0、前言
吳涇電廠兩臺(tái)600MW亞臨界控制循環(huán)鍋爐是上海鍋爐廠有限公司自主開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，也是上海鍋爐廠有限公司從300MW鍋爐躍向600MW鍋爐的一個(gè)新起點(diǎn)。為了達(dá)到精品創(chuàng)優(yōu)工程要求，上海市重點(diǎn)辦及電站項(xiàng)目辦在技術(shù)攻關(guān)方面組織協(xié)調(diào)安排了一批攻關(guān)課題，拉開(kāi)了600MW亞臨界鍋爐開(kāi)發(fā)與研制的序幕，富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
秸稈顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1、600MW亞臨界控制循環(huán)鍋爐的前期開(kāi)發(fā)
首先，對(duì)國(guó)內(nèi)其它鍋爐制造廠生產(chǎn)的600MW鍋爐及幾年來(lái)各大電廠從國(guó)外引進(jìn)的600MW鍋爐進(jìn)行了全面的調(diào)研。調(diào)研這些產(chǎn)品在投入運(yùn)行后所暴露出來(lái)的性能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試方面的問(wèn)題，弄清問(wèn)題產(chǎn)生的原因，提出在新設(shè)計(jì)中所應(yīng)采取的對(duì)策和科技攻關(guān)的課題側(cè)重，特別是新工藝、新材料、新焊接技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。
1.1國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型600MW鍋爐存在的問(wèn)題
1.1.1溫度偏差
爐膛出口左右兩側(cè)煙溫偏差嚴(yán)重，導(dǎo)致主蒸汽溫度也有偏差，（最大達(dá)50～60℃）。
1.1.2再熱器爆管
處于爐內(nèi)一側(cè)高溫區(qū)的再熱器管常常發(fā)生爆管，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行。
1.1.3燃燒器
擺動(dòng)機(jī)構(gòu)不能靈活擺動(dòng)，不能起到調(diào)節(jié)汽溫的作用。
1.1.4吹灰器
伸縮桿進(jìn)退受阻，影響了爐膛與尾部的吹灰，易造成爐膛結(jié)渣。
1.1.5密封較差，漏煙、漏灰
1.1.6水冷壁
由于鍋爐熱膨脹的原因，投運(yùn)后產(chǎn)生變形，造成水冷壁管上出現(xiàn)橫向裂紋。
1.1.7空氣預(yù)熱器
鍋爐左右兩只回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，由于密封設(shè)計(jì)上的不足，加上安裝、調(diào)試的原因，造成漏風(fēng)大，降低了鍋爐整體熱效率。
1.2從國(guó)外引進(jìn)的600MW鍋爐存在的問(wèn)題
1.2.1爐膛結(jié)渣
從美國(guó)引進(jìn)的600MW鍋爐，由于爐膛和燃燒器的設(shè)計(jì)等問(wèn)題，造成燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷過(guò)高，產(chǎn)生結(jié)渣。
1.2.2汽溫偏低
個(gè)別電廠主蒸汽溫度達(dá)不到，嚴(yán)重影響了鍋爐出力。
1.2.3鋼架
有的電廠橫梁發(fā)現(xiàn)彎曲，裕度太小，對(duì)鍋爐的整體安全性帶來(lái)影響。
1.2.4出渣設(shè)備
撈渣機(jī)卡澀，影響了灰渣的順暢排放。
1.2.5省煤器
因?yàn)槟p而引起省煤器管的泄漏。
1.2.6水冷壁
爐膛一角燃燒器下部由于熱負(fù)荷過(guò)高，造成水冷壁爆管。
1.2.7再熱器
存在再熱器管超溫爆管。
2、前期開(kāi)發(fā)中的重點(diǎn)攻關(guān)和采取的措施
