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超超臨界機組新技術的應用
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增大字體里程碑的意義,標志著我國已掌握了代表世界先進火力發電技術水平的超超臨界技術，使我國電力裝備制造水平上了一個新的臺階；新技術的應用對于積累超超臨界機組的建設、運行、管理經驗，加速發電設備的國產化，降低機組造價，具有重要的意義。對實現火電結構調整，實現能源效率的持續提高具有重要意義；同時對建設自主創新型、節能環保型企業也起到積極的示范作用。
關鍵詞：超超臨界 新技術
1 電廠基本概況
華能玉環電廠位于浙江省臺州市玉環縣大麥嶼開發區下青塘，地處浙江省東南沿海甌江口，樂清灣東岸，玉環半島西側。玉環電廠一、二期工程建設四臺一百萬千瓦超超臨界燃煤發電機組，自2006年11月28日起至2007年11月25日止一年內四臺機組全部投產發電。
華能玉環電廠工程是國家“十五”863計劃“超超臨界燃煤發電技術”課題的依托工程和超超臨界國產化示范項目，裝機容量為4臺100萬千瓦超超臨界燃煤機組，機組采用“技術引進，聯合設計，國內制造”的方式，鍋爐、汽輪機、發電機分別由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司、上海汽輪機有限公司和上海汽輪發電機有限公司制造。
玉環工程設計主蒸汽壓力達到26.25MPa，主蒸汽和再熱蒸汽溫度達到600℃，熱效率高達45%。發電煤耗設計值為272g/kW.h，達到了國際先進水平；機組配置了效率達99.7%的電氣除塵器，同步建設了石灰石—石膏濕法脫硫裝置，脫硫率不低于95%；鍋爐設計采用低氮燃燒技術，氮氧化物排放量僅為360mg/Nm3。
四臺機組目前設備運行狀況良好，一期兩臺機組在投產一年后順利進行了一次B級檢修，二期兩臺機組在投產后半年了各完成一次C級檢修。四臺機組運行技術指標達到了國內領先、國際優秀，在2008年相繼獲得節約環保型示范電廠、國家環境友好工程和電力行業優質工程金獎的榮譽。
2 機組主要設備概況
2.1鍋爐及其系統
鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的超超臨界參數變壓運行垂直管圈水冷壁直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用八角雙火焰切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、露天布置、全鋼懸吊結構Π型燃煤鍋爐。
鍋爐采用日本三菱公司的PM（Pollution Minimum）主燃燒器和MACT（Mitsubishi Advanced Combustion Technology）型低NOx分級送風燃燒系統，爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環泵啟動系統，調溫方式除煤/水比外，還采用煙氣調節擋板、燃燒器擺動、噴水等方式。
BMCR工況鍋爐主要設計參數：
鍋爐 大蒸發量 2953 t/h
主蒸汽壓力 27.46MPa
主蒸汽溫度 605℃
再熱蒸汽(進/出口)壓力 6.14/5.94MPa
再熱蒸汽(進/出口)溫度 377/603℃
再熱蒸汽流量 2446t/h
給水溫度 298℃
排煙溫度(未修正) 129.4℃
鍋爐效率（BRL工況） 93.68％
煙風系統采用平衡通風方式，空氣預熱器為三分倉回轉再生式空氣預熱器，每臺鍋爐配2臺動葉可調軸流式送風機、2臺離心式一次風機和2臺靜葉可調軸流式引風機。
制粉系統為采用正壓直吹式，一臺鍋爐配置6臺高效可靠的中速磨煤機和皮帶稱重式給煤機，機組滿負荷時5臺運行、1臺備用，煤粉細度為200目篩中通過率為80%。設計煤種為神府東勝煤，校核煤種為晉北煤。
鍋爐點火原設計采用高能電弧點火裝置，二級點火系統，由高能電火花點燃輕柴油，然后點燃煤粉。油槍采用回油壓力式機械霧化。每爐共裝設24根油槍和高能點火器，每根油槍出力2500kg/h，總輸入熱量為30%B-MCR時的熱負荷。
鍋爐A層PM燃燒器濃側改為等離子燃燒器，配用煙臺龍源科技公司等離子點火裝置。采用的等離子點火系統由等離子點火設備及其輔助系統組成，等離子點火設備由等離子發生器、等離子燃燒器、電源柜、隔離變壓器等組成，輔助系統由載體空氣系統、冷卻水系統、圖像火檢系統、熱控系統、冷爐制粉系統、等離子燃燒器壁溫監測系統、等離子一次風速監測系統等組成。
鍋爐設內置式啟動系統，由啟動循環泵、啟動分離器、貯水箱、疏水擴容器、水位控制閥（WDC閥）、凝結水疏水泵等設備組成。
2．2 汽輪機及其系統
玉環電廠汽輪機是上海汽輪機有限公司引進德國西門子技術生產的1000MW超超臨界汽輪發電機組。型號為N1000-26.25/600/600（TC4F）。汽輪機型式是超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、采用八級回熱抽汽。
主蒸汽管道采用雙-單-雙連接方式，再熱蒸汽采用二根平行管道供汽。每臺機組設置一套高壓和低壓兩級串聯汽輪機旁路系統，機組的旁路容量按40%BMCR設置。
