350MW循环流化床超临界锅炉的技术特点研究

赵加星 于建明 郑景河

摘 要：该次研究以山西某电厂（2×350MW）超临界循环流化床机组工程锅炉作为分析对象，提出目前350MW超临界热电联产的循环流化床锅炉的技术特点，通过真实的设备技术介绍，明确超临界锅炉的技术发展可拓性，以期通过该次研究，为同类型的锅炉设计与使用提供一些可供参考的依据，可以广泛推广与应用，其现有技术对于我国一次性能源的保护以及提高工作效率，具有一定的作用价值。

关键词：超临界 锅炉 技术特点

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（a）-00-02

随着我国火电技术领域的不断拓展，超临界、超超临界参数等级的发电技术也有了突破性的进展，通过机组建设的逐步完善[1]，新建机组的质量也得到了大幅度的提高，这一成绩的取得也使得大容量超临界、超超临界机组的投运数量明显剧增。未来，随着我国制造与设计技术的不断提升，大容量超临界和超超临界机组，已成为我国清洁煤发电技术的主流发展趋势，并且在未来的一定时期内，超临界和超超临界机组能够有效解决我国煤电发电功能短缺[2]、能源利用率低，以及环境污染等问题，因此，有针对性地对超临界锅炉的技术特点进行研究分析，对于我国电力发电技术提升具有一定的现实意义。

1 超临界机组定义

超临界机组定义依据的是数据的定值，通常水的临界压力为22.12MPa，临界温度为374.15℃，在这个压力和温度时，因高温膨胀的水和因高压压缩的水蒸气的密度是相同的，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉。在此定义数据值的规定下，便可确定超临界与超超临界机组的划分[3，4]。

2 超临界锅炉的技术特点

此次研究主要以山西某电厂（2×350MW）超临界循环流化床机组工程锅炉为东方锅炉有限公司制造的350MW超临界热电联产的循环流化床锅炉，作为研究技术研究對象，锅炉采用单布风板、单炉膛、M型布置，平衡通风、一次中间再热，采用高温冷却式旋风分离器进行汽固分离，采用循环流化床燃烧方式。汽轮机为上海汽轮机厂生产的超临界，单轴，一次中间再热、两缸两排汽，间接空冷抽汽凝汽式汽轮机。热控设备采用西屋艾默生分散控制系统。

2.1 350MW循环流化床锅炉整体布置

锅炉由三部分组成，第一部分布置主循环回路，包括炉膛、冷却式旋风分离器、回料器、二级中温过热器、二级中温过热器、屏式再热器等；第二部分布置尾部烟道，包括一级中温过热器、低温过热器、低温再热器和省煤器；第三部分为空气预热器。炉膛内还布置了6片高温过热器管屏，6片二级中温过热器器管屏，6片高温再热器管屏，管屏采用膜式壁结构，垂直布置，在高温过热器、二级中温过热器、高温再热器下部转弯段及穿墙处的受热面管子上均敷设耐磨材料，防止受热面管子的磨损。下炉膛布置单布风板，布风板之上是由水冷壁管弯制围成的水冷风室。燃料从炉前给煤口送入炉膛。

每台炉设置两个床下点火风道，分别从炉膛两侧进入风室。每个床下点火风道配置2个燃气点火装置，能高效加热一次流化风，进而加热床料。6台滚筒式冷渣器布置在炉膛后墙。3台冷却式旋风分离器布置在炉膛后墙的钢架内，在每个旋风分离器下方各布置1台回料器。由旋风分离器分离下来的物料经两个回料腿直接返回炉膛。

2.2 超临界锅炉的测试和调整

此次研究对象的超临界锅炉的测试和调整必须符合下列参数要求，具体见表1所示。

由于超临界锅炉技术复杂，并且结构体系繁琐，因此，在测试和调整实施过程中是一项难度较大的工程，必须依据相关规定与参数执行操作，做好相应的监测记录工作，从而达到既定的测试效果，并在实施过程当中针对不够完善的、可能出现隐患的结构数值进行调整。在整个实施测试和调整的过程中，从启动开始，包括启动必须严格按照规定要求执行，对每一个环节必须细致记录与观察，对涉及的所有组件，如给水操作平台以及汽水分离器，进行密切监测。除此之外，在启动时，需要对水平衡进行构建。该项构建主因是煤粉在燃烧过程中会与水相互产生反应，从而生成目标产物，而所生成的目标产物过程中，又必须严格对温度进行控制，当温度不符合要求时，那么所生成的目标产物也会出现不符合目标的产物，甚至可能出现有害物质，因此需要进一步设置汽水分离器[5]，从而将水蒸气和液态水及时有效地进行分离，从而避免有害物质对锅炉的损害。除了温控以外，潮湿控制也是必然的操作过程。在监测过程中锅炉内若过于潮湿，或者过于干燥，都会对目标生成产物造成严重的影响，潮湿度的控制为干、湿状态转换，这一过程需要对给水量进行严格控制，记录水位的变化，从而最大限度地保证生产安全以及生产的效率。在这个过程中，必须保证每一个环节不会出现问题，从而促进生产的成功率，提高人力、物力、财力的经济效益；在过程当中观察温度超过了控制线，或者是出现潮爆炸，湿度不符合要求时，需及时进行给水量的调整，另外也可以通过煤粉的输送速度调整，从而达到既定的效果。

