图6 姚孟“Posiflow”锅炉
姚孟一号锅炉更新工程中，Mitsui Babcock公司负责的部分包括将现存的UP型锅炉炉膛，按照同尺寸、同吸热面积，用“Posiflow”锅炉炉膛进行更换。姚孟的这次更新在许多方面都很有挑战性，或许比新建一座使用垂直管LMF技术的电站要碰到的问题还要多。特别要提到的问题是：
l 热释放的体积极高，达到188kw/m3。这个数值几乎达到了“W”型下射式燃烧炉膛设计预期能力的两倍。
l 热分布非常的不平均。原因是有切向燃器燃烧系统和双炉设计引起的“热角”和“冷角”的存在。
l 炉膛内部有一分隔墙，墙体两面沿着整个炉膛都受热。这种情况说明整面墙上都没有给转换/混合连接器留有余地。另外，为了维持分隔墙管道的整体性和布局方式，这些管道还需要“包装”。分隔墙边缘的管道比内部管道吸热要高。
设备更新完毕之后，在对所担保的性能进行测试以及后来电站的运作情况来看，主要的性能得到了提高。根据对姚孟进行的单个管流量，温度和相关的热流量进行测试的结果可以肯定，“PosiflowTM”锅炉如期望的一样正常运作。到目前为止，锅炉已经运作了三年，从试运作到现在效率都很高。
LMF技术是为直流型锅炉设计的，在亚临界和超临界压力下都可以使用。第一次全面运用是在姚孟，运用在一个亚临界锅炉上。然而，需要指出的是，虽然它没有运用在超临界状态，流体密度仍然随着温度的改变而改变。流体的这种积极反应，在超临界状态下会得到充分的应用。许多操作测试（包括实验规格和全规格的设备）都在超临界状态下进行。
3． 垂直管LMF“W”型下射式燃烧锅炉的设计
由于“W”型下射式燃烧锅炉的外形，燃器燃烧弧形和八角形低炉设计，使得采用螺旋炉膛变得很困难。采用LMF技术，就可以使用简单的垂直管布局和超临界状态的蒸汽。事实上，炉膛的外形和管道的布局，和目前的亚临界鼓型锅炉版本几乎就是一样的。主要的不同之处是相对直径和管道斜度不同，LMF设计中所用的管道直径较小。
将成熟的经验和在姚孟所使用的垂直管LMF炉膛设计结合起来，同时参考大量的“W”型下射式燃烧的设计，Mitsui Babcock公司很有信心可以提供超临界PF燃无烟煤的锅炉设计。下一页将介绍一个这样设计的例子。
在进行这项设计时，必须验证并解决几个问题：
l 对一个亚临界鼓型 “W”型下射式燃烧锅炉，比较典型的炉膛用的是66.7毫米OD管。超临界LMF下射设计用的是38毫米OD管或者更小的管，当然小管相对的承载能力也较弱。因此，需要认真考虑如何设计LMF下射锅炉的结构和其他一些问题，比如考虑采取以下一些措施：将进入连接管（无负荷）的弯曲管数目减到最少，增加低炉前后墙的支撑吊杆等。
l 当和相当的亚临界锅炉相比，直流锅炉的管心距和直径之间的比通常都是增高的。另外，热传导系数变小。这些因素增加了对管道冷却能力的要求。前面所提到的西门子开展优化内壁细纹管的工作，包括了250000次测试，使得管道有最佳的冷却能力。使用优化过的内部细纹管以及低质量流量率，确保金属温度即使在“不稳定”情况下，也可以保持在一个可接受的范围内。Mitsui Babcock公司已经对制造这种管的技术申请了专利。
l 在自然循环亚临界锅炉中，炉膛里产生的蒸汽量一般都在25～35％（质量百分比）这个范围内。这种水/蒸汽混合物相对比较均匀。在超临界锅炉中，蒸发作用随着负荷而改变，蒸汽质量可以达到100％（质量百分比）这个顶点。如果有合适的条件，在蒸汽质量很高的时候，水/蒸汽很可能可以在炉膛的蒸发器内发生分层。通常，自然循环亚临界锅炉和特殊的“W”型燃烧类型在炉膛内部都采用分支。然而，在超临界时，分层的危险有可能使一条分支只有水流，而另一条分支只有蒸汽（这时管道烧坏的可能性就很大）。这种情况在临界状态时就应当避免。锅炉中先前承担结构支持功能的分支管，在超临界设备中，应该改用坚固的吊杆支持（和恒负载支持）。
图7 “W”型下射式燃烧直流式超临界600MWe锅炉
图8 亚临界和超临界支撑特点的比较
（Number of “bent” tubes entering furnace top headers minimised for supercritical boiler:
超临界锅炉中，进入炉膛顶部连接管的“弯”管数量减到最少；
Subcritical Drum Type Boiler：亚临界鼓型锅炉；Tubes：管；
Supercritical LMF Type Boiler：超临界LMF型锅炉；
Constant Load Support：恒负载支持；Solid Sling Rods：坚固的吊杆）
和所有的直流型锅炉设计时一样，在开始新设计之前，对炉膛回路中的热－水行为进行了非常详细和彻底的研究。这些研究包括静态和动态稳定性的验证，在LMF设计时还对“正反应”特点的重要性进行研究。
静态稳定性研究内容是在流量发生改变而热量输入恒定时，一根管（或管组）中的压力是如何降低的。在二相流体中，几何外形，热输入点，蒸汽生成量，蒸汽生成处以及压力等因素都可以引起不稳定。
需要阐明为什么压力损失会随着液体质量流量的增加一起上升。如果单一的压力损失会随着两个或更多的质量流量率而改变，则这种情况通常都是不可接受的，因为这有可能会导致不稳定。
动态稳定性研究内容是当输入热量不稳定时，一根管（或管组）会有什么样的反应。研究时将输入热量提高30％并维持10秒钟，模拟典型的热量不稳定情况。在一套可接受的设计系统里，在早期有限的时间里就应该将振荡反应的端倪消除掉。
毫无疑问，LMF设计主要的特点是在热吸收量上升的时候，一根管（或管组）可以对流量表现出积极的反应。热吸收量只要上升15％，就足以使典型的锅炉炉膛内发生的所有可能发生的情况。当炉膛在亚临界压力和低负荷（最低的质量流量）的情况下运作时，管的这种积极的流量反应表现的特别明显。然而，即使锅炉在高负荷和超临界条件下运作时，尽管这时是单相流体，而且蒸汽密度也确实会随着温度而改变，管的这种积极的流体反应仍然可以表现出来。下图9中描述了这个特点。
采用具有积极流体反应特点的LMF炉膛设计，可以确保炉膛内金属温度在可接受的范围内控制的很好。此外，炉膛内水/蒸汽压损失达到最小。和其他直流型超临界锅炉相比，采用LMF炉膛设计的压力损失一般可以减少70％或者更多。这可以减少主锅炉给水泵的电力消耗量，使之使用更经济，同时也可以提高整个电站的循环效率。
图8 静态稳定性良好的例子
（Static stability of the Front Wall：前墙的静态稳定性；pressure drop：压力差）
图9 积极流体反应特性的例子
（Flow Response Characteristic(Lower Furnace Front Wall)：流体反应特性（低炉前墙）；
Deviation in Mass Flow：质量流量的差别；Variation in Heat Absorption：热吸收量的变化）
4．0．超临界－更好的投资
高蒸汽压和蒸汽温度可以产生更高的效率。这篇文章里所讨论的LMF“W”型下射式燃烧锅炉，是为出口处的压力和温度分别为24.8 569°C/569°C的锅炉中主要的蒸汽条件而设计的。在现在的中国市场上，这种蒸汽条件代表了“正常”的超临界蒸汽状态。然而，如果有需要的话，这种设计也可以扩展到在更高蒸汽温度的情况下使用。
把现在正在进行商业运作的600MW亚临界“W”型下射式燃烧锅炉，和本文所讨论的采用LMF设计的超临界锅炉进行比较后发现，采用超临界使整个循环效率从41.51%提高到43.35%（也就是提高了4.4% )。
下图10中说明了这种情况。
图10 采用超临界蒸汽条件的好处
（Plant Efficiency：发电站效率；Generated MWe）
采用超临界蒸汽在带来循环效率提高的同时，也降低了燃料的消耗量和污染的排放量，在下面的表格中阐明。这也意味着煤炭操作和磨粉车间的大小，空气和废气风扇，灰尘清除和传送系统都将得到简化。相关的厂用电耗也随着降低，这可以抵消为维持高蒸汽压力锅炉给水泵需要消耗的额外电量。
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