在總結(jié)國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的600MW控制循環(huán)鍋爐的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按創(chuàng)優(yōu)暨創(chuàng)名牌的要求，并針對(duì)已投運(yùn)的300MW、600MW鍋爐普遍存在的煙溫、汽溫偏差，再熱器超溫，爐內(nèi)嚴(yán)重結(jié)渣，爐頂密封差，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率大等問(wèn)題，在鍋爐性能、結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，開(kāi)展了一系列的重點(diǎn)攻關(guān)。
2.1 600MW亞I臨界鍋爐的方案設(shè)計(jì)
合理的爐膛容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷是保證鍋爐性能的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)；合適的爐膛結(jié)構(gòu)尺寸和熱負(fù)荷指標(biāo)，它關(guān)系到鍋爐制造成本和鍋爐運(yùn)行、燃燒工況，直接影響鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
在1：20的鍋爐模型上進(jìn)行了模化試驗(yàn)，對(duì)穩(wěn)定燃燒，避免爐膛結(jié)渣和減弱上部爐膛氣流殘余旋轉(zhuǎn)等方面做了大量的對(duì)比試驗(yàn)，從而確定爐膛寬深比為1. 155：1，即爐膛寬度為19 558mm，深度為16 940mm。該方案在1995年10月得到了機(jī)械工業(yè)部和電力工業(yè)部、市經(jīng)委電站辦組織的專家評(píng)審會(huì)的認(rèn)可。
2.2減小鍋爐的左右側(cè)煙溫偏差
開(kāi)展了大容量鍋爐煙溫與汽溫分布試驗(yàn)。
減少鍋爐左右側(cè)煙溫偏差是大型鍋爐設(shè)計(jì)中遇到的一大難題。為此，對(duì)燃燒器下部啟轉(zhuǎn)二次風(fēng)和頂部消旋二次風(fēng)的偏轉(zhuǎn)角及其相互之間的合適配置，不同的爐膛高度和分隔屏過(guò)熱器的布置對(duì)爐內(nèi)氣流的影響進(jìn)行了冷態(tài)模化試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在600MW鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)布置分隔屏過(guò)熱器，減弱爐膛出口氣流殘余旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，從而減少水平煙道左右側(cè)煙溫偏差。在燃燒器設(shè)計(jì)上采用對(duì)沖、正反切燃燒技術(shù)，配用OFA(燃盡風(fēng))和部分消旋二次風(fēng)，使?fàn)t內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度具有一定的可調(diào)性，以控制爐膛出口氣流的殘余旋轉(zhuǎn)以及由此形成的左右側(cè)煙溫偏差。鑒定試驗(yàn)表明：過(guò)熱器、再熱器的熱偏差很小，沿寬度及同屏管間的溫度分布規(guī)律穩(wěn)定；鍋爐能滿發(fā)、穩(wěn)發(fā)；NOx排放量為252mg/Nm3，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。
2.3減小過(guò)熱器和再熱器汽溫偏差
開(kāi)展大容量電站鍋爐過(guò)熱器、再熱器、集箱
三通結(jié)構(gòu)流量分布試驗(yàn)。
再熱器和過(guò)熱器蒸汽溫度偏差也是鍋爐容量增大而出現(xiàn)的問(wèn)題，這需要從煙氣側(cè)和蒸汽側(cè)兩方面著手解決。除采用對(duì)沖、正反切燃燒技術(shù)，加大燃燒器上排噴口至屏底的距離，合理布置煤粉管道等措施以減少煙溫偏差外，我們還對(duì)600MW鍋爐的再熱器、過(guò)熱器結(jié)構(gòu)布置作了較大改進(jìn)。主要采取措施：
過(guò)熱器各級(jí)受熱面之間采用集中大口徑管道及大三通連接，左右兩側(cè)的連接管道不進(jìn)行大交叉，以避免汽溫偏差疊加。過(guò)熱蒸汽采用二級(jí)噴水減溫，每級(jí)噴水減溫設(shè)有2只減溫器，分別布置在左右兩根連接管上，以便兩側(cè)汽溫的調(diào)整。