調節系統采用西門子T3000數字電液調節系統。汽機潤滑油系統由交流潤滑油泵、直流事故油泵、氫氣密封油泵、頂軸盤車裝置、冷油器、排煙系統、主油箱等組成。
汽輪機保安系統未設計機械式超速保安裝置，只設計兩套電子式超速保安裝置，通過危急跳閘ETS系統危急遮斷，能確保機組在設備出現危險工況時快速有效的執行汽輪機跳閘命令，保障設備的安全。汽輪機配用一套EH高壓抗燃油系統。
汽輪機監視儀表TSI采用瑞士VIBROMETER公司生產的VMS6000系列。
鍋爐給水系統配置兩臺汽動給水泵和一臺電動給水泵，機組正常運行為兩臺汽動給水泵運行，電動給水泵作為機組啟動用，也可作為備用泵。每臺汽動給水泵調速、保安、潤滑共用一套油系統。
真空系統配置三臺50%容量水環式真空泵，兩用一備運行方式。
配置兩臺容量的循環水泵，夏季滿負荷運行時兩臺循環水泵均投入運行，冬季可只投一臺循環水泵運行。系統設有兩臺容量凝結水泵，兩臺容量閉式冷卻水泵，兩臺容量開式冷卻水泵；6臺高壓加熱器分A、B列布置；一臺除氧器；四臺低壓加熱器。還設有頂軸油系統、盤車系統；發電機密封油系統；發電機氫氣冷卻系統等。
汽輪機主要技術規范：
額定主蒸汽壓力： 26.25 MPa
額定主蒸汽溫度： 600 ℃
額定主蒸汽流量： 2733 t/h
額定再熱蒸汽壓力： 5.35 MPa
額定再熱蒸汽溫度： 600℃
額定再熱蒸汽流量： 2274 t/h
主蒸汽 大進汽量： 2953 t/h
低壓缸排汽壓力： 4.4/5.4 kPa
配汽方式： 全周進汽，節流配汽，帶補汽閥
額定給水溫度： 292.5℃
額定轉速： 3000r/min
THA工況熱耗： 7316kJ/kWh
低壓末級葉片長度： 1145.8mm
汽輪機總內效率： 92.03%
回熱系統： 三高（A、B列共6臺）、四低、一除氧共8級
啟動及運行方式： 高中壓缸聯合啟動方式
通過臨界轉速時軸振相對振動值：≤0.165mm
允許周波變化范圍： 48.5Hz-51.5Hz
調節控制系統型式： T3000 DEH
通流級數(高+中+低)： 14+2×13+2×2×6=64級
盤車轉速： 50 r/min
轉向： 從汽輪機端向發電機端看順時針
2.3 發電機及其系統
發電機為上海汽輪發電機有限公司引進德國西門子公司技術生產的THDF 125/67型三相同步汽輪發電機。發電機額定容量1112 MVA，發電機 大連續輸出功率1000 MW（額定條件且發電機冷卻器冷卻水溫35℃），發電機輸出額定功率1000 MW（額定條件且發電機冷卻器冷卻水溫38℃）。
發電機采用水氫氫冷卻方式：定子繞組水內冷，轉子繞組和定子主出線氫內冷，鐵心軸向氫冷。密封油系統采用單流環式密封。
勵磁系統采用無刷勵磁系統，含主勵磁機、永磁副勵磁機、旋轉整流裝置、數字式自動電壓調整器（AVR）、工頻手動備用勵磁裝置自動電壓調節器 (當兩套DAVR的CPU均故障退出時能自動投入，也可根據需要退出)、中頻調試機組（試驗用）。發電機技術規范如下：
發電機型號： THDF 125/67
額定容量Sn： 1056MVA
額定功率Pn： 950MW
大連續輸出功率（TMCR）： 1000MW
大輸出功率（VWO）Pmax： 1050MW
額定功率因數COSΦ： 0.9（滯后） 額定定子電壓： 27±5%kV
額定定子電流： 22581 A
額定頻率 fn： 50Hz
額定轉速Nn： 3000 r/min
額定勵磁電壓Ufn： 437V
額定勵磁電流Ifn： 5887A
空載勵磁電壓Ufo： 144V
空載勵磁電流Ifo： 1952A
定子線圈接線方式： YY
冷卻方式： 水氫氫
勵磁方式： 無刷勵磁
2.4分散控制系統（DCS）
4×1000MW超超臨界機組分散控制系統(DCS) 采用Ovation系統，該系統采用開放性網絡、SUN工作站和Intel奔騰處理機這些普遍認可且熟悉的硬件，簡化了組態和執行過程。同時，在軟件平臺設計中采用AutoCAD、Oracle相關數據庫等軟件，功能涵蓋了數據采集系統(DAS)、模擬量控制系統(MCS)、順序控制系統(SCS)、鍋爐爐膛安全監控系統(FSSS)等各項控制功能，是一套軟硬件一體化的完成全套機組各項控制功能的完善的控制系統。
軟件組態分商為西安熱工研究院有限公司。汽輪機控制系統配用西門子T3000 DEH系統，日本三菱重工負責給水泵汽輪機控制系統(MEH)系統的設計供貨(含液壓部分)。
機組控制方式分為：協調控制方式（CC），鍋爐跟隨控制方式（BF），鍋爐輸入控制方式（BI）（括汽機跟隨方式），鍋爐手動方式(BH)（括汽機跟隨方式）。
3玉環電廠新技術的應用
3.1等離子點火燃燒技術
等離子點火燃燒技術在玉環電廠是首次在一百萬機組應用。玉環電廠鍋爐的點火原設計采用燃燒輕油來實現的，近年來，隨著世界性的能源緊張，原油價格不斷上漲，火力發電燃油愈來愈受到限制。因此鍋爐點火和穩燃用油被做為一項重要的指標來考核，為了減少燃油的耗量，玉環電廠改為采用 DLZ-200型等離子煤粉點火燃燒器來實現無油點火，該種方式采用直流空氣等離子體作為點火源，可點燃揮發份較低的（10%）貧煤，實現鍋爐的無油冷態啟動。在四臺機組調試及投產后的機組啟停過程中，等離子點火燃燒技術為玉環電廠節約了大量燃油。
采用等離子點火燃燒器，點火和穩燃與傳統的燃油相比有以下幾大優點：
