本实用新型涉及一种超超临界锅炉，尤其是一种燃用高碱性煤的超超临界锅炉。
背景技术：
“准东煤田”是新疆地区最大的整装煤田，是我国重要的煤电一体化能源基地，可开采储量约3000亿吨，是我国重要的煤电一体化能源基地，对新疆资源化转型与工业化进程起着举足轻重的作用。准东煤具有碱金属元素钠、钾含量高的特点，灰中钠的含量总体都在2％以上，有的矿区甚至高达10％。准东煤与国内其它动力煤种相比具有严重的结渣、沾污特性，也是国际上也少有的高碱煤种，煤灰中的碱金属元素会对煤的燃烧利用产生极为不利的影响。
现役锅炉试烧情况表明：准东高碱煤的强沾污结渣特性给燃用准东煤的大型燃煤发电机组带来了严重的安全威胁。电厂在掺烧或者全部试烧准东煤的过程中发生了锅炉受热面严重积灰问题，锅炉屏式过热器、高温过热器、高温再热器、低温再热器等受热面管壁都有大量的粘污或积灰，并伴随有不同程度的高温腐蚀，造成锅炉受热面换热效率降低，甚至爆管。这一问题采用现有燃煤发电技术难以解决，严重制约了准东煤的开发与利用。
目前电厂对高碱煤的利用只能采用掺烧沾污性弱煤种或除焦剂的方法，但这种方法仅能减缓沾污，不能从根本上解决沾污的问题。且掺烧低碱性煤会造成锅炉燃料成本大幅上升。
于2017年3月8日授权公告的公告号为CN206001428U的中国实用新型专利“燃用新疆准东煤300MW级超临界锅炉”，提出了一种燃用新疆准东煤300MW级超临界锅炉，其组成包括：水冷壁系统、燃烧系统、过热器系统、再热器系统、省煤器系统、烟风系统和启动系统，所述的燃烧系统布置在所述的水冷壁系统所围成的炉膛的角部，火焰在炉膛内形成四角切圆燃烧，所述的过热器系统包括顶棚包墙过热器、一级过热器、二级过热器、三级过热器，所述的再热器系统包括一级再热器、二级再热器，所述的顶棚包墙过热器围成尾部烟道和水平对流烟道，所述的一级过热器和所述的省煤器系统布置在尾部烟道后竖井中，所述的一级再热器布置在尾部烟道前竖井中，两个竖井中的烟气比例由竖井出口的烟气量调节挡板控制，所述的二级再热器和所述的三级过热器布置在炉膛出口的水平对流烟道中，所述的二级过热器布置在炉膛顶部，所述的启动系统联接水冷壁系统和过热器系统。其将炉膛主燃区上下分为两个燃烧区域，采用四角切圆燃烧方式，降低燃烧器区域热负荷，增加燃尽高度，保证了较低的炉膛热负荷，可使烟气温度在炉膛中得到充分降低，使炉膛结焦倾向降低。在整个炉膛区域、辐射受热面及对流受热面设置数量较多的吹灰器，保证受热面的结焦量在可控范围内，保证锅炉安全稳定运行。
以上方案提出了燃用新疆准东煤300MW级超临界锅炉，其主要思想是降低炉膛热负荷，降低炉膛结焦倾向，同时利用吹灰器控制受热面结焦。对于燃用准东煤等高碱性煤种有着一定的借鉴意义。
当前燃煤发电机组逐步向高效清洁化方向发展，新建机组基本在660MW等级及以上，以超(超)临界参数为主，超(超)临界，意为超临界或者超超临界。因此，开发出安全稳定运行全烧高碱性煤的660MW等级及以上超超临界锅炉炉型对新疆高碱煤的大范围开采使用，新疆战略能源基地的建立，加快新疆实施优势资源转换战略，保障国家能源安全具有十分重要的现实意义和战略意义。
技术实现要素：
为克服目前对全部燃用高碱性煤种的超超锅炉尚无有效解决方案的不足，本实用新型针对准东高碱性煤种强粘污结渣的特点及安全稳定运行的要求，提出了一种能够全烧准东高碱性煤的660MW等级超超临界锅炉。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：适合于燃用高碱性煤的660MW级超超临界锅炉，所述锅炉为采用前后墙对冲燃烧形式的Π型布置锅炉，包括炉膛及四周水冷壁和布置在炉体上的燃烧器，燃尽风，炉膛上部的屏式过热器和高温过热器，布置在水平烟道的高温再热器，布置在后竖井烟道的低温再热器和低温过热器，燃烧器采用旋流式煤粉燃烧器；煤粉燃烧器与侧墙之间布置有直流风喷口；炉膛容积热负荷<60kW/m3，炉膛截面热负荷 <3.9MW/m2；炉内高温再热器受热面采用大节距，低温再热器和低温过热器的第一组及第二组水平段受热面均采用大节距；中部炉膛区域水冷壁上设置水力吹灰装置。
