前几年，我国三大锅炉厂相继从国外不同公司引进了超临界锅炉技术，东锅公司也不例外。但由于没有掌握国外公司的核心技术，因此锅炉设计成本高。
国家的“十一五”规划和东锅公司的2006年方针都把“必须提高自主创新能力”提到了相当重要的位置。东锅公司率先开展了超（超）临界锅炉的自主化设计工作。
1、锅炉规范
1.1锅炉基本参数
1.2燃用煤质资料
1.3锅炉运行条件
(1)锅炉运行方式：带基本负荷并参与调峰。
(2)锅炉变压运行，采用定一滑一定的方式。
(3)制粉系统：采用中速磨直吹式制粉系统，每炉配6台磨煤机，5台运行l台备用。
(4)给水调节：机组配置2×50%B-MCR调速汽动给水泵和一台30%B-MCR容量的电动凋速给水泵。
(5)汽轮机旁路系统：采用30c/oB-MCR容量高、低压串联旁路。
(6)空气预热器进风加热方式：二次风加装暖风器。
(7)再热蒸汽能维持额定汽温。
2、锅炉性能设计和方案设计的指导思想
2.1 自主设计基础
(1)由东锅公司和国外公司联合设计的多台锅炉已成功投运。通过消化、吸收引进技术，全面掌握了超临界锅炉技术，为超临界锅炉自主化设计积累了宝贵的经验。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
(2)东锅公司与热丁所和大学院校联合已开展了关于超临界锅炉技术的有关课题研究并已结题，为超临界锅炉的自主化设计打下了理论基础。
(3)东锅公司与热工所合作开发了性能计算程序，为自主化设计提供了计算工具和设计依据。
(4)综合各种方案比较，天益工程仍沿用前后墙对冲燃烧、螺旋水冷壁加垂直水冷壁的结构，形成东锅公司超临界锅炉鲜明的技术流派。
2.2超临界直流锅炉性能设计的指导思想
(1)采用复合变压运行的高效超临界直流锅炉，随着负荷的降低，过热器出口汽压将逐步降低，在更低的负荷时，将在亚临界参数下运行，锅炉各部份f省煤器、蒸发段、过热和再热段）的吸热量和比率都会发生变化，特别是蒸发段，每公斤的工质要吸收更多的热量，因此须注意升降负荷时出现的过烧和欠烧现象的影响。
(2)随着负荷降低，工作条件极为恶劣的水冷壁，质量流速也按比例下降。在直流方式下，工质流动的稳定性受到影响，为了防止出现流动的多值性等不稳定现象，需限定最低直流运行负荷时的质量流速。
(3)在进入临界压力点以下低负荷运行时，与亚临界机组一样，必须重视水冷壁管内两相流的传热和流动，要防止发生膜态沸腾导致水冷壁管金属超温爆管。
(4)按B-MCR工况设计布置的省煤器在低负荷时有可能出现出口处汽化，将影响水冷壁流量分配，导致流动T况恶化，故需限制省煤器的吸热量。
(5)负荷降低后，炉膛水冷壁的吸热不均将加大，需注意防止它引起水冷壁管圈吸热不均导致温度偏差增大。
(6)在整个变压运行中，蒸发点的变化，使单相和两相区水冷壁金属温度发生变化，需注意水冷壁及其刚性梁体系的热膨胀设计，并防止频繁变化引起承压件上出现疲劳破坏。
(7)由于压力降低，饱和汽温下降，烟气和蒸汽之间的温差增加，过热器的焓增比定压运行机组要大，促使汽温进一步升高，故需考虑较大的减温器容量，同时还要保证各种负荷下的喷水量。
(8)为防止过热汽带水对汽轮机造成水冲击，在锅炉直流负荷以上工况时，要保证水冷壁出口工质温度有一定的过热度。
2.3锅炉方案设计
