出口，汽水分离器前的水冷壁出口集箱上的温度测点作为水/煤比控制的补偿信号。一级减温器在运行中起保护屏式过热器作用，同时也可调节低温过热器左、右侧的蒸汽温度偏差。二级减温器用来调节高温过热汽温度及其左、右侧汽温的偏差，使过热蒸汽出口温度维持在额定值。
3.6再热器
低再蛇形管由水平段和垂直段两部分组成，水平段分三组水平布置于后竖井前烟道内，低再出口垂直段由两片相邻的水平蛇形管合并而成。高温再热器布置于末级过热器后的水平烟道内。高温再热器采用了TP347HFG、 Super304H和HR3C等高等级材料。
再热汽温的调节是通过布置在低温再热器和省煤器后的平行烟气挡板调节。再热汽事故喷水减温器布置在低温再热器至高温再热器间连接管道上，分左右两侧喷入。减温器喷嘴采用多孔式雾化喷嘴。再热器喷水仅用于紧急事故工况、扰动工况或其它非稳定工况。
3.7燃烧系统

制粉系统采用中速磨直吹式制粉系统，每炉配6台磨煤机，其中1台备用。煤粉细度200目筛通过量为80%。
燃烧器采用前后墙对冲燃烧方式，36只燃烧器分三层布置在炉膛前后墙上，沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布均匀。燃烧器上部布置有燃尽风(OFA)风口，12只燃尽风风口分别布置在前后墙上。低NOx燃烧器具有良好的燃烧稳定性和高的燃烧效率。由于采用了NOx的焰内还原技术，同时采用燃尽风(OFA)实现分级燃烧，可有效地降低NOx生成。
燃烧器区域设有大风箱，大风箱被分隔成单个风室。大风箱对称布置于前后墙，每层风室的入口处均设有风门挡板，所有风门挡板均配有执行器，可程控调节。
锅炉共设36只简单机械雾化点火油枪。点火油枪位于煤粉燃烧器附近，用于点燃煤粉。每只油枪配有自身的高能点火器。高能点火器、油枪及其各自的推进器设计成组合一体型式，结构紧凑，满足程控点火的要求。
每只燃烧器均设置火焰检测装置。煤火检采用红外线光纤型；点火油枪火检采用紫外线+红外线非光纤型。
3.8烟风系统
送风机将空气通过暖风器送往两台三分仓空预器，受热的一次风与部分冷一次风混合进入磨煤机，然后进入煤粉燃烧器，受热的二次风进入燃烧器风箱，并通过各调节挡板进入炉膛，与燃烧的燃料混合。
由燃料燃烧产生的热烟气将热传递给炉膛水冷壁和屏式过热器，烟气穿过高温过热器、高温再热器进入后竖井低温再热器、低温过热器和省煤器，烟气调节挡板布置在低温再热器和省煤器后，烟气随后进入空预器及除尘器，流向烟囱，排向大气。
3.9除渣和吹灰系统
锅炉除渣采用刮板捞渣机机械除渣装置。
锅炉布置了足够数量的炉膛吹灰器及用来吹扫过热器、再热器省煤器的长伸缩式吹灰器和加长枪式吹灰器，分布在炉膛、水平烟道、后竖井、省煤器区域。同时在设计上预留了部分炉膛短吹灰器和长吹灰器墙箱，可根据需要增加吹灰器数量。
吹灰汽源引自高温过热器进口连接管。
3.10 脱硝装置
东方660MW超超临界锅炉可提供预留和同步建设SCR脱硝装置的配置方案。脱硝反应器布置于省煤器出口与空预器入口之间的烟气通路上。每台机组配两台SCR脱硝反应器，SCR脱硝反应器和部分烟道、平台扶梯由锅炉尾部两排立柱承载。锅炉构架可承受SCR脱硝反应器入、出口烟道部分荷载及部分平台扶梯的荷载。
4. 结论
东方锅炉在总结600MW超临界锅炉和1000MW超超临界锅炉成功运行经验的基础上，优化设计的660MW超超临界锅炉具有以下特点:
（1）锅炉总体布置和汽水流程与600MW超临界锅炉和1000MW超超临界锅炉基本一致，可确保技术成熟、性能优良、安全可靠；
（2）锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，减少炉膛出口工质温度偏差，有效的防止炉膛结焦；
（3）水冷壁下部采用内螺纹管螺旋管圈水冷壁，不设任何节流圈，安全裕度大，可靠性高；
（4）锅炉启动系统配置灵活，可根据业主需要配置或取消再循环泵；
（5）高温部件材料选择上考虑了足够的壁温裕度。