350MW循環流化床超臨界鍋爐的技術特點研究

趙加星 于建明 鄭景河

摘 要：該次研究以山西某電廠（2×350MW）超臨界循環流化床機組工程鍋爐作為分析對象，提出目前350MW超臨界熱電聯產的循環流化床鍋爐的技術特點，通過真實的設備技術介紹，明確超臨界鍋爐的技術發展可拓性，以期通過該次研究，為同類型的鍋爐設計與使用提供一些可供參考的依據，可以廣泛推廣與應用，其現有技術對于我國一次性能源的保護以及提高工作效率，具有一定的作用價值。

關鍵詞：超臨界 鍋爐 技術特點

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（a）-00-02

隨著我國火電技術領域的不斷拓展，超臨界、超超臨界參數等級的發電技術也有了突破性的進展，通過機組建設的逐步完善[1]，新建機組的質量也得到了大幅度的提高，這一成績的取得也使得大容量超臨界、超超臨界機組的投運數量明顯劇增。未來，隨著我國制造與設計技術的不斷提升，大容量超臨界和超超臨界機組，已成為我國清潔煤發電技術的主流發展趨勢，并且在未來的一定時期內，超臨界和超超臨界機組能夠有效解決我國煤電發電功能短缺[2]、能源利用率低，以及環境污染等問題，因此，有針對性地對超臨界鍋爐的技術特點進行研究分析，對于我國電力發電技術提升具有一定的現實意義。

1 超臨界機組定義

超臨界機組定義依據的是數據的定值，通常水的臨界壓力為22.12MPa，臨界溫度為374.15℃，在這個壓力和溫度時，因高溫膨脹的水和因高壓壓縮的水蒸氣的密度是相同的，就叫水的臨界點，爐內工質壓力低于這個壓力就叫亞臨界鍋爐，大于這個壓力就是超臨界鍋爐。在此定義數據值的規定下，便可確定超臨界與超超臨界機組的劃分[3，4]。

2 超臨界鍋爐的技術特點

此次研究主要以山西某電廠（2×350MW）超臨界循環流化床機組工程鍋爐為東方鍋爐有限公司制造的350MW超臨界熱電聯產的循環流化床鍋爐，作為研究技術研究對象，鍋爐采用單布風板、單爐膛、M型布置，平衡通風、一次中間再熱，采用高溫冷卻式旋風分離器進行汽固分離，采用循環流化床燃燒方式。汽輪機為上海汽輪機廠生產的超臨界，單軸，一次中間再熱、兩缸兩排汽，間接空冷抽汽凝汽式汽輪機。熱控設備采用西屋艾默生分散控制系統。

2.1 350MW循環流化床鍋爐整體布置

鍋爐由三部分組成，第一部分布置主循環回路，包括爐膛、冷卻式旋風分離器、回料器、二級中溫過熱器、二級中溫過熱器、屏式再熱器等；第二部分布置尾部煙道，包括一級中溫過熱器、低溫過熱器、低溫再熱器和省煤器；第三部分為空氣預熱器。爐膛內還布置了6片高溫過熱器管屏，6片二級中溫過熱器器管屏，6片高溫再熱器管屏，管屏采用膜式壁結構，垂直布置，在高溫過熱器、二級中溫過熱器、高溫再熱器下部轉彎段及穿墻處的受熱面管子上均敷設耐磨材料，防止受熱面管子的磨損。下爐膛布置單布風板，布風板之上是由水冷壁管彎制圍成的水冷風室。燃料從爐前給煤口送入爐膛。

每臺爐設置兩個床下點火風道，分別從爐膛兩側進入風室。每個床下點火風道配置2個燃氣點火裝置，能高效加熱一次流化風，進而加熱床料。6臺滾筒式冷渣器布置在爐膛后墻。3臺冷卻式旋風分離器布置在爐膛后墻的鋼架內，在每個旋風分離器下方各布置1臺回料器。由旋風分離器分離下來的物料經兩個回料腿直接返回爐膛。