(1)按照东方超临界锅炉的技术流派，选用对冲燃烧锅炉。
(2)为保证水动力的稳定和减小水冷壁温度偏差，仍采用螺旋水冷壁加垂直水冷壁的结构。
(3)根据锅炉参数和煤质特性，确定炉膛尺寸，满足炉膛热负荷指标要求。
(4)煤质灰分较高，飞灰的磨损性较强，重点考虑采取措施防止受热面磨损。
(5)根据热力计算结果，布置足够的受热面面积。
(6)根据合同要求，采用不带再循环泵的启动系统。
3、锅炉总体布置
3.1锅炉的总体布置简介
锅炉总体布置特点：
(1)单炉膛几型布置；
(2)尾部双烟道；
(3)全钢架，全悬吊结构；
(4)炉膛采用螺旋管圈+垂直管水冷壁；
(5)过热器为辐射对流式，再热器纯对流布置；
(6)前后墙对冲燃烧方式。
炉膛水冷壁分上下两部分，下部水冷壁采用全焊接的螺旋上升膜式管屏，上部水冷壁采用全焊接的垂直上升膜式管屏。
过热器受热面采用辐射一对流型布置。过热器受热面由五部分组成，第1部分为顶棚过热器，第2部分为后竖井烟道包墙及后竖井分隔墙过热器；第3部分是布置在尾部竖井后烟道内的低温过热器；第4部分是位于炉膛上部的屏式过热器；第5部分是位于折焰角上方的高温过热器。
过热器系统按蒸汽流程分为：顶棚过热器、包墙过热器／分隔墙过热器、低温过热器、屏式过热器及高温过热器。按烟气流程依次为：屏式过热器、高温过热器、低温过热器。
过热汽温调节采用水煤比和二级喷水减温，过热蒸汽管道在屏式过热器与高温过热器之间进行一次左右交叉，以减小两侧汽温偏差。
再热器受热面采用纯对流型布置，再热器由位于尾部前烟道的水平对流低温再热器及位于高温过热器后的高温再热器组成。再热汽温通过尾部双烟道平行烟气挡板调节。
省煤器布置在尾部后竖井水平低温过热器的下方。
燃烧设备前后墙布置，采用对冲分级燃烧技术，风、粉气流从投运的煤粉燃烧器、燃尽风喷进炉膛后，各只燃烧器在炉膛内形成—个独立的火焰。
3.2锅炉燃烧系统设备
锅炉采用前后墙对冲燃烧，燃烧系统由煤粉燃烧器喷口和燃尽风喷口组成。
煤粉燃烧器采用自主开发设计的新型低N()x燃烧器。
每个煤粉燃烧器均配有油枪。
在每个煤粉燃烧器和油燃烧器上均设火检装置的位置，可满足FSSS的要求。
3.3炉膛支吊和刚性梁结构
包括垂直膜式壁和螺旋膜式壁的整个炉膛荷载由生根在水冷壁出口集箱上的吊杆悬吊到锅炉顶板粱上，炉膛可向下自由膨胀。
螺旋水冷壁仅支撑其自重荷载和炉膛压力荷载，自重荷载被传递到上部垂直水冷壁，最后传给锅炉吊杆至锅炉顶板梁。
刚性梁设置是用来保护炉膛水冷壁，不会因受到炉内烟气压力的作用而发生变形。
3.4空气预热器
采用同转式空气预热器，每台锅炉配置两台三分仓空预器。预热器采用先进的径向、轴向和环向密封系统，径向、轴向密封采用双密封，密封周界短，效果好。并配有性能可靠的带电子式敏感元件的具有自动热补偿功能的密封间隙自动跟踪调节装置，在运行状态下热端扇形板自动跟踪转子的变形而调节间隙，以减少漏风。
3.5锅炉的保护
在启动初期对锅炉的保护主要时通过炉膛出口烟温探针和汽机旁路系统。
运行过程中，过热汽温主要由煤水比调节，并设置两级喷水减温；再热汽温主要通过尾部烟气调节挡板来调节，并设置了事故喷水减温。
此外，在各级受热面出口管排上设置了壁温测点，进行超温报警保护；在过热器、再热器系统进口或出口连接管上设置安全阀、PCV阀等来实施对过了和汽机的保护。