再熱器各級(jí)受熱面之間同樣采用大口徑管道及大三通連接，減少再熱蒸汽側(cè)的熱偏差。增大集箱和連接管管徑，合理布置三通位置，使屏間熱偏差減小。縮短屏再和末再外部幾圈管子的長(zhǎng)度，改善同屏熱偏差。
性能鑒定測(cè)試表明：兩側(cè)汽溫偏差很小。兩側(cè)主汽溫度偏差均小于5℃，一般0～3℃。
2.4提高燃燒器噴嘴擺動(dòng)的靈活性
開(kāi)展大容量鍋爐擺動(dòng)式燃燒器結(jié)構(gòu)改進(jìn)。
為此，在燃燒器結(jié)構(gòu)上作了多項(xiàng)改進(jìn)，合理調(diào)整了各傳動(dòng)配件之間的間隙、同時(shí)適當(dāng)增加傳動(dòng)件的剛性和強(qiáng)度、還將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)量由3組增加到6組、減少單組負(fù)荷。此外，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的外部連桿上，還自下而上增設(shè)了平衡重錘，用來(lái)平衡噴嘴的自重，使擺動(dòng)執(zhí)行器的作用主要用于克服擺動(dòng)摩擦力。而6組內(nèi)外傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仍由外部連桿連成1組，由直行程電動(dòng)執(zhí)行器集中控制，以保證四角同步擺動(dòng)，避免爐內(nèi)氣流出現(xiàn)紊亂，適應(yīng)自動(dòng)控制頻繁啟動(dòng)的需要。實(shí)際證明，投運(yùn)后燃燒器擺動(dòng)靈活，能有效調(diào)節(jié)汽溫。
2.5空氣預(yù)熱器采用雙道密封
為有效地解決空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)問(wèn)題，在吳涇600MW鍋爐空氣預(yù)熱器中首次采用了自主開(kāi)發(fā)的雙道密封技術(shù)。經(jīng)試驗(yàn)鑒定，在額定工況運(yùn)行條件下，鍋爐A、B兩側(cè)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率分別為7. 53%和7.41%，均小于空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率保證值8.0%。
3、600MW鍋爐新材料、新工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用
在600MW鍋爐開(kāi)發(fā)前期，特別是在市科技攻關(guān)中，由原來(lái)對(duì)鋼的板材、管材應(yīng)用性能研究延伸到對(duì)多元復(fù)合強(qiáng)化改進(jìn)型Cr - Mo鐵素體高強(qiáng)度鋼、異種鋼焊接技術(shù)和異種金屬焊接接頭的早期失效的研究，滿足了600MW鍋爐的用材和工藝制造要求。
3.1 600MW鍋爐用鋼和工藝制造上存在的問(wèn)題
(1)在新材料應(yīng)用上，需克服傳統(tǒng)Cr -Mo鋼強(qiáng)度較低，受壓件壁厚較厚的問(wèn)題；
(2)合金鋼的熱強(qiáng)性高，但含Cr量低造成抗高溫氧化性能差，制約了在高溫區(qū)域的應(yīng)用；
(3) ASME系列鋼種的應(yīng)用涉及到新的焊接工藝的開(kāi)發(fā)；
(4)異種鋼焊接中，出現(xiàn)焊接接頭早期失效問(wèn)題；
(5) 600MW鍋爐鍋筒、集箱、管道等焊接技術(shù)的開(kāi)發(fā)；
(6) 600MW鍋爐等徑、異徑大口徑三通的國(guó)產(chǎn)化。
3.2在新材料應(yīng)用和制造工藝開(kāi)發(fā)上采取的措施
3.2.1 鍋爐用鋼的熱強(qiáng)性能
根據(jù)600MW鍋爐設(shè)計(jì)的要求，開(kāi)展了滬產(chǎn)IOCr9MoINb鋼管應(yīng)用性能的研究(編號(hào)073360)。針對(duì)存在的問(wèn)題在Cr - Mo鋼中添加了V、T、Nb、W等合金元素，利用固溶和脈散強(qiáng)化合金。經(jīng)長(zhǎng)期性能試驗(yàn)證實(shí)，改進(jìn)后的鋼種熱強(qiáng)性能同原來(lái)的差不多，但許用應(yīng)力超過(guò)了原傳統(tǒng)型鋼的3倍，使在高溫高壓區(qū)域應(yīng)用的大口徑部組件的壁厚可降低1/3左右。