a) 經濟：采用等離子點火運行和技術維護費僅是使用重油點火時費用的15%～20%，對于新建電廠，可以節約上千萬的初投資和試運行費用；
b) 環保：由于點火時不燃用油品，電除塵裝置可以在點火初期投入，因此，減少了點火初期排放大量煙塵對環境的污染；另外，電廠采用單一燃料后，減少了油品的運輸和儲存環節，亦改善了電廠的環境；
c) 高效：等離子體內含有大量化學活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子團（OH、H2、O2）、離子（O2－、H2－、OH－、O－、H＋）和電子等，可加速熱化學轉換，促進燃料完全燃燒；
d） 安全：爐前燃油系統不長期運行，也自然避免了經常由于燃油系統造成的各種事故。
3.2海水淡化技術
玉環電廠生產用淡水全部由“雙膜法”海水淡化供給。由于作為預處理的超濾處理的是原海水，不同地域、不同情況下的原海水差別相當大，在基建前期玉環電廠組織試驗以確定其設計參數、運行參數，在試驗中，解決了各種技術難題，為海水淡化系統的設計奠定了堅實的基礎，為海水淡化系統運行良好提供了保障。
玉環電廠 大淡水耗量為1728 m3/h，海水淡化項目設計出力為1440 m3/h，為節約用水，能回用的煤場噴淋、棧橋沖洗、沖渣用水、干灰調濕用水均采用回用水。
玉環電廠“雙膜法”海水淡化項目新技術集中，科技含量較高，其中的“高效混凝沉淀系列凈水技術”是在原哈爾濱建筑大學承擔的國家建設部“八五”攻關課題“高效除濁與安全消毒”的科研成果“渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術”基礎上發展而來的，是第一次在海水項目中應用；大規模的使用超濾作為海水淡化的預處理在世界同行業中處于前列；大容量的海水淡化系統在國內目前列膜法的第一位。
玉環電廠海水淡化系統充分利用了電廠的循環水系統，以降低造價，同時可以利用發電廠余熱使循環排放水溫升高9－16℃的的有利條件，降低海水淡化工程的能耗。海水經過循環冷卻之后，冬季工況有16 ℃左右的溫升，夏季工況有9℃左右的溫升，因此，玉環電廠的海水淡化系統采用了兩路進水，一路取自循環水泵出口（未經熱交換的海水），一路取自虹吸井，根據原海水的水溫變化采用不同的進水方式，基本保證水溫在20～30℃，調整后維持25℃左右。來水經4×1300m3/h反應沉淀池混凝澄清后，自流至超濾配水槽，超濾設置6套，根據來水水質確定回收率，程控自動運行。超濾產水通過6×240m3/h一級反滲透脫鹽，根據產水水質的情況和和二級反滲透產水配合分類供水，以節約運行成本。
從開始設備安裝、調整試運到正式制出淡水運行，玉環電廠已經掌握了海水淡化運行和維護技術。目前，海水淡化不但能滿足四臺機組生產用水的需要，同時還向淡化水緊缺的玉環縣城居民供應淡水。
3.3汽輪機抗腐蝕技術的應用
超超臨界機組由于壓力的原因，其低壓缸的排汽濕度比同樣進汽溫度的亞臨界機組要大，從安全性、經濟性的角度，更應注重抗水蝕和抗腐蝕技術的應用，我廠四臺機組在設計上采取了以下措施：
末端葉片采用抗腐蝕性能好的17-4PH材料。
結構上有足夠的疏水槽。
相當大的軸向間隙，這是公認十分有效的防沖蝕措施。
末級靜葉采取空心葉片結構，在內部抽出水分。
末級動葉片采用新型的激光表面硬化技術，這是西門子公司的一項特有技術，其特點在于：
Ú 葉片的進汽邊硬化層能完全穿透。
Ú 表面硬度可超過500HV。
Ú 激光硬化的 大優點在于，它與其他技術不同，在表面形成壓應力不但不會降低（一般下降20%-50%），反而有利于提高材料的抗疲勞強度和抗應力腐蝕能力。
3.4補汽技術
我廠機組在設計上的另一個特點是采用了補汽技術。補汽技術是指從某一工況（本機組在TMCR工況）開始從主汽閥后、主調閥前引出一些新蒸汽（額定進汽量的5~10%，本機組約為8%），經補汽閥節流降低參數（蒸汽溫度約降低30℃）后進入高壓第五級動葉后空間，主流與這股蒸汽混合后在以后各級繼續膨脹做功的一種措施。
3.5新鋼種應用及焊接
由于我廠的過熱蒸汽溫度和再熱汽溫度分別為605℃和603℃，在這樣高的溫度下，高溫過熱器和再熱器管的 高壁溫可達到640-650℃，只有采用熱強性高、抗蒸汽氧化和煙側高溫腐蝕的新型高鉻奧氏體鋼才能滿足要求，鍋爐的三級過熱器和四級過熱器的蛇形管（爐內部分）均由超級304H（ASME Code Case 2328）和HR3C（ASME Code Case 2115）組成，前者為含銅達3%的細晶粒奧氏體鋼，即18Cr10Ni3Cu，后者為含鉻達25%、含鎳達20%并含有少量鈮的高鉻奧氏體鋼，即25Cr20NiNb。SUP304及Super304H在高溫下具有較高的蠕變斷裂強度和許用應力，因此該鋼是性能價格比較好的材料，采用這種鋼管制造超超臨界鍋爐受熱面部件的經濟性非常顯著，同時可以使鋼管壁厚減薄，鋼耗量大大降低。HR3C 在日本焊接，現場沒有安裝焊口，該材料的性能價格比較高，比Super304H高出91%。HR3C抗氧化氧化的能力遠遠高于TP347H和TP347HFG。基抗煙氣腐蝕能力也高于TP347H和TP347HFG。 P122/T122，P92/T92在國內首次使用，在施工上具有焊接工藝、特別是熱處理工藝比原來的T91/P91要求高，具有溫度控制精確、范圍小的特點。為了保證其沖擊韌性，在焊接、熱處理、檢驗驗收環節上對焊縫焊后熱處理硬度值提出了HB180~HB250的驗收標準，明顯嚴格于DL/T869—2004焊接技術規程和原T91/P91焊接工藝導則的要求。在光譜分析上與P91一樣，采用直讀式光譜分析儀，不能采用電火花驗鋼鏡，以免灼傷材料、誘發微裂紋。由于高Cr馬氏體鋼的材料聲速，明顯區別于其它合金鋼，所以在超聲波檢驗上采用了同材質的試塊。
