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能源研究与信息超临界燃褐煤塔式锅炉技术于强，顾玮伦（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046）采用自主技术设计的国内首台660MW等级超临界塔式褐煤锅炉技术特点。同时，针对塔式褐煤锅炉运行数据，结合性能，进行经济分析；该技术也为今后燃褐煤发电机组高效率、低NOx排放设计提供了宝贵的经验；通过对比分析，此技术各项指标已经达到国内领先水平，并实现国内燃褐煤塔式锅炉零的突破，为将来更好地利用国内褐煤奠定了基础。
近几年电力工业高速发展，我国电力工业的装机总容量在2009年末已达8亿kW，居世界第一位，超过了美国总的装机容量。但煤炭总产量中火力发电厂用煤占50%以上，从我国火力发电全年煤耗的构成看3/4以上为烟煤。随着装机容量进一步增加，由于烟煤在全部煤贮藏量中所占比例不到70%左右，且烟煤开采历史悠久，许多著名烟煤矿区已进入老年期甚至枯竭的状态，而新烟煤矿的开发周期较长、开发运输比较困难，已跟不上电力工业发展的速度。
此时必须充分利用煤炭总储量约16.24%的褐煤，但由于我国褐煤储藏主要在内蒙古及东北地区，矿区集中，储量大，大部分适宜于露天开采，因此东北地区建设大容量、高效的燃褐煤电站，既充分利用了褐煤资源，避免了褐煤长途运输带来安全和经济问题，大大降低发电成本而且也促进了本地区的经济发展，同时可以网调到京津唐和华北、华东等地区。
哈尔滨锅炉厂有限责任公司在吸收和借鉴多台成功运行的大容量燃褐煤锅炉的基础上，响应国家“十一五”能源规划及产业结构调整和节能降耗的号召，自主设计开发高参数、高效率、低污染物排放的配风扇磨的塔式燃褐煤超临界锅炉一华能九台电厂2x660MW超临界锅炉。
1锅炉设计条件与设计参数华能九台电厂2x660MW超临界燃煤发电机组锅炉为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的直流锅炉，单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、紧身封闭塔式布置。锅炉采用低NOx燃烧器系统，40只燃烧器为八角切圆布置，8套MB3600/1000/490风扇磨煤机直吹式制粉系统，6运1备1检修。燃用煤质参数见表1，锅炉主要技术参数见表2.表1煤质参数项目设计煤校核煤全水分M/1%空干基水分Mad/%收到基灰分Ar/%干燥无灰基挥发分Fdaf/%可磨性系数HGI灰变形温度or/°c灰软化温度>r/°c流动温度FT/C表2锅炉主要技术参数名称过热蒸汽流量At.h-1）过热器出口蒸汽压力/MPa过热器出口蒸汽温度/c再热蒸汽流量At.h-1）再热器进口蒸汽压力/MPa再热器出口蒸汽压力/MPa再热器进口蒸汽温度/c再热器出口蒸汽温度/c省煤器进口给水温度/c 2锅炉主要特点2.1概述该锅炉是超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热，采用切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、紧身封闭塔式布置。炉膛采用膜式水冷壁。上部炉膛为二次垂直管圈，下部炉膛为螺旋管圈。炉膛上部沿烟气流程依次布置一级过热器、三级过热器、二级再热器、二级过热器、一级再热器、省煤器，尾部出口烟道布置两台二分仓回转式空气预热器。
2.2省煤器及水冷壁系统流程高加出口引来的锅炉主给水管道在省煤器入口通过三通变为水平横向布置的管道。管道的两端再向上由两侧被引入省煤器入口集箱，然后经过省煤器管组加热后进入省煤器出口集箱。
水从省煤器出口集箱经外部两根连接管合并为一根下降管被引入位于炉膛灰斗下部的水冷壁下集箱，然后沿炉膛向上依次经过冷灰斗、锅炉下部螺旋水冷壁，经位于炉膛中部的混合过渡集箱后进入上部二次垂直水冷壁。汽水混合物或蒸汽由水冷壁出口集箱，经连接管进入汽水分离器。当锅炉在本生点以下的负荷以再循环方式运行时，被汽水分离器分离出的水流入贮水箱，由再循环泵重新送入省煤器入口集箱进行再循环。