3.2.2鍋爐用鋼的高溫抗氧化性能和熱強(qiáng)性能
在9Cr - 1Mo鋼基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了9Cr - 1MoVNb鋼，這種多元復(fù)合強(qiáng)化鐵素體鋼不僅保持了高溫抗氧化性能，還成倍提高了鋼的熱強(qiáng)性能，允許金屬壁溫可達(dá)625℃。而經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，年氧化深度趨于O，可代替奧氏體不銹鋼應(yīng)用于鍋爐高溫受熱面部件。
3.2.3開(kāi)展600MW亞、超臨界鍋爐高溫高壓部件用鋼研究
針對(duì)異種鋼焊接和異種鋼接頭早期失效，我們利用短期試驗(yàn)，重現(xiàn)焊接接頭在高溫、低應(yīng)力長(zhǎng)期運(yùn)行下早期失效的宏觀特征。用蠕變斷裂的試驗(yàn)，評(píng)定了15CrMoG、12CrMoVG、12Cr2MoViB等鐵素體合金鋼管與TP304、TP347奧氏體不銹鋼管制成的異種金屬接頭早期失效的敏感性。優(yōu)選鐵素體母材的焊接材料與焊劑，調(diào)整了焊接工藝參數(shù)，基本解決了異種鋼焊接技術(shù)。嚴(yán)格控制焊前預(yù)熱溫度、焊后去氧處理，防止了異種金屬接頭早期失效。
3.2.4開(kāi)展了600MW鍋爐鍋筒、集箱、管道等焊接技術(shù)的開(kāi)發(fā)
老的焊接工藝方法留有一定的缺陷，在600MW鍋爐厚壁部件中應(yīng)用了全新的窄間隙焊接技術(shù)。改進(jìn)了坡口形式，對(duì)送絲速度電流、電壓、脈沖等作了修正。選擇合適的熱循環(huán)焊后去應(yīng)力的規(guī)范，使厚壁件母材和焊縫力學(xué)性能同時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)。同時(shí)也調(diào)整了熱處理方式和規(guī)范，使用焊接新技術(shù)焊制的關(guān)鍵厚壁組件的焊縫曲贏性，高溫抗氧化性能和高溫持久性能都得到提高。
3.2.5吳涇600MW鍋爐用44只大口徑厚壁等徑、異徑三通
以前有些大口徑三通需要化高價(jià)進(jìn)口，這使制造成本大為增加。為了實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，開(kāi)展了大容量鍋爐擠壓三通的研制，會(huì)同大專院校、制造廠對(duì)三通管開(kāi)展了應(yīng)力分析、三通管的流場(chǎng)分析、壓制坯料選擇、起始模、成型模的設(shè)計(jì)等。還針對(duì)試壓中出現(xiàn)的三通型腔內(nèi)圓孤度不能滿足設(shè)計(jì)要求的情況，反復(fù)對(duì)模具、壓制工序進(jìn)行修正與改進(jìn)。對(duì)熱處理后沖擊韌性低，則采用小爐熱處理，保證了冷卻速度。經(jīng)過(guò)半年多來(lái)上百次的試驗(yàn)，終于摸索出一整套三通制造工藝，解決了600MW鍋爐所需的大口徑厚壁三通。
3.2.6 600MW鍋爐主要工藝質(zhì)量改進(jìn)及優(yōu)化
(1)鍋筒筒節(jié)卷制。增加筒節(jié)初熱卷后的縱縫劃余量線的工序，以確保內(nèi)徑的制造公差。同時(shí)改進(jìn)余量切割工藝：筒節(jié)初卷后余量切割改為由兩端分別抽割余量的新工藝，并從簡(jiǎn)體內(nèi)部向外切割坡口，經(jīng)打磨坡口表面，確保坡口表面無(wú)氧化層后再壓卷并攏裝焊Ⅱ型鐵，這樣改進(jìn)的工藝使坡口表面平整、無(wú)銹蝕和氧化層，從而提高了縱縫的焊接質(zhì)量。
(2)安全閥接管角焊縫質(zhì)量改進(jìn)措施：鍋筒球形封頭上的安全閥接管采用插入式全焊透結(jié)構(gòu)，新設(shè)計(jì)了裝焊工裝、劃線樣板，改進(jìn)了坡口尺寸，明確清根要求，并在工藝上增加UT檢驗(yàn)要求，確保焊縫的內(nèi)在質(zhì)量。