3.6石灰石—石膏濕法煙氣脫硫
玉環電廠煙氣脫硫采用石灰石—石膏濕法工藝，按一爐一塔布置，對每臺鍋爐的全煙氣進行脫硫處理，處理煙氣量達833.9Nm3/s（濕態、標準狀況、設計煤種），吸收塔為噴淋空塔。吸收塔單塔直徑達18.4米，塔高33米，漿池容積達2650 m3。煙氣經進、出口煙氣擋板進、出脫硫裝置，脫硫裝置發生故障時，煙氣可通過旁路煙道直接排放。石灰石磨制系統和石膏脫水系統為一、二期公用。一期不設煙氣換熱器，為避免低溫煙氣腐蝕，煙囪鋼內筒采用鈦合金貼襯工藝。二期則設有煙氣換熱器，凈煙道內襯大面積采用鎳基合金貼襯工藝（合金牌號為C22和1.529）。 脫硫裝置按照脫硫設計煤種神府東勝煤設計，SO2脫除率不小95%，裝置出口SO2濃度不超過98mg/Nm3。裝置對SO3脫除率不小于50%，對煙氣粉塵有50%以上的脫除率。
3.7 PM燃燒器和MACT燃燒系統
華能玉環1000MW超超臨界鍋爐采用了MHI的PM型燃燒器和MACT燃燒系統，PM型的燃燒器風粉混合物通過入口分離器分成濃淡二股分別通過濃相和淡相二只噴嘴進入爐膛，由于濃相煤粉濃度高，所需著火熱量少，利于著火和穩燃；由淡相補充后期所需的空氣，利于煤粉的燃盡，同時濃淡燃燒均偏離了NOx生成量高的化學當量燃燒區，大大降低了NOx生成量，與傳統的切向燃燒器相比，NOx生成量可顯著降低。PM燃燒器由于將每層煤粉噴嘴分開成上下二組，增加了燃燒器區域高度，降低了燃燒器區域壁面熱負荷，有利于防止高熱負荷區結焦。
MACT燃燒系統，就是在PM主燃燒器上方一定高度增設二層AA風（附加風）噴嘴達到分層燃燒目的，這樣整個爐膛沿高度分成三個燃燒區域，即下部為主燃燒區，中部為還原區，上部為燃盡區，這種MACT分層燃燒系統可使NOx生成量減少25%。在爐膛的主燃燒區燃料是缺氧燃燒，爐膛過量空氣系數為0.85，但在燃燒器噴口附近，由于燃燒率較低，需要的氧量較少，因此在燃燒器噴口附近的區域內是氧化性氣氛，這時燃料氮氧化后生成NOx，在爐膛中間的主燃燒區，空氣量僅為燃燒理論空氣量的0.85，因此燃燒的過程也是一個還原的過程，這時部分NOx被還原成為NH3、HCN。采用三菱公司特有的MACT燃燒技術燃用神華煤，煙氣排放NOx含量實測值約為270~290mg/Nm3，完全滿足我國環保標準。
3.8垂直管圈爐膛水冷壁
1000MW超超臨界鍋爐采用了MHI開發的世界上 先進的垂直管圈水冷壁，到目前為止采用這種垂直水冷壁的鍋爐已有11臺容量為700-1000MW的超臨界與超超臨界鍋爐投運， 早投運的機組已運行14年。
膜式水冷壁采用SA-213 T12四頭內螺紋管焊成，與螺旋管圈相比，垂直型水冷壁的主要優點為：
結構簡單、便于安裝。
不需用復雜的張力板結構，啟動或負荷變化時熱應力較小。
較好的正向流動特性，在各種工況下保證水動力的穩定性。
阻力較小，比螺旋管圈水冷壁少1/3。
不易結渣
在傳統的一次上升垂直水冷壁的基礎上，本工程中又加裝了帶有二級分配器的水冷壁中間集箱，以降低水冷壁出口沿爐膛周界的工質溫度偏差，根據MHI的經驗，加裝了帶有二級混合器的水冷壁中間集箱后，水冷壁出口溫度偏差可減少1/3以上，迄今已有6臺大容量的超臨界及超超臨界鍋爐采用此項改進。
另一項重大改進是將水冷壁入口的控制流量的節流孔圈由傳統的裝在水冷壁下集箱內改為裝在水冷壁集箱的出口管接頭上，以便于在運行和調試過程中更換節流孔圈，同時由于增加了裝節流孔圈的管段直徑，因此也提高流量調節的幅度。內螺紋管的采用又進一步提高了水冷壁的可靠性，由于滑壓運行的超超臨界鍋爐的運行中要經歷啟動階段的再循環模式、亞臨界和近臨界的直流運行和超臨界直流三個階段，內螺紋管的采用有利于防止亞臨界低干度區發生DNB（膜態沸騰）和控制近臨界高干度區發生DRO（干涸）時壁溫上升的幅度，此外還可以采用較低的質量流速以達到降低水冷壁阻力目的，近年來，內螺紋管在超臨界和超超臨界鍋爐上已被各公司廣泛采用。
3.9八角反向雙切圓燃燒方式
目前，國內已投運的大容量燃煤鍋爐以四角切向燃燒方式居多，制造廠與電廠對四角切圓燃燒方式已積累了豐富的設計運行經驗。切向燃燒方式的優點是煤種適用性強，與前后墻對沖燃燒相比，爐內NOx排放量相對較低。
玉環電廠1000MW超超臨界鍋爐采用了MHI反向雙切圓燃燒方式，它具有爐內煙氣溫度場和熱負荷分配較為均勻、單只燃燒器熱功率較小的優點，避免了大于1000MW大型燃煤鍋爐采用單切圓燃燒時爐膛尺寸上的限制。雙切圓燃燒爐膛相當于二個尺寸較小的單切圓爐膛，對保證直流燃燒器的火焰穿透能力和改進燃燒組織均是有利的。
作者簡介：
柯文石，1961年5月8日出生于浙江臺州，浙江大學電力系統及自動化專業畢業，學士學位。現任華能玉環電廠生產廠長。多年來一直從事火力發電廠的相關技術工作，自1990年開始擔任電廠生技處長，并長期任職總工程師，對電廠的生產管理有著較豐富的實際經驗，較早介入超超臨界百萬千瓦機組在我國的推廣應用，著有《1000MW超超臨界機組建設的探討與實踐》等多篇論文，目前管理著四臺百萬機組的安全生產。