采用更小的炉膛热负荷参数，该参数为反映炉膛整体尺寸的参数，能适当降低炉膛的温度水平，减小炉膛内发生结渣的可能性。采用前后墙对冲燃烧方式，防止火焰冲刷水冷壁，炉内温度场相对均匀，减少炉内结渣风险。“采用大节距”即相对于常规超超临界锅炉设计的节距参考取值，拉大易沾污区间的受热面节距，以降低烟气速度，使烟气携带灰粒子通过管组间的空隙，尽量避免灰粒子与受热面接触形成粘结，同时较大的节距可防止搭桥。所称的“第一组及第二组水平段受热面”，指相应水平段受热面中对应烟气温度最高的那一级管组及与之相邻的另一级管组。水力吹灰装置和吹灰器的全面、充分应用，打造受热面清洁的炉膛，有利于有效清除炉内结渣，降低炉膛出口烟气温度。以上措施联合采用而得的锅炉整体结构方案，能够适应燃用高碱性煤种的要求，有效消弥其高结渣倾向带来的不利影响。
更好地，所述各层燃烧器布置满足平均高度方向间距大于5m。假设为两层燃烧器，则两层燃烧器之间的高度方向间距须大于5m；假设为三层燃烧器，则上、中两层燃烧器之间的高度方向间距与中、下两层燃烧器之间的高度方向间距的平均值应大于5m。
更好地，在最上层燃烧器上部布置内旋外直的燃尽风和墙式燃尽风。
更好地，高温再热器横向节距设置为460mm±15mm，低温再热器和低温过热器水平段的第一级及第二级管组，横向节距均设置为230mm±15mm。
更好地，为屏式过热器、高温过热器、高温再热器的各至少一个屏的每根管子配置有壁温传感器，且每屏至少设置一个壁温传感器，监控炉内粘污情况。可以选择上述各换热器的受热面中，位于相对较高壁温区域的一个屏，或两个以上的屏进行监控。常规锅炉设计中，对于壁温检测，通常只选择其中一个屏的1～3根管子进行壁温监控，这样的设计难于满足监控燃用碱性煤种锅炉的需要。
更好地，在燃烧器外侧与侧墙之间布置直流风。
更好地，在炉膛水冷壁区域、屏式过热器和高温过热器区域，高温再热器区域，以及低温再热器和低温过热器的垂直区域，均布置有蒸汽吹灰器，且为蒸汽吹灰器配置有蒸汽压力可达到3MPa并可调节压力的蒸汽源，保证吹灰效果能达到燃用碱性煤种锅炉的需要。
本实用新型的有益效果是：可达到100％纯烧准东高碱性煤种，无需添加弱粘污性煤种或除焦剂。锅炉各项性能指标先进，能实现高效稳定的燃烧和低NOx排放，防止炉膛的结渣及受热面粘污，能长期安全、稳定、高效运行。
附图说明
图1是本实用新型锅炉的总体结构示意图。
图中标记为：1、炉膛，2、燃烧器，3、燃尽风，4、吹灰器，5、储水罐，6、屏式过热器，7、高温过热器，8、汽水分离器，9、高温再热器，10、低温再热器，11、低温过热器， 12、省煤器，13、SCR，14、空气预热器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1所示，本实用新型的锅炉为660MW等级，超超临界参数，变压直流炉、单炉膛、前后墙对冲燃烧，一次再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊，Π型锅炉。锅炉以高碱性煤为主要燃料，采用前后墙对冲燃烧方式，Π型布置，主要由过热器系统、再热器系统、水冷壁系统、启动系统、省煤器系统、燃烧系统、烟风系统、灰渣系统、吹灰系统组成。
