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摘要：本文为总结超临界循环流化床锅炉技术特点，分析了超临界锅炉参数的选择及循环流化床锅炉比煤粉炉更适合采用超临界参数的原因，并详细介绍了国内外超临界CFB锅炉的研究现状。通过具体案例分析得到结论，超临界CFB锅炉的设计不存在颠覆性的技术障碍，而且超临界循环流化床燃烧技术将成为我国燃煤电厂重要的洁净煤发电技术。
关键词：循环流化床锅炉；超临界；水冷壁；术特点
一、前言
自从20世纪80年代，循环流化床（CFB）锅炉技术商业化过程中显示出其优良的环境排放特性，其污染控制成本是目前其它技术无法相比的，但在达到较高的供电效率方面并未具有明显的优越性，因此提高蒸汽的压力和温度并增加其容量已成为广泛共识。
二、超临界循环流化床锅炉的参数选择
提高锅炉参数可以提高朗肯循环的热效率，在高温时更为显著，在其它参数相同时，600MW机组压力从16.7MPa提高到24．6MPa时，机组热耗可以降低1．8％，此时设备投资约增加2％。分析国际上超临界技术发展过程可以发现，超临界机组的参数为压力25MPa左右，蒸汽温度538～600°C。随着材料技术的发展，超临界机组的可靠性不断提高，温度参数趋于提高，达到580～600°C。在提高蒸汽温度的同时，压力也提高到27MPa，出现超超临界参数。再热系统的参数有两种选择，即更高的再热温度（如600℃以上）或二次再热。采用二次再热可使机组的热效率提高1％～2％，与此同时，调温方式和受热面布置的复杂性导致成本明显提高，因此趋向于采用一次再热。随着亚临界参数CFB锅炉的相继成功投运，为超临界参数CFB锅炉的研发奠定了坚实的基础。
三、超临界CFB锅炉的可行性
在超临界煤粉炉中，由于炉膛中燃烧比较集中，热负荷分布不均，工质的热偏差较大，再加上工质温度较高，因此水冷壁部件的冷却能力是关键之一。而循环流化床锅炉炉膛内的温度和热流比煤粉炉低得多，降低了对水冷壁冷却能力的要求；循环流化床炉膛内的热流密度在炉膛底部最大，且随着炉膛高度的增加而逐渐减小，所以热流最大值出现在炉膛底部附近，刚好处于工质温度最低的炉膛下部区域，有利于水冷壁金属温度的控制，而对于煤粉炉，炉膛内热流曲线峰值对应的工质温度较高。
循环流化床锅炉的低温燃烧使得炉膛内的温度水平低于一般煤灰的灰熔点，加上炉膛内较高的固体颗粒浓度，所以水冷壁上基本没有积灰结渣，保证了水冷壁的吸热能力。与煤粉炉相比，循环流化床锅炉炉膛内的温度非常均匀，尤其是宽度和深度方向上的热负荷分布比煤粉炉均匀得多，因而水冷壁沿宽度和深度方向的吸热也更加均匀。可见，循环流化床所具有的特性使其更适合与超临界循环相结合。随着循环流化炉床锅炉技术的日益成熟，超临界蒸汽循环和循环流化床燃烧技术相结合具有突出的优点
超临界循环流化床锅炉兼备了循环流化床燃烧技术和超临界压力蒸汽循环的优点。超临界循环流化床锅炉作为下一代循环流化床燃烧技术，由于可以得到较高的供电效率，脱硫成本比烟气脱硫低50％以上，而投资最多与PC+FGD持平，很可能是一种适于在中国大量推广的高效洁净煤发电技术，其商业前途十分光明。
四、国内超临界CFB锅炉的研发现状与技术分析
1、哈尔滨锅炉厂研发的超临界CFB锅炉
哈锅与清华大学、国电热工院和西安交通大学等单位合作完成了600MW超临界CFB锅炉的方案设计。该方案为超临界参数变压运行直流锅炉，一次中间再热CFB燃烧。
锅炉主要由单炉膛、6个高效绝热旋风分离器、6个回料阀、6个外置式换热器、尾部对流烟道、8台滚筒冷渣器和2台回转式空预器等部分组成。采用裤衩腿、双布风板结构，炉膛断面为16.952mX25.376m，炉膛高度为56m，炉膛内蒸发受热面采用垂直管圈一次上升膜式水冷壁结构。水冷布风板，大直径钟罩式风帽，炉膛内布置有中隔墙水冷壁和低温屏式过热器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在炉膛上部左右两侧各布置有3个内径为9．3m的高效绝热旋风分离器。