關鍵詞：超超臨界 新技術
1 電廠基本概況
華能玉環電廠位于浙江省臺州市玉環縣大麥嶼開發區下青塘，地處浙江省東南沿海甌江口，樂清灣東岸，玉環半島西側。玉環電廠一、二期工程建設四臺一百萬千瓦超超臨界燃煤發電機組，自2006年11月28日起至2007年11月25日止一年內四臺機組全部投產發電。
華能玉環電廠工程是國家“十五”863計劃“超超臨界燃煤發電技術”課題的依托工程和超超臨界國產化示范項目，裝機容量為4臺100萬千瓦超超臨界燃煤機組，機組采用“技術引進，聯合設計，國內制造”的方式，鍋爐、汽輪機、發電機分別由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司、上海汽輪機有限公司和上海汽輪發電機有限公司制造。
玉環工程設計主蒸汽壓力達到26.25MPa，主蒸汽和再熱蒸汽溫度達到600℃，熱效率高達45%。發電煤耗設計值為272g/kW.h，達到了國際先進水平；機組配置了效率達99.7%的電氣除塵器，同步建設了石灰石—石膏濕法脫硫裝置，脫硫率不低于95%；鍋爐設計采用低氮燃燒技術，氮氧化物排放量僅為360mg/Nm3。
四臺機組目前設備運行狀況良好，一期兩臺機組在投產一年后順利進行了一次B級檢修，二期兩臺機組在投產后半年了各完成一次C級檢修。四臺機組運行技術指標達到了國內領先、國際優秀，在2008年相繼獲得節約環保型示范電廠、國家環境友好工程和電力行業優質工程金獎的榮譽。
2 機組主要設備概況
2.1鍋爐及其系統
鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的超超臨界參數變壓運行垂直管圈水冷壁直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用八角雙火焰切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、露天布置、全鋼懸吊結構Π型燃煤鍋爐。
鍋爐采用日本三菱公司的PM（Pollution Minimum）主燃燒器和MACT（Mitsubishi Advanced Combustion Technology）型低NOx分級送風燃燒系統，爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環泵啟動系統，調溫方式除煤/水比外，還采用煙氣調節擋板、燃燒器擺動、噴水等方式。
BMCR工況鍋爐主要設計參數：
鍋爐 大蒸發量 2953 t/h
主蒸汽壓力 27.46MPa
主蒸汽溫度 605℃
再熱蒸汽(進/出口)壓力 6.14/5.94MPa
再熱蒸汽(進/出口)溫度 377/603℃
再熱蒸汽流量 2446t/h
給水溫度 298℃
排煙溫度(未修正) 129.4℃
鍋爐效率（BRL工況） 93.68％
煙風系統采用平衡通風方式，空氣預熱器為三分倉回轉再生式空氣預熱器，每臺鍋爐配2臺動葉可調軸流式送風機、2臺離心式一次風機和2臺靜葉可調軸流式引風機。
制粉系統為采用正壓直吹式，一臺鍋爐配置6臺高效可靠的中速磨煤機和皮帶稱重式給煤機，機組滿負荷時5臺運行、1臺備用，煤粉細度為200目篩中通過率為80%。設計煤種為神府東勝煤，校核煤種為晉北煤。
鍋爐點火原設計采用高能電弧點火裝置，二級點火系統，由高能電火花點燃輕柴油，然后點燃煤粉。油槍采用回油壓力式機械霧化。每爐共裝設24根油槍和高能點火器，每根油槍出力2500kg/h，總輸入熱量為30%B-MCR時的熱負荷。
鍋爐A層PM燃燒器濃側改為等離子燃燒器，配用煙臺龍源科技公司等離子點火裝置。采用的等離子點火系統由等離子點火設備及其輔助系統組成，等離子點火設備由等離子發生器、等離子燃燒器、電源柜、隔離變壓器等組成，輔助系統由載體空氣系統、冷卻水系統、圖像火檢系統、熱控系統、冷爐制粉系統、等離子燃燒器壁溫監測系統、等離子一次風速監測系統等組成。
鍋爐設內置式啟動系統，由啟動循環泵、啟動分離器、貯水箱、疏水擴容器、水位控制閥（WDC閥）、凝結水疏水泵等設備組成。
2．2 汽輪機及其系統
玉環電廠汽輪機是上海汽輪機有限公司引進德國西門子技術生產的1000MW超超臨界汽輪發電機組。型號為N1000-26.25/600/600（TC4F）。汽輪機型式是超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、采用八級回熱抽汽。
主蒸汽管道采用雙-單-雙連接方式，再熱蒸汽采用二根平行管道供汽。每臺機組設置一套高壓和低壓兩級串聯汽輪機旁路系統，機組的旁路容量按40%BMCR設置。
調節系統采用西門子T3000數字電液調節系統。汽機潤滑油系統由交流潤滑油泵、直流事故油泵、氫氣密封油泵、頂軸盤車裝置、冷油器、排煙系統、主油箱等組成。
汽輪機保安系統未設計機械式超速保安裝置，只設計兩套電子式超速保安裝置，通過危急跳閘ETS系統危急遮斷，能確保機組在設備出現危險工況時快速有效的執行汽輪機跳閘命令，保障設備的安全。汽輪機配用一套EH高壓抗燃油系統。