锅炉的循环系统由启动分离器、储水罐、启动再循环泵、下降管、下水连接管、水冷壁上升管及汽水连接管等组成。在负荷≥25％B-MCR后，直流运行，一次上升，启动分离器入口具有一定的过热度。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，冷灰斗上部螺旋水冷壁管采用了内螺纹管，上部水冷壁采用全焊接的垂直上升膜式管屏，既保证了炉膛的气密性，同时减少工地焊接工作量。由于同一管带中管子以相同方式绕过炉膛的角隅部份和中间部份，吸热均匀，因此水冷壁出口的介质温度和金属温度非常均匀，使得锅炉具有优良的燃料适应性和负荷适应性，为机组调峰及安全可靠地运行提供了保证。螺旋盘绕上升水冷壁与上部垂直水冷壁的过渡方式采用中间混合集箱形式。
螺旋管圈水冷壁部份刚性梁由垂直刚性梁和水平刚性梁构成网格结构，采用了可膨胀的带张力板垂直刚性梁支承系统，刚性梁体系及炉墙等的自重荷载完全由垂直搭接板支吊，下部炉膛和冷灰斗的荷载能传递给上部垂直水冷壁。刚性梁和水冷壁之间相互不直接焊接，可以相对滑动，以防止附加热应力的产生，保证炉膛安全可靠运行。炉膛水冷壁采用悬挂结构，整个水冷壁和承压件向下膨胀，由于水冷壁的四周壁温比较均匀，因此水冷壁与垂直搭接板之间相对胀差较小，刚性梁与水冷壁相对滑动。
过热器及再热器受热面的布置采用了辐射-对流型，这种布置方式可确保锅炉在负荷变化范围内达到额定的蒸汽参数，并获得良好的汽温特性。过热器受热面由四部份组成，第一部份为顶棚及后竖井烟道四壁及后竖井分隔墙；第二部份是布置在尾部竖井后烟道内的水平对流过热器；第三部份是位于炉膛上部的屏式过热器；第四部份是位于折焰角上方的末级过热器。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。过热汽温调节采用煤水比和二级喷水减温，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，高温再热器及低温再热器采用大节距布置形式，防止受热面粘污结灰搭桥。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。后竖井省煤器、水平低温过热器均通过省煤器吊挂管悬吊到大板梁上。
尤其是，燃烧器采用旋流式煤粉燃烧器；煤粉燃烧器与侧墙之间布置有直流风喷口；锅炉炉膛容积热负荷<60kW/m3，炉膛截面热负荷<3.9MW/m2。行业标准中，常规660MW等级锅炉炉膛容积热负荷85～100kW/m3，炉膛截面热负荷4.2～5.0MW/m2，本实用新型采用了针对准东煤适用的炉膛容积热负荷和断面热负荷，相对于常规标准明显降低，所以在保证高效稳定燃烧的前提下，能适当降低炉膛的温度水平，减小炉膛内发生结渣的可能性。
炉膛上部布置屏式过热器和高温过热器，在水平烟道布置高温再热器，在后竖井烟道布置低温再热器和低温过热器，吹灰系统包括炉膛水力吹灰装置、对流受热面吹灰器，在中部炉膛区域水冷壁上设置水力吹灰装置；在炉膛水冷壁区域、屏式过热器和高温过热器区域，高温再热器区域，以及低温再热器和低温过热器的垂直区域，均布置足够数量的吹灰器。
锅炉运行时受热面沾灰是不可避免的，因此及时、全面有效吹灰就成了防止结渣的重要手段。本实用新型锅炉设计时在炉膛容易结渣的区域布置了足够数量的吹灰器，整个炉膛区域布置足够数量的炉膛吹灰器，可以有效地保证炉膛水冷壁的清洁。
锅炉炉膛及受热面的有效吹灰，是避免炉膛结渣和沾污的有效措施之一，为保证吹灰效果，在吹灰器设计和运行方面，还建议采取以下措施：在吹灰管路设计上保证吹灰器蒸汽具有足够的压头，保证吹灰器能正常有效地工作；采取适当增加吹灰次数和提高吹灰蒸汽压力等措施来保证吹灰效果，发明人推荐吹灰器蒸汽压力可以最高到3MPa(常规1.5MPa)，并可以实时进行单独调节。