锅炉启动采用带泵启动系统，4只内置式分离器布置在炉膛前侧，水冷壁出口产生的全部工质通过排汽管引入分离器内，在锅炉负荷小于30％B—MCR，直流负荷时，分离器起汽水分离作用，分离器出口蒸汽进入尾部包墙过热器，水则通过连接管进入贮水箱，再由水连通管排入循环泵，作为再循环工质与给水混合后进入省煤器系统。锅炉启动采用床上启动燃烧器和床下启动燃烧器结合的启动方式，以节省启动用油。床下布置有6只启动燃烧器（热烟发生器），床上布置16只启动燃烧器。
2、东方锅炉厂研发的超临界CFB锅炉
东锅的超临界CFB锅炉为超临界直流炉，双炉膛，H型布置，平衡通风，一次中间再热，采用外置式换热器调节床温及再热汽温，高温汽冷旋风分离器，锅炉整体成左右对称布置，支吊在锅炉钢架上。锅炉由三部分组成，第一部分布置有主循环回路，包括炉膛、汽冷分离器、回料阀、外置式换热器及冷渣器等；第二部分为尾部对流烟道，烟道内布置有低温再热器、低温过热器和省煤器；第三部分为单独布置的回转式空气预热器。
3、上海锅炉厂研发的超临界CFB锅炉
上海锅炉厂与中国科学院工程热物理研究所联合开发了600MW超临界CFB锅炉产品，锅炉采用全膜式壁结构，炉膛下部为单布风板，炉底采用水冷一次风室结构，炉膛上部布置32片扩展蒸发受热面，炉膛宽为14.64m，深为30.656m，高为56．2m。炉膛由φ32X7.5膜式水冷壁组成，炉膛下集箱标高为4m。采用内嵌逆流柱型风帽和水冷布风板等压风室，12个给煤点沿炉膛宽度方向均匀分布在两侧墙。在主循环回路上，6个并联的大型高效绝热旋风分离器下分别对应6台返料器、6台外置式换热器及4台滚筒冷渣器，排渣温度控制在150°C以下，炉后布置一台四分仓容克式空气预热器，以上设备均通过钢结构支撑。后烟井深度为19.1m，宽度为13.8m，后烟井内依次布置有高温过热器、低温再热器和二级省煤器，二级省煤器之下布置有由护板包围的4组一级省煤器
4、国内超临界CFB锅炉技术分析比较
4.1、水动力问题是超临界CFB锅炉研制的关键，目前三家锅炉厂均已完成垂直上升型水冷壁的水动力特性及传热特性的设计及变工况水动力学性能计算预测，由于CFB锅炉炉膛内温度分布的均匀性及超临界煤粉锅炉成功的设计运行经验，尽管三家锅炉厂的水动力方案不同，但均认为是成熟可靠的。
4.2、哈锅和东锅都采用裤叉腿单炉膛、双布风板结构，而上锅采用单布风板结构，从二次风穿透角度看，双布风板结构优于单布风板，因为炉膛中间送风可有效保证燃料的燃尽，降低未燃尽碳损失，提高锅炉效率，但从锅炉的运行控制角度，双布风板对运行控制要求较高，可能导致翻床现象，在炉膛结构的选择上应综合考虑如上两个因素。
4.3、哈锅和上锅采用高温绝热旋风分离器，东锅采用汽冷分离器，分离器受热面内介质为过热蒸汽，两种分离器形式均是经运行实践证明的成熟技术。
4.4、哈锅将低温过热器布置为炉内屏式受热面安全性可靠，东锅将末级过热器作为屏式受热面布置在炉内，在受热面的布置上需充分考虑流量偏差及运行中有可能出现的烟气侧偏差，受热面材质的材料等级需选择较高才能保证受热面的安全运行，上锅炉内不布置辐射受热面，在外置式换热器中布置有过热器和再热器受热面，外置床的尺寸会偏大些。
五、结束语
超临界CFB锅炉技术是CFB锅炉发展的合理选择，国内科研院校和锅炉制造厂已针对超临界CFB锅炉的研发开展了大量的工作，自主研发600MW等级超临界CFB锅炉已经没有颠覆性技术障碍，建设试验工程的条件基本成熟，但科技是不断进步的，所以在现阶段的基础上仍需不断努力，从而达到更高水平。
参考文献：
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论文作者:欧阳作昌
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/15
标签：锅炉论文; 炉膛论文; 超临界论文; 流化床论文; 水冷论文; 技术论文; 分离器论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;