超臨界循環流化床鍋爐技術分析及防磨探討
超臨界循環流化床鍋爐兼具了超臨界蒸汽循環和循環流化床鍋爐燃燒技術的特點，是一種高效清潔燃煤發電技術，且循環流化床鍋爐的爐內熱流特性使其比煤粉爐更適合與超臨界蒸汽循環技術相結合，因此，循環流化床鍋爐朝著超臨界化發展成為必然趨勢。
1 國內超臨界循環流化床鍋爐的發展
結合國內300MW等級循環流化床鍋爐的實際運行經驗以及參考白馬600MW超臨界循環流化床鍋爐的設計經驗，東方鍋爐于2010年自主開發了350MW等級的超臨界循環流化床鍋爐，設計參數為25.4MPa/571℃/569℃¨“。該方案采用M型總體布置，為單爐膛、平衡通風、一次中間再熱、尾部雙煙道、超臨界直流爐。同時，設置有3個高溫冷卻式旋風分離器，并將高溫級受熱面布置在主回路系統中。為解決超臨界循環流化床鍋爐朝更大容量發展所帶來的爐膛截面積增加、爐膛內受熱面協調和鍋爐占地等問題，東方鍋爐于2010年創造性地提出并完成了660MW超臨界環形爐膛循環流化床鍋爐的設計方案，設計參數為25.4MPa/571℃。該方案為直流爐，采用一次中間再熱、平衡通風、循環流化床燃燒方式、固態排渣方案設計，尾部煙道采用雙煙道設計，并將高溫級受熱面布置在爐膛內部。6個分離器布置在爐膛兩側。另外，該方案設計未采用外置換熱器設計。
2014年，清華大學呂俊復等在已有的研究成果基礎上，提出了簡約型660MW超臨界循環流化床鍋爐的設計方案。該方案采用單布風板，取消外置換熱器設計，4個分離器并列布置于爐膛和尾部豎井之間，8個回灰點的設置能夠保證返料分布的均勻性。同時，該方案創造性地在爐膛前墻采用鋸齒形水冷壁設計，在保持爐膛截面積不變的條件下，有效增加了水冷壁面積，大幅降低了爐膛高度。另外，在兩個分離器之間設置了一個貫穿整個爐膛高度的鋸齒，將爐膛大體分為4個單元，從而保證爐內氣固流動的均勻性。同年，東方鍋爐在白馬600MW超l臨界循環流化床鍋爐運行一年的良好基礎上，結合煤粉鍋爐二次再熱經驗，聯合中科院提出了二次再熱超超I臨界循環流化床鍋爐的設計方案。該方案為超超臨界直流爐、二次中間再熱、環形爐膛、外置換熱器、H型布置。6臺旋風分離器布置在爐膛兩側。煙道內布置有低溫過熱器，一次再熱低溫再熱器，二次再熱低溫再熱器。該設計方案較好地解決了二次再熱超超臨界循環流化床鍋爐受熱面協調的問題，能夠滿足機組熱效率提高的要求。
另外，中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司孫獻斌也于同年提出了350MW等級超超臨界循環流化床鍋爐設計方案。該方案為垂直管圈直流爐，采用H型結構，4個旋風分離器分別布置于爐膛兩側，分離器下方各連接一臺緊湊型氣動均流換熱器。爐膛采用單爐膛結構，爐膛尺寸為242m2×56m。鍋爐過熱器分四級布置，再熱器分三級布置。其中，尾部煙道布置有I級過熱器和I級再熱器，爐膛內布置有Ⅱ級過熱器，外置換熱器內則布置有Ⅲ、Ⅳ級過熱器和Ⅱ、Ⅲ級再熱器。
2015年，浙江大學許霖杰等人完成了1000MW超臨界循環流化床鍋爐爐膛氣固流動特性數值模擬研究工作。基于歐拉雙流體模型和Gidaspow曳力模型，模擬計算得到1000MW超臨界循環流化床環形爐膛爐內氣固流場，為1000MW超臨界循環流化床環形爐膛鍋爐的設計開發提供了理論支持。
2 超超臨界CFB技術發展
在600MW和359MW超臨界CFB鍋爐設計制造的基礎上開發高效超超臨界CFB鍋爐的技術難度及技術風險較小，但由于蒸汽參數的壓力及溫度相比現有超臨界CFB機組提升較多，尤其是過熱器出口壓力和再熱蒸汽溫度的升高，由此帶來的一些新的技術問題需進一步攻關研發，主要是水動力安全性、低負荷下再熱蒸汽溫度及低成本實現超低排放技術等。
2.1 水冷壁水動力安全性