汽輪機監視儀表TSI采用瑞士VIBROMETER公司生產的VMS6000系列。
鍋爐給水系統配置兩臺汽動給水泵和一臺電動給水泵，機組正常運行為兩臺汽動給水泵運行，電動給水泵作為機組啟動用，也可作為備用泵。每臺汽動給水泵調速、保安、潤滑共用一套油系統。
真空系統配置三臺50%容量水環式真空泵，兩用一備運行方式。
配置兩臺容量的循環水泵，夏季滿負荷運行時兩臺循環水泵均投入運行，冬季可只投一臺循環水泵運行。系統設有兩臺容量凝結水泵，兩臺容量閉式冷卻水泵，兩臺容量開式冷卻水泵；6臺高壓加熱器分A、B列布置；一臺除氧器；四臺低壓加熱器。還設有頂軸油系統、盤車系統；發電機密封油系統；發電機氫氣冷卻系統等。
汽輪機主要技術規范：
額定主蒸汽壓力： 26.25 MPa
額定主蒸汽溫度： 600 ℃
額定主蒸汽流量： 2733 t/h
額定再熱蒸汽壓力： 5.35 MPa
額定再熱蒸汽溫度： 600℃
額定再熱蒸汽流量： 2274 t/h
主蒸汽 大進汽量： 2953 t/h
低壓缸排汽壓力： 4.4/5.4 kPa
配汽方式： 全周進汽，節流配汽，帶補汽閥
額定給水溫度： 292.5℃
額定轉速： 3000r/min
THA工況熱耗： 7316kJ/kWh
低壓末級葉片長度： 1145.8mm
汽輪機總內效率： 92.03%
回熱系統： 三高（A、B列共6臺）、四低、一除氧共8級
啟動及運行方式： 高中壓缸聯合啟動方式
通過臨界轉速時軸振相對振動值：≤0.165mm
允許周波變化范圍： 48.5Hz-51.5Hz
調節控制系統型式： T3000 DEH
通流級數(高+中+低)： 14+2×13+2×2×6=64級
盤車轉速： 50 r/min
轉向： 從汽輪機端向發電機端看順時針
2.3 發電機及其系統
發電機為上海汽輪發電機有限公司引進德國西門子公司技術生產的THDF 125/67型三相同步汽輪發電機。發電機額定容量1112 MVA，發電機 大連續輸出功率1000 MW（額定條件且發電機冷卻器冷卻水溫35℃），發電機輸出額定功率1000 MW（額定條件且發電機冷卻器冷卻水溫38℃）。
發電機采用水氫氫冷卻方式：定子繞組水內冷，轉子繞組和定子主出線氫內冷，鐵心軸向氫冷。密封油系統采用單流環式密封。
勵磁系統采用無刷勵磁系統，含主勵磁機、永磁副勵磁機、旋轉整流裝置、數字式自動電壓調整器（AVR）、工頻手動備用勵磁裝置自動電壓調節器 (當兩套DAVR的CPU均故障退出時能自動投入，也可根據需要退出)、中頻調試機組（試驗用）。發電機技術規范如下：
發電機型號： THDF 125/67
額定容量Sn： 1056MVA
額定功率Pn： 950MW
大連續輸出功率（TMCR）： 1000MW
大輸出功率（VWO）Pmax： 1050MW
額定功率因數COSΦ： 0.9（滯后） 額定定子電壓： 27±5%kV
額定定子電流： 22581 A
額定頻率 fn： 50Hz
額定轉速Nn： 3000 r/min
額定勵磁電壓Ufn： 437V
額定勵磁電流Ifn： 5887A
空載勵磁電壓Ufo： 144V
空載勵磁電流Ifo： 1952A
定子線圈接線方式： YY
冷卻方式： 水氫氫
勵磁方式： 無刷勵磁
2.4分散控制系統（DCS）
4×1000MW超超臨界機組分散控制系統(DCS) 采用Ovation系統，該系統采用開放性網絡、SUN工作站和Intel奔騰處理機這些普遍認可且熟悉的硬件，簡化了組態和執行過程。同時，在軟件平臺設計中采用AutoCAD、Oracle相關數據庫等軟件，功能涵蓋了數據采集系統(DAS)、模擬量控制系統(MCS)、順序控制系統(SCS)、鍋爐爐膛安全監控系統(FSSS)等各項控制功能，是一套軟硬件一體化的完成全套機組各項控制功能的完善的控制系統。
軟件組態分商為西安熱工研究院有限公司。汽輪機控制系統配用西門子T3000 DEH系統，日本三菱重工負責給水泵汽輪機控制系統(MEH)系統的設計供貨(含液壓部分)。
機組控制方式分為：協調控制方式（CC），鍋爐跟隨控制方式（BF），鍋爐輸入控制方式（BI）（括汽機跟隨方式），鍋爐手動方式(BH)（括汽機跟隨方式）。
3玉環電廠新技術的應用
3.1等離子點火燃燒技術
等離子點火燃燒技術在玉環電廠是首次在一百萬機組應用。玉環電廠鍋爐的點火原設計采用燃燒輕油來實現的，近年來，隨著世界性的能源緊張，原油價格不斷上漲，火力發電燃油愈來愈受到限制。因此鍋爐點火和穩燃用油被做為一項重要的指標來考核，為了減少燃油的耗量，玉環電廠改為采用 DLZ-200型等離子煤粉點火燃燒器來實現無油點火，該種方式采用直流空氣等離子體作為點火源，可點燃揮發份較低的（10%）貧煤，實現鍋爐的無油冷態啟動。在四臺機組調試及投產后的機組啟停過程中，等離子點火燃燒技術為玉環電廠節約了大量燃油。
采用等離子點火燃燒器，點火和穩燃與傳統的燃油相比有以下幾大優點：
a) 經濟：采用等離子點火運行和技術維護費僅是使用重油點火時費用的15%～20%，對于新建電廠，可以節約上千萬的初投資和試運行費用；
b) 環保：由于點火時不燃用油品，電除塵裝置可以在點火初期投入，因此，減少了點火初期排放大量煙塵對環境的污染；另外，電廠采用單一燃料后，減少了油品的運輸和儲存環節，亦改善了電廠的環境；