主给水管道上设置过热器减温水总管、循环泵过冷管、省煤器再循环管路及锅炉启动时省煤器入口流量测量装置。该流量测量装置主要用于锅炉启动及停炉期间，锅炉运行负荷低于本生点处于再循环运行方式的情况下，精确测量和控制省煤器的工质流量（给水流量+再循环流量），确保给水流量不低于30%BMCR工况的工质流量，以保证水冷壁运行安全。
2.3启动系统启动系统是为了锅炉在启动过程中和低负荷运行时，锅炉水冷壁管内工质流量维持在高于最小流量的水平，避免管子过热超温。启动系统的回路设置是：水从省煤器入口集箱进入，经过省煤器、炉膛到汽水分离器；分离下来的水通过分离器下部的贮水箱由再循环泵再次送入省煤器；分离出来的蒸汽进入过热器吊挂管，然后依次流经一级过热器、二级过热器和末级过热器，最后由主汽管道引出。当机组负荷达到本生点以上（30%BMCR负荷）时，启动系统将被关闭进入热备用状态，锅炉处于直流运行状态。
2.4炉膛热力结构数据的选取根据制粉系统的特性，采用独有的正方形燃褐煤炉膛、切圆燃烧技术方案。哈锅结合褐煤煤质的特性，选用比较低的炉膛容积热负荷（57.29kW.m-3）和炉膛截面热负荷（3.893kW.m-2）。
同时考虑到抽烟口位置布置的独特性，选用较高的燃尽高度（34m）。这些参数的选取完全符合大容量燃褐煤锅炉设计参数的范畴，炉膛出口温度942°C也远低于1 159°C的灰变形温度。
2.5锅炉受热面的布置特点根据塔式结构特点，受热面均要求采用水平布置，由一级过热器吊挂管进行吊挂，各受热面的横向节距则以倍数关系进行设计，同时兼顾烟气流速的影响。而且受热面进出口集箱均布置于水冷壁前后墙水冷壁，受热面的横向节距必须满足水冷壁的布置要求。
2.6锅炉炉膛漏风系数选取由于该锅炉采用干式除渣，因此在设计时要考虑一部分空气漏入锅炉炉膛中。漏风系数取6%，漏风加大后，使通过空预器的风量减少，空预器的传热面积加大，有利于降低排烟温度，提高锅炉效率。
2.7低NOi烧系统磨煤机采用8台风扇磨，风扇磨的占地面积大，检修困难。塔式锅炉炉膛四面墙均抽取烟气，风扇磨围绕炉膛四周辐射布置，抽烟管道的形式更加合理，并保证磨煤机的四周的检修空间，现场方便打击轮的抽出进行检修，使设计更加人性化。
燃烧器设计方面，应用了自主研发的配风扇磨制粉系统的八角切圆燃烧技术，并在燃烧器正上方采用了SOFA风室，降低了NOx的排放，同时提高锅炉对褐煤的适应性。
燃烧器采用八角切圆布置在螺旋管圈水冷壁区域。对于燃烧器的布置、燃烧器防止结焦、燃烧器自身降低N0X排放量均给予高度重视，并采取有效的措施。燃烧器分组布置，实现分级燃烧，在燃烧器上方6 m左右的位置布置SOFA风室，使燃烧区形成低过剩空气系数，造成弱还原性气氛燃烧，从而使NO还原成为N2，减少“燃料型”氮氧化物。燃烧器拉开布置降低燃烧器区域壁面热负荷，使火焰温度降低，抑制了“热力型”NOx的生成。同时燃烧器将部分二次风由燃烧后期送入炉膛，剩余的空气由每只一次风喷嘴上下配置的一个二次风喷嘴送入炉膛，形成均等配风。
3运行分析与经济对比3.1工程造价比较根据对九台工程的概算，九台一期工程项目静态投资49.22亿元，千瓦造价3729元；项目计划总投资51.87亿元，千瓦造价3 930元，工程投产后年发电量将达到72.6亿kWh，年创产值21亿元，创税收3亿元。
根据对伊敏二期亚临界工程的概算，伊敏二期工程项目静态投资37.302亿元，千瓦造价3109元；项目计划总投资41.431亿元，千瓦造价3453元。
根据对伊敏三期超临界工程的概算，伊敏三期工程项目静态投资40.576亿元，千瓦造价3381元；项目计划总投资43.032亿元，千瓦造价3586元。