600MW超臨界CFB鍋爐水冷壁采用低質量流速水動力技術。較600MW超臨界CFB鍋爐而言，660MW高效超超臨界CFB鍋爐的主蒸汽流量基本相同，蒸汽壓力和溫度更高。三大鍋爐廠分別利用不同的水動力計算程序軟件，進行了BMCR工況下水冷壁平均質量流率的計算。超（超）臨界水冷壁水動力特性數值計算和試驗研究相繼開展，研究表明，超（超）臨界水冷壁設計和運行是安全可靠的。高效超超臨界CFB鍋爐水冷壁采用低質量流速水動力技術，水動力特性總體趨勢跟白馬600MW超臨界CFB鍋爐的實測數據基本吻合，符合正流量響應的特點，出口工質溫度偏差、壁溫偏差、動態穩定性在安全范圍內，水動力安全可靠。
2.2 低負荷再熱蒸汽溫度
CFB鍋爐低負荷運行時爐膛上部溫度較低，循環灰量減少，在低負荷時保證再熱蒸汽溫度達到623℃難度大，需要研究優化熱力系統設計，提高低負荷機組的熱效率。對比分析有無外置式換熱器的大型CFB鍋爐不同負荷下爐膛溫度的分布，研究表明低負荷下帶外置床的鍋爐爐內仍有較大傳熱溫差，汽溫特性也較好；鍋爐制造廠提出了通過詳細的熱力計算和細化的受熱面布置方案，可保證高效超超臨界CFB鍋爐在低負荷下再熱蒸汽溫度仍然達到額定值。東方鍋爐廠、哈爾濱鍋爐廠均提出采用設置外置式換熱器方案，通過外置式換熱器回料來調節床溫。另外，哈爾濱鍋爐廠將末級再熱器布置在外置式換熱器內，并通過優化外置式換熱器受熱面的布置來保證再熱汽溫。
2.3 低成本實現超低排放技術
目前CFB鍋爐單純依靠其自身污染物控制特性難以滿足國家超低排放要求，其環保優勢在逐漸削弱，但如果將煤粉鍋爐超低排放技術在CFB鍋爐上進行移植，能實現超低排放，但成本較高，且丟棄了CFB固有的優點。現有研究表明，在NOX超低排放技術方面，通過床溫控制、合理的配風等技術，進一步創造爐內還原氣氛、優化爐內流場和溫度場、提高床層質量、優化高效二次風，實現進一步高效分級燃燒和還原脫氮，挖掘爐內脫氮潛力，爐內將有望直接實現NOX超低排放。關于SO2深度脫除可以通過床溫控制、脫硫石灰石粒徑控制、脫硫反應時間控制等技術，并開發新型高效旋風分離器、返料系統、布風裝置、給煤及石灰石制備及加入系統等輔助設備，達到在較低的Ca/S下實現CFB爐內較高的脫硫效率。因此，在超超臨界CFB鍋爐上創新研究基于源頭生成控制和爐內高效協同脫除的超低排放技術，協同實現NOX和SO2深度脫除污染物技術，充分挖掘CFB鍋爐污染物低成本控制優勢，力爭爐內NOX和SO2全部實現超低排放，爐外設置簡易脫硫脫硝裝置作為熱備用。
綜上所述，超臨界CFB鍋爐技術的融合切實地發揮出了循環流化床技術的特點，增強了鍋爐的使用功能，同時結合了超臨界技術，實現了對溫度的有效控制，不僅降低了生產成本，同時提高了鍋爐的使用效率，促進了我國火力發電的發展，促進了生產的現代化。
3 水冷壁導流板防磨的需求背景
豐鏈智造鎳基高質量耐磨新材料智慧防磨設計立足鄭州，作為水冷壁防磨行業廠家，水冷壁防磨技術人才集中根據行業20年的水冷壁導流板防磨行業經驗沉淀，采取CFB循環流化床鍋爐水冷壁多復合格珊經緯導流融合防磨，利用垂直水冷壁管排表面進行防磨處理，使CFB鍋爐垂直水冷壁耐磨壽命輕松超越3年以上，達到少停爐、安全行爐的增效目的。
CFB流化床鍋爐的水冷壁磨損在行業內一直是難題，水冷壁受熱面防磨工作非常艱巨，使一臺CFB流化床鍋爐所有受熱面在一年之內不因磨損而爆管，這個目標可謂相當艱巨。循環流化床鍋爐（ CFB鍋爐）在運行中產生自上而下的大流量的緊貼垂直水冷壁管排表面及管間凹槽的貼壁灰流沖刷著垂直水冷壁管排表面及管間凹槽。
4 豐鏈智造鎳基高質量耐磨新材料智慧防磨設計水冷壁導流板防磨新技術
水冷壁導流防磨新技術是將導流板分層安裝在爐膛四壁，多層主動阻擋貼壁灰流，使攜帶物料沖刷水冷壁貼壁流得到有效疏導，從導流板溢出灰流依然沿垂直水冷壁管排表面及管間凹槽流下但不會緊貼表面。貼壁灰流對導流板下的垂直水冷壁管的磨損也大大減小。
達到改變物料流流向降低物料流流速，可逐級降低貼壁灰流速和濃度, 隔離物料流與水冷壁的高速碰撞，極大降低物料顆粒和貼壁灰流對水冷壁切削磨損的目的，從而從根本上解決水冷壁管磨損問題。此方法也可方便的用于早期的循環流化床鍋爐的改造，不受耐磨材料處是否讓管和平滑的限制，還可以用于爐膛中部局部凸起位置的防磨。
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