4、运行情况
自主化设计的600MW超临界燃煤机组锅炉已成功运行，工程整体质量优良，达到国内同类机组整套试运的先进水平。锅炉运行情况及主要性能参数如下：
锅炉出口蒸汽参数温度达到设计要求；
调节特性好，减温水流量较小；
具有自主知识产权的燃烧器性能优异，燃烧效率高；
锅炉出口NOx排放低，达到保证值的要求；
煤质适应性好；
锅炉效率能达到保证值。
5、存在的问题及改进措施
(1)汽水阻力较大。若需降低阻力，则需对结构进行较大的改动，如放大管子或管道内径等，对受热面节距进行调整，整个方案需要重新考虑。
(2)燃烧器磨损严重。由于一次风进入燃烧器后，在弯头的作用下，煤粉颗粒还会存在折射、偏向，使煤粉气流冲刷到了没有采取防磨措施的一次风中心筒，造成了一次风中心筒磨损。改进措施为在中心筒上部增加瓦形陶瓷片，以防止气流直接冲刷中心筒。在稳燃齿的迎风面，也增加陶瓷片，可有效的防止燃烧器的磨损，同时也要保证陶瓷片产品的质量。
(3)燃烧器区域水冷壁结焦。原燃烧器三次风扩锥角度较大，使燃烧器的旋流强度偏大，有部份煤粉颗粒被甩到了水冷壁上，造成了水冷壁结焦。改进措施为在燃烧器三次风扩锥内增加导向筒，将燃烧器三次风扩锥角度适当减小。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
(4)减温器喷管断裂。前期减温器通用结构，制造工艺无法保证喷管的装配尺寸，引起喷管疲劳断裂。后期对减温器的结构进行了改进，一方面使制造工艺容易实施，另一方面结构上采取措施防此喷管产生震动，并放大了喷管尺寸。
6、结语
600 MW超临界锅炉自主化设计，为东锅公司储备了超临界锅炉技术，并以此为基础开发形成了一系列超临界锅炉产品。
国家的“十一五”规划和东锅公司的2006年方针都把“必须提高自主创新能力”提到了相当重要的位置。东锅公司率先开展了超（超）临界锅炉的自主化设计工作。
1、锅炉规范
1.1锅炉基本参数
1.2燃用煤质资料
1.3锅炉运行条件
(1)锅炉运行方式：带基本负荷并参与调峰。
(2)锅炉变压运行，采用定一滑一定的方式。
(3)制粉系统：采用中速磨直吹式制粉系统，每炉配6台磨煤机，5台运行l台备用。
(4)给水调节：机组配置2×50%B-MCR调速汽动给水泵和一台30%B-MCR容量的电动凋速给水泵。
(5)汽轮机旁路系统：采用30c/oB-MCR容量高、低压串联旁路。
(6)空气预热器进风加热方式：二次风加装暖风器。
(7)再热蒸汽能维持额定汽温。
2、锅炉性能设计和方案设计的指导思想
2.1 自主设计基础
(1)由东锅公司和国外公司联合设计的多台锅炉已成功投运。通过消化、吸收引进技术，全面掌握了超临界锅炉技术，为超临界锅炉自主化设计积累了宝贵的经验。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
(2)东锅公司与热丁所和大学院校联合已开展了关于超临界锅炉技术的有关课题研究并已结题，为超临界锅炉的自主化设计打下了理论基础。
(3)东锅公司与热工所合作开发了性能计算程序，为自主化设计提供了计算工具和设计依据。
(4)综合各种方案比较，天益工程仍沿用前后墙对冲燃烧、螺旋水冷壁加垂直水冷壁的结构，形成东锅公司超临界锅炉鲜明的技术流派。
2.2超临界直流锅炉性能设计的指导思想