根据比较，n型布置的褐煤风扇磨机组若采用超临界参数，千瓦造价比亚临界褐煤风扇磨机组增加133元；而采用塔式布置的褐煤风扇磨超临界机组比采用n型布置的褐煤风扇磨超临界机组，千瓦造价增加344元。
3.2煤耗比较（168试运期间的运行数据进行核算）运行期间九台、伊敏、乌沙山三台机组的主要性能参数对比见表3.表3九台、伊敏、乌沙山3台机组主要性能参数对比项目名称九台超临界伊敏亚临界乌沙山超临界主蒸汽压力/MPa（g）主蒸汽温度/°c再热蒸汽温度/°c锅炉热效率/%c电厂效率/%厂用电率/%最低不投油A%bmcr）通过表3参数对比可以看出，超临界燃褐煤锅炉与超临界燃烟煤锅炉相比，锅炉的效率相差1.5%左右，而电厂效率差别约0.59%，供电煤耗差别约4.23g.kWh-1.相对于亚临界燃褐煤锅炉，电厂效率和锅炉效率明显提高，供电煤耗大大降低。
3.3经济效益和社会效益九台工程采用超临界参数，相对于亚临界的燃用褐煤配风扇磨锅炉，其煤耗量将大大减少。下面以九台工程机组相对于伊敏二期机组的经济效益进行具体分析。
3.3.1年节省燃煤成本供电煤耗节省16.68g.kWh-1，按照每年6800h可利用时间、平均电负荷为500MW计算，单台超临界机组每年可以节省标煤56 712t；两台机组年节省标煤113424t；标煤按500元-t-1计算，年节省5670万元；因此，九台工程2台机组运行一年，相对于伊敏二期亚临界机组可以节约燃料费用约5 670万元。
3.3.2启动耗水量以九台工程不带循环泵启动为例，按照设计时最小流量要求为25%BMCR流量，约525t-h-1.现根据九台工程的运行情况，水冷壁的最小流量可以控制到280t-h-1，水冷壁流量减少了245t-h-1.按此计算，锅炉从冷态清洗带直流负荷，其耗水量见表4.表4耗水量参数项目数值冷态清洗时间/h热态清洗时间/h到汽轮机冲转时间/h到直流负荷时间/h两台机组节水量/t两台机组可节省费用（设启动4次。年-1，水价3.0元-t-1）/元3.3.3节省燃油根据九台机组168期间的统计，1号机组设计燃油量为2 688t，实际燃油量只用了26.267t；2号机组实际燃油量只用了0.8t（采用微油点火系统），1、2号机组节油量分别为2661.733t、2687.2t.按照每t燃油3500元计算，168期间2台机组共节省费用1870万元。
根据设计，每只油枪的出力为2200kg-h-1，每角3只。目前九台工程机组2、6角为小油枪点火燃烧器，油枪容量为100 kg-h-1，每角5只。从锅炉点火到不投油负荷，机组采用燃油助燃。
根据初步计算，从点火到机组稳燃负荷若采用常规油枪，需要燃油量约为250t；若采用微油点火，需要燃油量约为25对于本工程锅炉正常启动每次相对于采用常规油枪，单台炉可以节省费用约80万元。两台机组启动一次总共节省费用160万元3.3.4污染物处理费用九台工程机组采用超临界参数，锅炉的排放物相对与亚临界机组大大降低，考虑到S2与NOx排放罚款及灰渣的处理与运费，每年可以节省约500万元。
4市场分析与市场前景目前，燃用褐煤的机组在火电机组中的比例逐年增加，同时大容量的褐煤机组也因市场需求容量在逐年增大。九台工程的成功投运，解决了燃用高水分褐煤锅炉采用单一炉型的现状，提高了锅炉在褐煤领域煤质变化的适应性。随着能源的进一步利用，高水分的褐煤将大量用于发电设备，此时塔式布置的超临界褐煤机组在煤种的适应性方面将显现出其优势。九台工程的成功开发，即利用了褐煤资源，避免了褐煤长途运输带来安全问题，也大大降低发电成本而且也促进了经济发展，该技术为一项市场前景十分广阔的发电技术。
5结束语华能九台锅炉为国内首台采用自主研发技术设计制造的超临界参数褐煤风扇磨塔式锅炉，通过168h试运行和性能试验测试，均达到国际先进水平，即响应了国家自主产权的号召，又大大的节省了能源，降低了污染物排放，为今后设计更高参数和容量的褐煤锅炉奠定良好的基础。 |
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