因炉内高温再热器、低温再热器和低温过热器的上组水平段受热面，属于易受粘污的部分，以防止受热面沾污、积灰搭桥，影响机组的安全运行。以下为发明人根据相应设计思路和锅炉主要参数给出的受热面管组节距推荐参数，相对于常规设计拉大节距，增幅约100％，而高温过热器的节距也相对于常规节距有所增大。
表1：大节距推荐参数
该锅炉可达到100％纯烧准东高碱性煤种，无需添加弱粘污性煤种或除焦剂，炉膛的结渣及受热面粘污得到有效控制，能长期安全、稳定、高效运行。
实施例：
如图1所示，一种燃用高碱性煤种的超临界锅炉。锅炉以高碱性煤为主要燃料，采用前后墙对冲燃烧方式，π型布置。主要系统由过热器系统、再热器系统、水冷壁系统、启动系统、省煤器系统、燃烧系统、烟风系统、灰渣系统、吹灰系统组成。
所述锅炉炉膛容积热负荷<60kW/m3，炉膛截面热负荷<3.9MW/m2。
燃烧器数量为6×6只，间距约6.0m或8.6m；主燃烧器外侧布置直流风，数量为3×2 ×2只；最上层燃烧器上方布置燃尽风，数量为2×2×6只。
燃烧器采用前后墙对冲分级燃烧技术。对冲燃烧系统的燃烧器布置方式能够使热量输入沿炉膛宽度方向均匀分布，并且具有良好的火焰形状，可避免火焰冲刷水冷壁产生结渣。在炉膛前后墙布置低NOx旋流式煤粉燃烧器，燃烧器前后墙对称布置在炉膛的合理位置，适当拉大燃烧器间距；燃烧器之间的间距及边排燃烧器距离侧墙的距离布置合理，防止火焰相互干涉及冲刷侧墙水冷壁造成结渣；在最上层燃烧器上部布置内旋外直的燃尽风和墙式燃尽风，在保证燃尽风刚性的同时防止其过早扩散，提高燃尽风分布的均匀性，降低偏差，降低NOx 排放。
对冲燃烧方式由于火焰不需要在炉膛形成旋转火球，气流冲刷水冷壁的机会较少。同时可避免大火球带来的高温区域，降低炉膛内的尖峰高温区域。同时热负荷输入均匀，火焰充满度好。
在运行中，注意适当提高一次风的动量，即一次风速，确保煤粉气流不在着火、燃烧的位置与喷口保持适当距离附近；降低了二次风的旋流强度，确保单个燃烧器的火焰形状不会扩散太快和太大；优化燃烧器的稳燃齿环配置，减低燃烧器对高温烟气的卷吸和回流，防止火焰过渡扩撒，防止单个燃烧器区域出现结渣。
燃烧器外侧靠近左右侧墙位置布置直流风，在炉膛侧墙形成保护性气氛，防止燃烧器区域火焰上升扩散的过程中冲刷水冷壁侧而结渣。锅炉配置常规油点火系统(也可在前墙或后墙的最下层布置微油或等离子点火装置)，用于启动和维持低负荷燃烧。炉膛及对流受热面布置足够数量的吹灰器，及时清除受热面上因结渣，粘污生成的附着物。
所述过热器系统包括顶棚过热器、包墙过热器、低温过热器、屏式过热器、高温过热器；顶棚过热器以膜式形式布置在炉膛及后竖井顶部，包墙过热器布置在水平烟道及后竖井，以膜式形式围合成水平烟道及后竖井烟道，低温过热器布置在后竖井烟道的后段，屏式过热器布置在炉膛顶部，高温过热器布置在炉膛折焰角上方。所述再热器系统包括低温再热器、高温再热器；低温再热器布置在后竖井烟道的前段，高温再热器布置在水平烟道内。所述水冷壁系统由下部螺旋水冷壁和上部垂直水冷壁组成。所述启动系统包括汽水分离器、储水罐、疏水扩容器、疏水泵。燃烧系统包括煤粉燃烧器、直流风、燃尽风。烟风系统包括炉膛、水平烟道、后竖井烟道、尾部烟道、空气预热器。
受热面解决根据高碱性煤种特性采用大节距布置防止积灰搭桥，处于易粘污区域的高温再热器节距设置为～460mm，低温再热器及低温过热器水平段上两级管组，均采用～230mm节距。
此外，增加了必要的监测手段，为屏式过热器、高温过热器、高温再热器的各自位于较高壁温区域的至少一个屏的每根管子配置有壁温传感器，监控炉内粘污情况；以确定受热面结渣和沾污的情况，及时清除结渣和沾污。