(1)采用复合变压运行的高效超临界直流锅炉，随着负荷的降低，过热器出口汽压将逐步降低，在更低的负荷时，将在亚临界参数下运行，锅炉各部份f省煤器、蒸发段、过热和再热段）的吸热量和比率都会发生变化，特别是蒸发段，每公斤的工质要吸收更多的热量，因此须注意升降负荷时出现的过烧和欠烧现象的影响。
(2)随着负荷降低，工作条件极为恶劣的水冷壁，质量流速也按比例下降。在直流方式下，工质流动的稳定性受到影响，为了防止出现流动的多值性等不稳定现象，需限定最低直流运行负荷时的质量流速。
(3)在进入临界压力点以下低负荷运行时，与亚临界机组一样，必须重视水冷壁管内两相流的传热和流动，要防止发生膜态沸腾导致水冷壁管金属超温爆管。
(4)按B-MCR工况设计布置的省煤器在低负荷时有可能出现出口处汽化，将影响水冷壁流量分配，导致流动T况恶化，故需限制省煤器的吸热量。
(5)负荷降低后，炉膛水冷壁的吸热不均将加大，需注意防止它引起水冷壁管圈吸热不均导致温度偏差增大。
(6)在整个变压运行中，蒸发点的变化，使单相和两相区水冷壁金属温度发生变化，需注意水冷壁及其刚性梁体系的热膨胀设计，并防止频繁变化引起承压件上出现疲劳破坏。
(7)由于压力降低，饱和汽温下降，烟气和蒸汽之间的温差增加，过热器的焓增比定压运行机组要大，促使汽温进一步升高，故需考虑较大的减温器容量，同时还要保证各种负荷下的喷水量。
(8)为防止过热汽带水对汽轮机造成水冲击，在锅炉直流负荷以上工况时，要保证水冷壁出口工质温度有一定的过热度。
2.3锅炉方案设计
(1)按照东方超临界锅炉的技术流派，选用对冲燃烧锅炉。
(2)为保证水动力的稳定和减小水冷壁温度偏差，仍采用螺旋水冷壁加垂直水冷壁的结构。
(3)根据锅炉参数和煤质特性，确定炉膛尺寸，满足炉膛热负荷指标要求。
(4)煤质灰分较高，飞灰的磨损性较强，重点考虑采取措施防止受热面磨损。
(5)根据热力计算结果，布置足够的受热面面积。
(6)根据合同要求，采用不带再循环泵的启动系统。
3、锅炉总体布置
3.1锅炉的总体布置简介
锅炉总体布置特点：
(1)单炉膛几型布置；
(2)尾部双烟道；
(3)全钢架，全悬吊结构；
(4)炉膛采用螺旋管圈+垂直管水冷壁；
(5)过热器为辐射对流式，再热器纯对流布置；
(6)前后墙对冲燃烧方式。
炉膛水冷壁分上下两部分，下部水冷壁采用全焊接的螺旋上升膜式管屏，上部水冷壁采用全焊接的垂直上升膜式管屏。
过热器受热面采用辐射一对流型布置。过热器受热面由五部分组成，第1部分为顶棚过热器，第2部分为后竖井烟道包墙及后竖井分隔墙过热器；第3部分是布置在尾部竖井后烟道内的低温过热器；第4部分是位于炉膛上部的屏式过热器；第5部分是位于折焰角上方的高温过热器。
过热器系统按蒸汽流程分为：顶棚过热器、包墙过热器／分隔墙过热器、低温过热器、屏式过热器及高温过热器。按烟气流程依次为：屏式过热器、高温过热器、低温过热器。
过热汽温调节采用水煤比和二级喷水减温，过热蒸汽管道在屏式过热器与高温过热器之间进行一次左右交叉，以减小两侧汽温偏差。
再热器受热面采用纯对流型布置，再热器由位于尾部前烟道的水平对流低温再热器及位于高温过热器后的高温再热器组成。再热汽温通过尾部双烟道平行烟气挡板调节。
省煤器布置在尾部后竖井水平低温过热器的下方。