2.2 超臨界鍋爐的測試和調整

此次研究對象的超臨界鍋爐的測試和調整必須符合下列參數要求，具體見表1所示。

由于超臨界鍋爐技術復雜，并且結構體系繁瑣，因此，在測試和調整實施過程中是一項難度較大的工程，必須依據相關規定與參數執行操作，做好相應的監測記錄工作，從而達到既定的測試效果，并在實施過程當中針對不夠完善的、可能出現隱患的結構數值進行調整。在整個實施測試和調整的過程中，從啟動開始，包括啟動必須嚴格按照規定要求執行，對每一個環節必須細致記錄與觀察，對涉及的所有組件，如給水操作平臺以及汽水分離器，進行密切監測。除此之外，在啟動時，需要對水平衡進行構建。該項構建主因是煤粉在燃燒過程中會與水相互產生反應，從而生成目標產物，而所生成的目標產物過程中，又必須嚴格對溫度進行控制，當溫度不符合要求時，那么所生成的目標產物也會出現不符合目標的產物，甚至可能出現有害物質，因此需要進一步設置汽水分離器[5]，從而將水蒸氣和液態水及時有效地進行分離，從而避免有害物質對鍋爐的損害。除了溫控以外，潮濕控制也是必然的操作過程。在監測過程中鍋爐內若過于潮濕，或者過于干燥，都會對目標生成產物造成嚴重的影響，潮濕度的控制為干、濕狀態轉換，這一過程需要對給水量進行嚴格控制，記錄水位的變化，從而最大限度地保證生產安全以及生產的效率。在這個過程中，必須保證每一個環節不會出現問題，從而促進生產的成功率，提高人力、物力、財力的經濟效益；在過程當中觀察溫度超過了控制線，或者是出現潮爆炸，濕度不符合要求時，需及時進行給水量的調整，另外也可以通過煤粉的輸送速度調整，從而達到既定的效果。

2.3 機組保護控制功能與超速保護跳閘功能

眾所周知，超臨界鍋爐的工藝非常復雜，其組件眾多，也使得生產條件要求非常嚴格，超速保護功能控制檢查（OPC），是對鍋爐結構的逐項檢查，從而保證設計達到規定值要求；超速保護控制需要正確動作，對高中壓調節汽門，采取關閉狀態，等待轉速，重新開啟閥門的條件使之能夠維持正常。OPC動作時的轉速與設定轉速的偏差應小于±2r/min。等待機組帶動符合狀態的工作情況下，此時的汽輪機控制系統必須能夠接受快速減負荷的指令，當指令下達時，能夠快速給出降低機組負荷的反應，從而與輔助機局部故障出現的機組運行工作情況下相匹配，并且滿足控制系統實驗的相關規程要求。另外，對于超速保護跳閘功能的檢查也需要格外注意，當轉速達到機組超速，保護狀態動作之時，此時能夠發出相應的信號，借此來控制系統達到七輪機保護裝置指令發出，能夠快速回應，并將主汽門和調節汽門迅速予以關閉，從而使機組能夠安全獲得停機，超速跳閘動作轉速與設定值偏差應小于±2r/min。汽輪機的保護裝置，對于電磁法進行在線實驗時，不會對機組運行出現影響，該系統目前在汽輪機保護裝置中，具有一定的功能效果。

2.4 組件安裝的影響

超臨界鍋爐組件眾多，因此在安裝時，可能會出現一些相似組件的錯位安裝，而這種情況下會導致鍋爐無法正常運行，可能發生重大安全隱患，因此對于組件安裝位置的準確性定位需要不斷加強測量，而目前現有技術下很難發現組件安裝的錯誤，這一狀態下，也成為組件安裝技術難點，一旦稍有疏忽，則很容易出現安全事故，且不易于發現。因此，我國技術人員仍需在該方面進行技術領域的創新研發，并利用現代化測量定位系統，與實際情況結合，進行有效的精準測量，進而達到準確組件安裝位置的目的。另外，組件安裝位置的錯誤，通常不易發現，為了解決這一問題，需要我們的技術人員，通過科學的監測系統以及精準的測量工具，實現二次檢驗效果，解決組件安裝位置錯誤發生的概率，從而大量地節約人力與物力以及財力，進而有效提高鍋爐的工作效率。

2.5 350MW循環流化床鍋爐煙風系統

CFB鍋爐的燃燒需要相對較高的空氣壓頭使顆粒在床內能得到流化，經過一、二次風機出來的一、二次風通過空預器后被送入爐膛。其他用風包括回料器的流化風、油槍冷卻風和火檢冷卻風，其流化風均取自高壓流化風機。

3 結語

綜上所述，通過超臨界鍋爐技術特點的研究分析，進一步明確目前超臨界鍋爐技術發展途徑，雖然取得了較好的成果，但是仍然存在一些比較突出的問題，有待進一步通過科學的技術創新來解決。另外，在針對超臨界鍋爐技術特點的分析中發現，目前350MW循環流化床鍋爐具有較好的發展前景，其現有技術對于我國一次性能源的保護，以及提高工作效率，具有一定的作用價值，同類型與同領域的鍋爐應用中，可以廣泛推廣與應用。

參考文獻

[1] 李云飛.超臨界鍋爐制造技術探討[J].科學技術創新，2016（1）：10.

[2] 商顯耀，張忠孝，范浩杰，等.700℃超超臨界鍋爐熱偏差與流量偏差對壁溫特性影響的研究[J].鍋爐技術，2016，47（5）：1-5.

[3] 劉廣林，譚青.超臨界CFB鍋爐啟動系統選型分析研究[J].應用能源技術，2017（8）：18-21.

[4] 王虎，辛勝偉，胡昌華.超臨界CFB鍋爐受熱面吸熱分配特性對比研究[J].電站系統工程，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.