下水包管接頭焊接質(zhì)量的改進(jìn)：下水包個(gè)別管接頭焊縫曾有泄漏。經(jīng)分析下水包采用的是SA299材料，但由于壁厚較厚，焊前的預(yù)熱、焊后的及時(shí)消氫等焊接規(guī)范控制不嚴(yán)就會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題。為此，除了加強(qiáng)規(guī)范控制和焊道間的清渣等工藝措施外，還在坡口尺寸方面進(jìn)行改進(jìn)，為確保工地一次泵水成功提供可靠的工藝措施，取得了較好的效果。．
(3)集箱主要工藝制造質(zhì)量。600MW機(jī)組鍋爐中的集箱規(guī)格較多，多為長(zhǎng)管接頭形式，有的集箱長(zhǎng)度甚至接近25m。變形控制及矯正要求裝配、吊運(yùn)、長(zhǎng)管接頭管端加工等質(zhì)量都要達(dá)標(biāo)，為此長(zhǎng)管接頭裝配采用定位裝配架，強(qiáng)制緊箍裝置進(jìn)行裝焊。同時(shí)，加強(qiáng)過(guò)程控制，觀察集箱在制造過(guò)程中的變形趨勢(shì)，及時(shí)采取措施減少疊加變形，降低裝焊后的變形程度等，保證外形尺寸符合公差要求。完善工藝，提高集箱整體質(zhì)量。
3.3 600MW鍋爐投入運(yùn)行情況
吳涇600MW機(jī)組經(jīng)過(guò)半年的試生產(chǎn)及由上海電力試驗(yàn)研究所、上海成套設(shè)備研究所和西安熱工研究院聯(lián)合進(jìn)行的鍋爐性能試驗(yàn)證明，SG-2008/17.5-M901型亞臨界、一次中間再熱、控制循環(huán)鍋爐是上海鍋爐廠有限公司開(kāi)展科技結(jié)合生產(chǎn)的又一成功范例。
3.4鍋爐性能評(píng)價(jià)
(1)鍋爐在燃用設(shè)計(jì)煤種和摻燒平朔、大同、淄博煤時(shí)，反平衡爐效均高于設(shè)計(jì)保證值；
(2)鍋爐的燃燒方式能有效降低爐膛結(jié)渣；飛灰和爐渣含碳量低；煙氣中CO基本燃盡；煙氣中NOx的含量一般為300mg/Nm3左右，遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定650mg/Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)；
(3)二次風(fēng)正反切布置，能有效降低煙道兩側(cè)的煙溫偏差；
(4)燃燒器擺動(dòng)靈活，四角同步性好，對(duì)主、再熱汽溫的調(diào)節(jié)有明顯的效果；
(5)末級(jí)再熱器采用倒搭式布置后，有效降低了同屏各管的熱偏差；
(6)前后墻水冷壁與冷灰斗的夾角增大后，避免了轉(zhuǎn)角處的堆渣；
(7)空氣預(yù)熱器的軸向和徑向密封采用雙道密封結(jié)構(gòu)后，預(yù)熱器的漏風(fēng)明顯減小，低于設(shè)計(jì)保證值8%;
(8)鍋爐完全能適應(yīng)機(jī)組的調(diào)峰要求，低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性好，主、再熱汽溫偏差小。
4、用戶的評(píng)價(jià)
經(jīng)過(guò)1年的生產(chǎn)表明，上海鍋爐廠有限公司在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行消化吸收，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)制造的SG-2008/17.5- M901型鍋爐，性能穩(wěn)定，效率高于合同保證值。投運(yùn)1年已運(yùn)行7 624h，最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行l(wèi) 217h，累計(jì)發(fā)電31.7億kW-h時(shí)，等效可用系數(shù)85. 71%，鍋爐熱效率93.7%，鍋爐運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活，完全能與進(jìn)口同類鍋爐媲美。
相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機(jī)產(chǎn)品：
1、
生物質(zhì)蒸鍋
2、
秸稈壓塊機(jī)
3、
木屑顆粒機(jī)