燃烧设备前后墙布置，采用对冲分级燃烧技术，风、粉气流从投运的煤粉燃烧器、燃尽风喷进炉膛后，各只燃烧器在炉膛内形成—个独立的火焰。
3.2锅炉燃烧系统设备
锅炉采用前后墙对冲燃烧，燃烧系统由煤粉燃烧器喷口和燃尽风喷口组成。
煤粉燃烧器采用自主开发设计的新型低N()x燃烧器。
每个煤粉燃烧器均配有油枪。
在每个煤粉燃烧器和油燃烧器上均设火检装置的位置，可满足FSSS的要求。
3.3炉膛支吊和刚性梁结构
包括垂直膜式壁和螺旋膜式壁的整个炉膛荷载由生根在水冷壁出口集箱上的吊杆悬吊到锅炉顶板粱上，炉膛可向下自由膨胀。
螺旋水冷壁仅支撑其自重荷载和炉膛压力荷载，自重荷载被传递到上部垂直水冷壁，最后传给锅炉吊杆至锅炉顶板梁。
刚性梁设置是用来保护炉膛水冷壁，不会因受到炉内烟气压力的作用而发生变形。
3.4空气预热器
采用同转式空气预热器，每台锅炉配置两台三分仓空预器。预热器采用先进的径向、轴向和环向密封系统，径向、轴向密封采用双密封，密封周界短，效果好。并配有性能可靠的带电子式敏感元件的具有自动热补偿功能的密封间隙自动跟踪调节装置，在运行状态下热端扇形板自动跟踪转子的变形而调节间隙，以减少漏风。
3.5锅炉的保护
在启动初期对锅炉的保护主要时通过炉膛出口烟温探针和汽机旁路系统。
运行过程中，过热汽温主要由煤水比调节，并设置两级喷水减温；再热汽温主要通过尾部烟气调节挡板来调节，并设置了事故喷水减温。
此外，在各级受热面出口管排上设置了壁温测点，进行超温报警保护；在过热器、再热器系统进口或出口连接管上设置安全阀、PCV阀等来实施对过了和汽机的保护。
4、运行情况
自主化设计的600MW超临界燃煤机组锅炉已成功运行，工程整体质量优良，达到国内同类机组整套试运的先进水平。锅炉运行情况及主要性能参数如下：
锅炉出口蒸汽参数温度达到设计要求；
调节特性好，减温水流量较小；
具有自主知识产权的燃烧器性能优异，燃烧效率高；
锅炉出口NOx排放低，达到保证值的要求；
煤质适应性好；
锅炉效率能达到保证值。
5、存在的问题及改进措施
(1)汽水阻力较大。若需降低阻力，则需对结构进行较大的改动，如放大管子或管道内径等，对受热面节距进行调整，整个方案需要重新考虑。
(2)燃烧器磨损严重。由于一次风进入燃烧器后，在弯头的作用下，煤粉颗粒还会存在折射、偏向，使煤粉气流冲刷到了没有采取防磨措施的一次风中心筒，造成了一次风中心筒磨损。改进措施为在中心筒上部增加瓦形陶瓷片，以防止气流直接冲刷中心筒。在稳燃齿的迎风面，也增加陶瓷片，可有效的防止燃烧器的磨损，同时也要保证陶瓷片产品的质量。
(3)燃烧器区域水冷壁结焦。原燃烧器三次风扩锥角度较大，使燃烧器的旋流强度偏大，有部份煤粉颗粒被甩到了水冷壁上，造成了水冷壁结焦。改进措施为在燃烧器三次风扩锥内增加导向筒，将燃烧器三次风扩锥角度适当减小。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
(4)减温器喷管断裂。前期减温器通用结构，制造工艺无法保证喷管的装配尺寸，引起喷管疲劳断裂。后期对减温器的结构进行了改进，一方面使制造工艺容易实施，另一方面结构上采取措施防此喷管产生震动，并放大了喷管尺寸。
6、结语
600 MW超临界锅炉自主化设计，为东锅公司储备了超临界锅炉技术，并以此为基础开发形成了一系列超临界锅炉产品。
