摘要:结合循环流化床锅炉的特性，对600MW超临界循环流化床锅炉进行了研究，分析了其相关的主要技术，进一步探究了锅炉的可行性和可靠性。
引言
600MW超临界燃煤机组技术在近几年国内外工业领域中广泛地投入使用，但是相较于传统循环流化床锅炉技术，该技术在国内外应用相对不够成熟。中国目前已经有部分工厂投入使用了600 MW超临界燃煤机组，但是依旧处于萌芽阶段，需要进一步不断研究和探索。本文针对国内外工程及循环流化床机组的特征，总结中国先前的技术、经验，在选择装机方案时，为客户提供参考、控制方案和所设计模型的关键 技术，并探索发现的问题，促进其更加趋于稳定，以期待获得投运实绩。
1 循环流化床锅炉的发展概况
当前中国各个工厂企业投入使用的循环流化床锅 炉数量约有3100台，一共超过了73795 MW的装机总容量，而火电装机总容量占到总容量的比例为11.9%，电力装机总量占总容量的比例达到8.99%。最近几年，大型循环流化床锅炉机组发展研究较快，尤其是300MW循环流化床锅炉(以下均称为CFB锅炉)机组已经被广泛投入营运，例如四川白马、云南红河和开远及巡检司、河北秦皇岛、内蒙古蒙西、广东宝丽华、江西分宜、安徽中利、山西平朔等公司一共有117台机组，其它地区还有几十个正在规划建设的机组，可以说整体中国循环流化床锅炉机组运营规模不断扩大，为开发600MW超临界循环流化床锅炉打下了扎实的基础。
在中国，300MW循环流化床技术已经日臻成熟， 国内大型锅炉公司积极与国外先进公司合作，为600MW超临界循环流化床锅炉的技术发展做了充分准备， 例如东方 锅炉公司凭借自身的300 MW机组锅炉的技术设计与高效运行实力在600MW机组开发研究中积累了丰富经验，在消化、吸收与完善FW公司和ALSTOM 公司的循环流化床锅炉技术的基础上，目前正在自主进行600MW超临界CFB的研究与制造。
2 600MW超临界循环流化床锅炉系统关键技术
2.1 锅炉蒸汽参数选择
和其它机组相比，超临界机组具有较多优势：
a) 较好的热效率，低能耗;
b) 控制线路比较简易;
c) 开、关锅炉非常快;
d) 锅炉蒸汽的量变化不大。
诸多优势能够使汽轮机保证较高的效率，改善锅炉流量， 提高机组利用率。从响应可持续发展的宗旨、技术发展、循环环保、降低成本等几方面要求来看，循环流化床锅炉的使用都能够满足以上条件，燃煤技术有高效、低污染、高回报的优点，其发电效率达到了50%以上，不但满足环境保护要求，而且还可以保持高效工作。
通常情况下，运行环境温度过高，锅炉过热器系统压力随之变高，相应的管道需要随之加厚，进而消耗大量高温耐热钢，这使得整体成本增高。经调查发现，每台600MW锅炉需要消耗大约110 t钢材以作为高温耐热钢。通常管道壁板会积压较多热蒸汽，长期运行会使温度高一些，因此对于壁板的设计温度不能过高。
部分企业使用超临界CFB机组锅炉通常会控制燃煤成本，因此部分燃煤相对质量低下，当加入这种类型燃煤时，不能提高蒸汽的初参数设置，保持在24.5 MPa/550 ℃/580 ℃的参数较为合理。具体设计时，蒸汽参数应该考虑其工程条件与环境，对其经济性对比之后，再来确定具体数值。
2.2 锅炉水动力特性分析
曾经西门子公司做了一个实验，实验结果表明： 当优化一般的内螺纹管后，某些特性得到了进一步加强，比如其换热性能和避免沸腾的能力得到提高;内螺纹管的水冷壁可进一步减小其质量流速，甚至当水流速度达到995 kg(/m2˙s)时，管道仍然能够使水循环的安全性得到保证。