c) 高效：等離子體內含有大量化學活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子團（OH、H2、O2）、離子（O2－、H2－、OH－、O－、H＋）和電子等，可加速熱化學轉換，促進燃料完全燃燒；
d） 安全：爐前燃油系統不長期運行，也自然避免了經常由于燃油系統造成的各種事故。
3.2海水淡化技術
玉環電廠生產用淡水全部由“雙膜法”海水淡化供給。由于作為預處理的超濾處理的是原海水，不同地域、不同情況下的原海水差別相當大，在基建前期玉環電廠組織試驗以確定其設計參數、運行參數，在試驗中，解決了各種技術難題，為海水淡化系統的設計奠定了堅實的基礎，為海水淡化系統運行良好提供了保障。
玉環電廠 大淡水耗量為1728 m3/h，海水淡化項目設計出力為1440 m3/h，為節約用水，能回用的煤場噴淋、棧橋沖洗、沖渣用水、干灰調濕用水均采用回用水。
玉環電廠“雙膜法”海水淡化項目新技術集中，科技含量較高，其中的“高效混凝沉淀系列凈水技術”是在原哈爾濱建筑大學承擔的國家建設部“八五”攻關課題“高效除濁與安全消毒”的科研成果“渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術”基礎上發展而來的，是第一次在海水項目中應用；大規模的使用超濾作為海水淡化的預處理在世界同行業中處于前列；大容量的海水淡化系統在國內目前列膜法的第一位。
玉環電廠海水淡化系統充分利用了電廠的循環水系統，以降低造價，同時可以利用發電廠余熱使循環排放水溫升高9－16℃的的有利條件，降低海水淡化工程的能耗。海水經過循環冷卻之后，冬季工況有16 ℃左右的溫升，夏季工況有9℃左右的溫升，因此，玉環電廠的海水淡化系統采用了兩路進水，一路取自循環水泵出口（未經熱交換的海水），一路取自虹吸井，根據原海水的水溫變化采用不同的進水方式，基本保證水溫在20～30℃，調整后維持25℃左右。來水經4×1300m3/h反應沉淀池混凝澄清后，自流至超濾配水槽，超濾設置6套，根據來水水質確定回收率，程控自動運行。超濾產水通過6×240m3/h一級反滲透脫鹽，根據產水水質的情況和和二級反滲透產水配合分類供水，以節約運行成本。
從開始設備安裝、調整試運到正式制出淡水運行，玉環電廠已經掌握了海水淡化運行和維護技術。目前，海水淡化不但能滿足四臺機組生產用水的需要，同時還向淡化水緊缺的玉環縣城居民供應淡水。
3.3汽輪機抗腐蝕技術的應用
超超臨界機組由于壓力的原因，其低壓缸的排汽濕度比同樣進汽溫度的亞臨界機組要大，從安全性、經濟性的角度，更應注重抗水蝕和抗腐蝕技術的應用，我廠四臺機組在設計上采取了以下措施：
末端葉片采用抗腐蝕性能好的17-4PH材料。
結構上有足夠的疏水槽。
相當大的軸向間隙，這是公認十分有效的防沖蝕措施。
末級靜葉采取空心葉片結構，在內部抽出水分。
末級動葉片采用新型的激光表面硬化技術，這是西門子公司的一項特有技術，其特點在于：
Ú 葉片的進汽邊硬化層能完全穿透。
Ú 表面硬度可超過500HV。
Ú 激光硬化的 大優點在于，它與其他技術不同，在表面形成壓應力不但不會降低（一般下降20%-50%），反而有利于提高材料的抗疲勞強度和抗應力腐蝕能力。
3.4補汽技術
我廠機組在設計上的另一個特點是采用了補汽技術。補汽技術是指從某一工況（本機組在TMCR工況）開始從主汽閥后、主調閥前引出一些新蒸汽（額定進汽量的5~10%，本機組約為8%），經補汽閥節流降低參數（蒸汽溫度約降低30℃）后進入高壓第五級動葉后空間，主流與這股蒸汽混合后在以后各級繼續膨脹做功的一種措施。
3.5新鋼種應用及焊接
由于我廠的過熱蒸汽溫度和再熱汽溫度分別為605℃和603℃，在這樣高的溫度下，高溫過熱器和再熱器管的 高壁溫可達到640-650℃，只有采用熱強性高、抗蒸汽氧化和煙側高溫腐蝕的新型高鉻奧氏體鋼才能滿足要求，鍋爐的三級過熱器和四級過熱器的蛇形管（爐內部分）均由超級304H（ASME Code Case 2328）和HR3C（ASME Code Case 2115）組成，前者為含銅達3%的細晶粒奧氏體鋼，即18Cr10Ni3Cu，后者為含鉻達25%、含鎳達20%并含有少量鈮的高鉻奧氏體鋼，即25Cr20NiNb。SUP304及Super304H在高溫下具有較高的蠕變斷裂強度和許用應力，因此該鋼是性能價格比較好的材料，采用這種鋼管制造超超臨界鍋爐受熱面部件的經濟性非常顯著，同時可以使鋼管壁厚減薄，鋼耗量大大降低。HR3C 在日本焊接，現場沒有安裝焊口，該材料的性能價格比較高，比Super304H高出91%。HR3C抗氧化氧化的能力遠遠高于TP347H和TP347HFG。基抗煙氣腐蝕能力也高于TP347H和TP347HFG。 P122/T122，P92/T92在國內首次使用，在施工上具有焊接工藝、特別是熱處理工藝比原來的T91/P91要求高，具有溫度控制精確、范圍小的特點。為了保證其沖擊韌性，在焊接、熱處理、檢驗驗收環節上對焊縫焊后熱處理硬度值提出了HB180~HB250的驗收標準，明顯嚴格于DL/T869—2004焊接技術規程和原T91/P91焊接工藝導則的要求。在光譜分析上與P91一樣，采用直讀式光譜分析儀，不能采用電火花驗鋼鏡，以免灼傷材料、誘發微裂紋。由于高Cr馬氏體鋼的材料聲速，明顯區別于其它合金鋼，所以在超聲波檢驗上采用了同材質的試塊。
