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摘要：自改革开放以来，我国社会和经济的发展越来越快，循环流化床燃烧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比拟的，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到超临界并增加其容量已成广泛的共识。基于此，本文主要阐述了超临界CFB锅炉特点、国产CFB锅炉的大型化、超临界CFB锅炉的关键技术，以供参考。
关键词：超临界；大型循环流化床；锅炉；关键技术
一、超临界CFB锅炉特点
CFB锅炉自身的技术特点，特别适合于将超临界直流锅炉技术和CFB锅炉相结合。由于CFB锅炉炉内截面热负荷较低（约3.5MW／m2）、炉内燃烧温度较低（850℃～900℃）且沿炉高分布均一，炉内热流密度低于煤粉炉，热流密度较高区域对应于工质温度最低的炉膛下部，因此水冷壁管内出现膜态沸腾（DNB）和蒸干（DRO）现象的可能性大为减小，允许采用较小的质量流速和较为简单的一次上升垂直管圈构成炉膛水冷壁。CFB锅炉炉内水冷壁由于灰颗粒的冲刷而较为清洁，无积灰和结渣，使水冷壁具有较好的传热性能，同样有利于避免发生两类传热危机。
二、国产CFB锅炉的大型化
我国自主研制的首台国产100MwCFB锅炉的整体结构，由西安热工研究院和哈尔滨锅炉厂合作开发研制，安装于中国电力投资集团公司所属的江西分宜发电厂。锅炉整体布置采用H型结构，即4个旋风分离器分置于炉膛两侧。除锅炉的整体方案和热力计算等核心技术之外，在该台锅炉上还采用了西安热工研究院开发的迪流式风帽和排渣控制冷却器两项专利技术。分宜发电厂100MwCFB锅炉于2002年11月14日建成并点火启动，2003年6月19日完成96h试运行后投入商业运行。锅炉的运行经验表明：
（1）锅炉的出力及各项主要技术指标均达到或超过了设计值。
（2）锅炉具有良好的变负荷特性，最大出力可达到108Mw。锅炉典型负荷变化特性曲线及床温变化特性曲线。
（3）锅炉具有良好的低负荷特性，可在30％BECR下不投油稳定运行。
（4）冷渣器的改进取得了明显的实用效果。运行初期，‘该台锅炉配备的冷渣器在燃煤灰份高于设计煤种时曾出现排渣难以控制、冷渣器冷却能力不足的问题，排渣温度有时高达350℃，影响后续除渣设备的正常运行。TPⅪ在锅炉排渣管上装设了改进的进渣控制门，在冷渣器内加装了埋管受热面，成功地将冷渣器排渣温度控制在150℃以下。
（5）运行15000h后，对受热面的测试表明，管壁磨损量很小，炉内局部最大磨损量小于0.5mm。
（6）机组的年可用率达到92．97％。该台100MwCFB锅炉是目前国内首台拥有自主知识产权的CFB锅炉，已有两台该型CFB锅炉在与国外公司的竞争中成功中标（越南山洞电厂），进入亚洲电力设备市场。100MwCFB锅炉采用H型炉型，其锅炉钢耗量较M型炉型（分离器布置在炉膛和尾部烟道之间)高约7％，但H型炉型更易于大型化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆200MwCFB锅炉采用H型或M型炉型在技术上均是可行的，这一容量等级的CFB锅炉是应用外置换热器饵髓）的起始容量。
三、超临界CFB锅炉的关键技术
研究炉内二维传热系数的分布特性和规律，是超临界CFB锅炉设计需要掌握的关键技术。炉膛截面增大后，给煤点的数量及人炉煤的扩散规律，各种负荷下水动力不稳定性，旋风分离器的放大及气固粒子分配均匀性等是超临界CFB锅炉设计时需要重点研究和解决的重要技术问题。
超临界CFB锅炉特殊的运行工况是当一台给煤机故障而停运时，其它给煤机应分担该台给煤机的给煤量。如果锅炉对运行的这种波动很敏感，在炉内就会发生局部过热或不平衡现象。FW公司对容量为400--500MW的CFB锅炉进行过大量研究，发现炉膛燃烧温度和热流的差别很小。用流体动力学三维数学模型计算得到的炉内热流密度分布特性，计算还表明，烟气温度的最大偏差仅25℃。但这种差别很小的燃烧温度和热流密度分布特性，仍有待于实炉验证。
本生垂直管圈低质量流速技术，是循环流化床锅炉采用超临界参数进行水冷壁变压运行的技术基础。对低质量流速直流锅炉技术，西门子发电部在德国Erlangen的本生锅炉试验台进行了各项研发工作，对低质量流速下内螺纹管的传热和阻力特性进行了系统研究，这些测量数据形成了内螺纹管传热流动阻力特性数据库。1993年还在德国Farge电厂一台320MW的超临界煤粉炉上安装了试验管，进行了10000h的流量特性试验。在此基础上提出了低质量流速本生垂直管锅炉的设计。但鉴于垂直管低质量流速技术在国内目前仅在一台300MW亚临界煤粉直流锅炉上得到应用，因此，该项技术要应用于超临界CFB锅炉，还需做更多针对CFB锅炉特性的研究工作。
采用优化内螺纹管垂直管圈，使得超临界CFB锅炉的设计可采用低质量流速，并具有以下优点：（1）具有类似于汽包锅炉的自然循环的流动特性，即热流密度越高，质量流速越大，吸热较多的管子中，工质流量会自动增加。（2）减少了蒸发受热面的阻力损失。高质量流速和低质量流速时流动阻力的比较。显然，低质量流速时产生的阻力较小，约为0.27MPA。
在低质量流速下，内螺纹管垂直管屏水冷壁的磨擦压降在总压降中所占比例变得很小，而重位压降所占比例很大，由重位压降决定流量分配。这一特性正像自然循环水冷壁一样，吸热偏差引起的流量分配取决于静压降。受热偏高的管子工质密度减小，重位压头也减小，受热偏高的管子与受热偏低的管子之间形成自然循环，受热偏高的管子就会流过较高的流量。因此，在总流量不变的情况下由于吸热偏多而引起的出口温度偏高的现象大部分会得到补偿。这种类似汽包锅炉水冷壁中的流量分配特性称为正流量补偿特性，即吸热较多的管子中工质流量自动增加，以此部分抵消热偏差对管子壁温的影响。
四、结束语
综上所述，循环流化床锅炉在清洁煤燃烧方面已经充分显示了其优越性，但在高效方面，仍然存在不足，其容量尚不足以满足电力生产的需要。而这种燃烧技术本身决定了发电效率的提高只能通过提高蒸汽参数循环效率的途径来实现。因此，容量大型化以及高参数化是循环流化床燃烧技术的发展方向。循环流化床技术具有燃料的灵活性、低的排放等优点。超临界循环流化床锅炉便是结合二者的优势，是一种高效、低污染燃煤发电技术。
参考文献
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[3]赵永宏,韩平.超临界循环流化床锅炉低负荷掺烧试验研究[J].洁净煤技术，2016（06）.
论文作者:杜飞翔
论文发表刊物:《防护工程》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/12
标签：锅炉论文; 流速论文; 流化床论文; 超临界论文; 特性论文; 技术论文; 水冷论文; 《防护工程》2017年第24期论文;