中国也曾经做了类似实验：为保证CFB锅炉水动力的安全性能，西安锅炉厂和西安交大进行合作，在低质量流速及低热工况条件下，对其传热和阻力特性 进行了实验。实验得出锅炉机组中传热不良时的数据，进一步验证其原理与形成条件，也探索了内螺纹的其它一些因素对传热的影响，如几何特征、密度、流速、压力等。此次实验得到了内螺纹管的阻力特性，对研究其两相流摩擦压降具有一定的引导作用。西安锅炉厂进而提出了超临界CFB锅炉的设想，希望依托于低质量流速垂直管圈技术对锅炉进行改造，并经实验分析发现，此锅炉水动力是安全可靠的。
2.3 锅炉磨损问题的改进
燃烧室、分离器循环回路是600 MW锅炉发生磨损的主要部分，另外，锅炉尾部对烟道也相对容易发生磨损现象。根据锅炉的这些磨损特性，在一些容易发生磨损的部位，如燃烧室和分离器等可使用一些耐磨材料、耐火材料来减小磨损等问题带来的影响。此外，对其它部位比如燃烧室底部、换热器、冷渣器、 物料出口、回料处、分离器出入口的装置处也应采取相应避免磨损的措施。
2.4 冷渣器的选择
滚筒式和风水联台式为600 MW锅炉机组两种主要的冷渣器制式。滚筒冷渣器的冷却方式为渣和水冷套筒直接接触换热的过程，在此过程中，冷渣器对渣的粒度要求不高，不会出现渣复燃的现象，另外，这种冷渣器没有冷却风，因此降低了黏粘现象的发生。在冷渣器中，渣和水冷滚筒是相对滑动的，因此磨损较小，可靠性较高，很多大型循环流化床机组会安装多个滚筒冷渣器，并在实践中可发现该冷渣器冷却效果较好。另一种冷渣器—风水联合式冷渣器与前面滚筒冷渣器区别在于多出了四个锥形阀，是该冷渣器对渣的主要控制设备，因为这种设备对粒度要求高，所以存在一些缺陷。经过专家不断研究，找到了一种喷泉床流动结构的篦式组合阀设备，可有效解决无法控制及粒度大的渣输送难等问题，且也能够获得较好的冷却效果。
2.5 锅炉的可行性和可靠性
在超临界锅炉中，炉内热密度相对较高，因此冷却能力也应随之提高;而循环流化床锅炉内的颗粒温度相对低很多，因此对水冷壁冷却能力的需求则大幅度降低。循环流化床锅炉炉膛传热率在底部较大，随着炉膛高度增加而减小，可有效避免热流曲线峰值位于高工质的这一问题。可见，循环流化床有利于水冷壁温度的控制。
随着近几年的发展，国内外循环流化床和超临界两种技术已达到一定高度，如果把这两种技术融合应用，则会显现许多优势，比如超临界供电效率高，而循环流化床具有低污染、低成本等特点，若将二者结合，利用二者的水动力特性，采用低质量垂直管圈设计，其可行性和可靠性也可随之提高。
3 实践应用分析
西安锅炉厂通过实验分析比较，600 MW超临界循环流化床锅炉机组的设计在实际工程中是值得推广 的。采用此锅炉设计，加上公司选择合理的参数，一 方面能够获得低能耗高回报，又可达到环保要求，减少污染物排放，这对中国政府提出的发展要求是相吻合的。600 MW超临界锅炉中的低质量流速垂直管圈 技术所具有的水动力特性良好，经过实验证明是安全可靠的;另外，锅炉内保持长期低温燃烧，可以降低 NOx 、SOx 的排放，环保效果良好。
4 结语
随着超临界锅炉关键技术在中国应用，国内企业会逐渐积累丰富的经验，相信600MW超临界流化床的工程制造会逐渐发展并广泛应用。
原标题：600MW超临界循环流化床锅炉系统探究