2.3 机组保护控制功能与超速保护跳闸功能

众所周知，超临界锅炉的工艺非常复杂，其组件众多，也使得生产条件要求非常严格，超速保护功能控制检查（OPC），是对锅炉结构的逐项检查，从而保证设计达到规定值要求；超速保护控制需要正确动作，对高中压调节汽门，采取关闭状态，等待转速，重新开启阀门的条件使之能够维持正常。OPC动作时的转速与设定转速的偏差应小于±2r/min。等待机组带动符合状态的工作情况下，此时的汽轮机控制系统必须能够接受快速减负荷的指令，当指令下达时，能够快速给出降低机组负荷的反应，从而与辅助机局部故障出现的机组运行工作情况下相匹配，并且满足控制系统实验的相关规程要求。另外，对于超速保护跳闸功能的检查也需要格外注意，当转速达到机组超速，保护状态动作之时，此时能够发出相应的信号，借此来控制系统达到七轮机保护装置指令发出，能够快速回应，并将主汽门和调节汽门迅速予以关闭，从而使机组能够安全获得停机，超速跳闸动作转速与设定值偏差应小于±2r/min。汽轮机的保护装置，对于电磁法进行在线实验时，不会对机组运行出现影响，该系统目前在汽轮机保护装置中，具有一定的功能效果。

2.4 组件安装的影响

超临界锅炉组件众多，因此在安装时，可能会出现一些相似组件的错位安装，而这种情况下会导致锅炉无法正常运行，可能发生重大安全隐患，因此对于组件安装位置的准确性定位需要不断加强测量，而目前现有技术下很难发现组件安装的错误，这一状态下，也成为组件安装技术难点，一旦稍有疏忽，则很容易出现安全事故，且不易于发现。因此，我国技术人员仍需在該方面进行技术领域的创新研发，并利用现代化测量定位系统，与实际情况结合，进行有效的精准测量，进而达到准确组件安装位置的目的。另外，组件安装位置的错误，通常不易发现，为了解决这一问题，需要我们的技术人员，通过科学的监测系统以及精准的测量工具，实现二次检验效果，解决组件安装位置错误发生的概率，从而大量地节约人力与物力以及财力，进而有效提高锅炉的工作效率。

2.5 350MW循环流化床锅炉烟风系统

CFB锅炉的燃烧需要相对较高的空气压头使颗粒在床内能得到流化，经过一、二次风机出来的一、二次风通过空预器后被送入炉膛。其他用风包括回料器的流化风、油枪冷却风和火检冷却风，其流化风均取自高压流化风机。

3 结语

综上所述，通过超临界锅炉技术特点的研究分析，进一步明确目前超临界锅炉技术发展途径，虽然取得了较好的成果，但是仍然存在一些比较突出的问题，有待进一步通过科学的技术创新来解决。另外，在针对超临界锅炉技术特点的分析中发现，目前350MW循环流化床锅炉具有较好的发展前景，其现有技术对于我国一次性能源的保护，以及提高工作效率，具有一定的作用价值，同类型与同领域的锅炉应用中，可以广泛推广与应用。

参考文献

[1] 李云飞.超临界锅炉制造技术探讨[J].科学技术创新，2016（1）：10.

[2] 商显耀，张忠孝，范浩杰，等.700℃超超临界锅炉热偏差与流量偏差对壁温特性影响的研究[J].锅炉技术，2016，47（5）：1-5.

[3] 刘广林，谭青.超临界CFB锅炉启动系统选型分析研究[J].应用能源技术，2017（8）：18-21.

[4] 王虎，辛胜伟，胡昌华.超临界CFB锅炉受热面吸热分配特性对比研究[J].电站系统工程，2017（6）：17-19.

[5] Wang W，Yang D，Jiang H，et al.Heat-transfer and frictional-resistance characteristics of the water wall tube of an ultra-supercritical CFB boiler[J]. Journal of Supercritical Fluids The，2017（128）：279-290.