3.6石灰石—石膏濕法煙氣脫硫
玉環電廠煙氣脫硫采用石灰石—石膏濕法工藝，按一爐一塔布置，對每臺鍋爐的全煙氣進行脫硫處理，處理煙氣量達833.9Nm3/s（濕態、標準狀況、設計煤種），吸收塔為噴淋空塔。吸收塔單塔直徑達18.4米，塔高33米，漿池容積達2650 m3。煙氣經進、出口煙氣擋板進、出脫硫裝置，脫硫裝置發生故障時，煙氣可通過旁路煙道直接排放。石灰石磨制系統和石膏脫水系統為一、二期公用。一期不設煙氣換熱器，為避免低溫煙氣腐蝕，煙囪鋼內筒采用鈦合金貼襯工藝。二期則設有煙氣換熱器，凈煙道內襯大面積采用鎳基合金貼襯工藝（合金牌號為C22和1.529）。 脫硫裝置按照脫硫設計煤種神府東勝煤設計，SO2脫除率不小95%，裝置出口SO2濃度不超過98mg/Nm3。裝置對SO3脫除率不小于50%，對煙氣粉塵有50%以上的脫除率。
3.7 PM燃燒器和MACT燃燒系統
華能玉環1000MW超超臨界鍋爐采用了MHI的PM型燃燒器和MACT燃燒系統，PM型的燃燒器風粉混合物通過入口分離器分成濃淡二股分別通過濃相和淡相二只噴嘴進入爐膛，由于濃相煤粉濃度高，所需著火熱量少，利于著火和穩燃；由淡相補充后期所需的空氣，利于煤粉的燃盡，同時濃淡燃燒均偏離了NOx生成量高的化學當量燃燒區，大大降低了NOx生成量，與傳統的切向燃燒器相比，NOx生成量可顯著降低。PM燃燒器由于將每層煤粉噴嘴分開成上下二組，增加了燃燒器區域高度，降低了燃燒器區域壁面熱負荷，有利于防止高熱負荷區結焦。
MACT燃燒系統，就是在PM主燃燒器上方一定高度增設二層AA風（附加風）噴嘴達到分層燃燒目的，這樣整個爐膛沿高度分成三個燃燒區域，即下部為主燃燒區，中部為還原區，上部為燃盡區，這種MACT分層燃燒系統可使NOx生成量減少25%。在爐膛的主燃燒區燃料是缺氧燃燒，爐膛過量空氣系數為0.85，但在燃燒器噴口附近，由于燃燒率較低，需要的氧量較少，因此在燃燒器噴口附近的區域內是氧化性氣氛，這時燃料氮氧化后生成NOx，在爐膛中間的主燃燒區，空氣量僅為燃燒理論空氣量的0.85，因此燃燒的過程也是一個還原的過程，這時部分NOx被還原成為NH3、HCN。采用三菱公司特有的MACT燃燒技術燃用神華煤，煙氣排放NOx含量實測值約為270~290mg/Nm3，完全滿足我國環保標準。
3.8垂直管圈爐膛水冷壁
1000MW超超臨界鍋爐采用了MHI開發的世界上 先進的垂直管圈水冷壁，到目前為止采用這種垂直水冷壁的鍋爐已有11臺容量為700-1000MW的超臨界與超超臨界鍋爐投運， 早投運的機組已運行14年。
膜式水冷壁采用SA-213 T12四頭內螺紋管焊成，與螺旋管圈相比，垂直型水冷壁的主要優點為：
結構簡單、便于安裝。
不需用復雜的張力板結構，啟動或負荷變化時熱應力較小。
較好的正向流動特性，在各種工況下保證水動力的穩定性。
阻力較小，比螺旋管圈水冷壁少1/3。
不易結渣
在傳統的一次上升垂直水冷壁的基礎上，本工程中又加裝了帶有二級分配器的水冷壁中間集箱，以降低水冷壁出口沿爐膛周界的工質溫度偏差，根據MHI的經驗，加裝了帶有二級混合器的水冷壁中間集箱后，水冷壁出口溫度偏差可減少1/3以上，迄今已有6臺大容量的超臨界及超超臨界鍋爐采用此項改進。
另一項重大改進是將水冷壁入口的控制流量的節流孔圈由傳統的裝在水冷壁下集箱內改為裝在水冷壁集箱的出口管接頭上，以便于在運行和調試過程中更換節流孔圈，同時由于增加了裝節流孔圈的管段直徑，因此也提高流量調節的幅度。內螺紋管的采用又進一步提高了水冷壁的可靠性，由于滑壓運行的超超臨界鍋爐的運行中要經歷啟動階段的再循環模式、亞臨界和近臨界的直流運行和超臨界直流三個階段，內螺紋管的采用有利于防止亞臨界低干度區發生DNB（膜態沸騰）和控制近臨界高干度區發生DRO（干涸）時壁溫上升的幅度，此外還可以采用較低的質量流速以達到降低水冷壁阻力目的，近年來，內螺紋管在超臨界和超超臨界鍋爐上已被各公司廣泛采用。
3.9八角反向雙切圓燃燒方式
目前，國內已投運的大容量燃煤鍋爐以四角切向燃燒方式居多，制造廠與電廠對四角切圓燃燒方式已積累了豐富的設計運行經驗。切向燃燒方式的優點是煤種適用性強，與前后墻對沖燃燒相比，爐內NOx排放量相對較低。
玉環電廠1000MW超超臨界鍋爐采用了MHI反向雙切圓燃燒方式，它具有爐內煙氣溫度場和熱負荷分配較為均勻、單只燃燒器熱功率較小的優點，避免了大于1000MW大型燃煤鍋爐采用單切圓燃燒時爐膛尺寸上的限制。雙切圓燃燒爐膛相當于二個尺寸較小的單切圓爐膛，對保證直流燃燒器的火焰穿透能力和改進燃燒組織均是有利的。
作者簡介：
柯文石，1961年5月8日出生于浙江臺州，浙江大學電力系統及自動化專業畢業，學士學位。現任華能玉環電廠生產廠長。多年來一直從事火力發電廠的相關技術工作，自1990年開始擔任電廠生技處長，并長期任職總工程師，對電廠的生產管理有著較豐富的實際經驗，較早介入超超臨界百萬千瓦機組在我國的推廣應用，著有《1000MW超超臨界機組建設的探討與實踐》等多篇論文，目前管理著四臺百萬機組的安全生產。
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作者：佚名
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