摘要：循环流化床（CFB）燃烧技术具有煤种适应性广，SO2炉内脱除成本低、NOx原始生成低等优点，是大规模燃用高灰分、低热值劣质燃料的最佳选择。相比煤粉炉，CFB锅炉在环保性能等方面具有优势，但供电效率仍显不足。因此，开发更高蒸汽参数的超（超）临界CFB锅炉以提高循环效率是CFB锅炉发展的必由之路。
关键词：超超临界；循环流化床；外置式换热器
引言
CFB(循环流化床)锅炉具有燃料适应范围广、污染物控制成本相对较低等特点，在我国应用广泛。通常，大型循环流化床锅炉会设置外置换热器，以扩大换热面积来满足锅炉的换热需求。外置换热器的出现，增加了循环流化床锅炉动态调节负荷的手段:高负荷时，加大锥形阀开度增加外置换热器内的循环灰流量，从而增加外置换热器换热量来满足锅炉总换热量需求;低负荷时，关小甚至关闭锥形阀开度，减小外置换热器内的循环灰流量，使得锅炉换热尽可能在炉膛内完成，维持炉膛燃烧和炉膛温度稳定。由于外置换热器的调节作用，循环流化床锅炉能够在低负荷区域稳定高效运行，具有宽负荷运行特性，基于此，本文对超超临界循环流化床锅炉外置式换热器开发进行研究。
1循环流化床主要结构
循环流化床锅炉主要由燃烧系统、物料循环系统、尾部对流烟道系统、水汽系统、除渣、除灰系统以及脱硫脱硝系统组成。炉膛尺寸12460mm×6700mm，蒸发受热面采用膜式水冷壁，燃烧室中上部与前墙布置8片水冷屏和4片Ⅱ级换热器，确保整个过热器系统的辐射传热特性；底部采用微倾斜水冷布风板和大直径钟罩式风帽，使布风均匀，同时防堵塞、防结焦和便于检修；尾部对流烟道布置Ⅲ级、Ⅰ级过热器、H型省煤器、空气预热器。过热蒸汽温度由在过热器之间布置的两级喷水减温器调节，Ⅲ级、Ⅰ级过热器区域烟道采用的过热器包墙为膜式壁结构，H型省煤器、空气预热器烟道采用护板结构。Ⅲ级、Ⅰ级过热器布置16只蒸汽吹灰器，省煤器、空气预热器布置12支激波吹灰器，防止尾部受热面积灰。
2受热管屏壁温偏差问题
600MW超临界CFB锅炉的外置式换热器运行中发现了显著的壁温偏差问题。壁温分布呈现马鞍形分布，中心区域管屏壁温高，边壁区域管屏壁温低。不同容量CFB锅炉中都出现了类似的壁温不均匀现象。即使现阶段的最高壁温仍然可以接受，但在超超临界CFB锅炉中，再热蒸汽设计温度达到623℃。若保证平均蒸汽温度达标，中心区域的最高温度可能会超过管材料的许用温度。长期运行中，容易引起受热面管束爆管导致锅炉停机。为了保证超超临界循环流化床锅炉外置式换热器安全运行，必须弄清受热管屏壁温偏差产生机制。为此在冷态外置式换热床中测量床侧传热系数的空间分布规律，可知外置式换热器内传热系数与受热面布置的空间位置密切相关。边壁流动区约占床面宽度的25%~30%，这主要是由于气泡在布风板生成后，会逐渐向床中央移动，导致靠近壁面出现乏气泡区，气泡频率降低导致传热管表面颗粒更新频率下降，传热系数减小，这表明，当传热管远离壁面边壁区时，传热系数偏差问题可以得到一定改善。
3超超临界CFB锅炉外置式换热器方案
3.1优化给煤量控制
在循环流化床锅炉生产中，实际给煤量和预计给煤量也会出现偏差过大的情况。比如在某循环流化床锅炉燃烧时，每小时燃煤量为280t，实际给煤量和预计给煤量间差值需要控制在4t以内，这样受热管屏壁温才可以被控制在既定范围内。但是如果超过此差值，受热管屏壁温变化就会超过既定要求。这是因为实际给煤量与风量之间也存在直接关系，因此仅通过增加煤量的方法是不完全有效的，这会影响锅炉的负荷，所以需要手动控制给煤量。
为了有效处理这方面的问题，在调控给煤量时还需要额外考虑烟气含量、受热管屏壁温方面的偏差，将其融入控制系统中，增添相应控制回路。这样控制系统在计算实际给煤量和预计给煤量时，就会综合考虑锅炉的实际压力和负荷压力，如果压力超过既定要求，系统就会按照设定曲线量重新计算给煤量，然后下达和执行相应的控制指令。
3.2优化受热面管排布置方式
引进型300MW亚临界CFB锅炉机组外置式换热器管排布置与灰流动的方向垂直，在亚临界参数对应的温度下，其管排之间由于吸热量不同带来的热偏差问题很明显，但对受热面的安全未造成影响。由于超超临界CFB锅炉蒸汽参数的提升对受热面安全性提出了更高的要求，600MW超临界CFB锅炉外置式换热器受热面管排采用与灰流动的方向一致的布置方式，虽然在实际运行过程中也存在一定的热偏差，但主要是由于边壁流存在造成的局部换热不均，相比引进型300MWCFB锅炉外置式换热器受热面管排与灰流向垂直布置方式，其热偏差可通过结构和尺寸优化进一步得到改善。因此，超超临界循环流化床锅炉外置式换热器受热面管排布置选择与灰流动的方向平行的方式。
3.3合理更换受热管屏壁温元器件
循环流化床锅炉受热管屏壁温控制工作的开展与受热管屏壁温元器件也存在密切关系，因此要想做好对受热管屏壁温的有效管控，也必须从受热管屏壁温元器件维护方面入手，及时处理和排查问题元件。元器件维护工作可以从下述几方面入手：（1）在进行受热管屏壁温元件的配置选择时，尽可能选择绝缘性好的元器件，同时还需要用测量仪器来测量元器件的绝缘电阻值，确保其满足高温运行要求。并且通过测量绝缘电阻值还有助于检修人员实时观测和对比元器件在使用中的电阻变化，及时排查和处理异常元器件，为受热管屏壁温控制营造良好条件。（2）有效分析研究炉膛内的套管磨损情况，评估其使用性能，避免出现带病运行。同时对于更换的受热管屏壁温套管也必须进行仔细记录分析，为后续维护工作的开展提供参考。（3）对于各个不同的元器件，需要结合元器件的具体特点和功能来制定和优化相关更换流程。比如在更换热电偶时，做好对热电偶的保护，避免弯曲，热电偶内部的氧化镁因为外力作用而出现性能、功能上的故障，尤其需要避免对元器件进行大力敲击。此外，还需要进一步强化元器件更换维护人员的责任意识和提高其技术水平，这样才可以保证相关工作的有序开展和顺利完成，为锅炉受热管屏壁温控制工作的开展奠定良好基础。
结束语
总而言之，要想确保超超临界循环流化床锅炉外置式换热器在运行中的运行效率和运行安全，就必须做好受热管屏壁温控制工作。因此，在当下超超临界循环流化床锅炉外置式换热器控制中，应该析各种可能影响受热管屏壁温控制的因素，并对这些因素进行深层次的分析研究，制定出切实有效的优化策略和优化措施，提高超超临界循环流化床锅炉外置式换热器控制工作的有效性，为循环流化床锅炉的安全高效运行奠定良好基础。
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