600MW超临界循环流化床锅炉技术开发、研制与工程示范——电力技术成果推荐-北极星火力发电网

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大型循环流化床（CFB）机组因其具有炉内脱硫、混合燃烧、超大惯性等特性，自动控制运行一直是需要解决的难题。在国家科技支撑计划等项目的支持下，开展超临界CFB锅炉机组关键控制运行技术研发，取得了创新性研究成果。深度研究分析CFB锅炉燃烧延迟特性，创造性地将炉内大量未燃尽的炭量构造为“即燃炭”信号，推导出炉内当前时刻发热量，将该信号引入燃料量、总风量和给水流量控制回路中，将常规“燃料量－负荷”平衡发展为“即燃炭－负荷”平衡，将常规给水流量回路“煤水比”控制发展为基于“即燃炭”的“热水比”控制，研发形成了世界首台600MW超临界CFB锅炉的自动控制系统，解决了机炉协调控制、燃烧控制、主蒸汽温度调节、给水控制等技术难题，在机组精准跟踪电网AGC负荷调节指令的同时，量的大幅波动，有效解决了CFB直流锅炉煤水比精准控制和负荷自动调节等世界性难题，被国际能源署认定为循环流化床锅炉发展的标志性事件，技术达到国际领先水准。

成果介绍

1、发现了超临界CFB物料浓度三维分布规律和水冷壁热流二维分布规律；揭示出大型CFB床面流化均匀性和稳定性机理；提出了超临界CFB的水动力设计导则和低质量流率水循环解决方案；发现了大型CFB中NOx生成与控制的独特机制，并提出了深度低氮排放途径；将CFB的认识从一维发展到三维、从静态发展到动态，完整地揭示了超临界CFB锅炉原理，国际上首次建立了超临界CFB锅炉整套设计理论和计算模型，创新形成了超临界CFB关键技术体系。

2、开发了超临界CFB锅炉整体布置技术、性能计算技术；创建了超临界CFB全逆流热力流程；发明了纵流式外置换热器、多循环回路非均匀布置、低质量流率一次上升垂直水冷壁、非连续双面受热水冷壁等关键部件的专利结构和专有工艺，第一次实现了垂直管水冷壁在超临界CFB下的正响应特性；率先研制出世界上容量最大、参数最高的600MW超临界CFB锅炉。

3、研发了系列的辅机技术，形成了系统集成技术；提出了描述CFB动态特征量的“即燃碳”理论和软测量方法并用于控制系统，实现了汽温的精准控制和机组负荷自动快速调节；开发了基于机理模型的600MW超临界CFB机组仿真机；形成了超临界CFB安装、调试技术；建设了世界首台600MW超临界CFB示范工程，创建了600MW超临界CFB锅炉安全运行技术体系。

示范工程锅炉运行最大连续蒸发量1903t/h，热效率91.52%，锅炉原始排放浓度NOx为112mg/m3、SO2为192mg/m3(S=2.5%，脱硫效率97.12%，Ca/S为2.07)，综合厂用电率5.57%，各项指标均优于亚临界CFB和国外的超临界CFB。

相关研究成果发表在国际知名期刊Applied Energy上，实现循环流化床锅炉机组的变负荷范围运行在额定负荷的30-100%，变负荷速率提升至额定负荷的2.7%/min，负荷调节速率超过了电网对CFB机组负荷调节的要求，实现了循环流化床机组的灵活控制。

刘吉臻院士团队以此技术为基础，研发形成大型循环流化床锅炉机组先进控制技术，先后在多台300MW及以上大型CFB机组进行了推广应用，取得了良好的效果。技术实施后，实现CFB机组掺烧30%煤泥的基础上，主要参数能在合理波动范围内，变负荷速率能长期稳定在1.7%/min。

奖项等级

华北电力大学排名：第4

奖种、等级：国家科学技术进步奖一等奖（2017年度）

研究成果相关技术《600MW超临界循环流化床锅炉关键技术研究与应用》2015年获得教育部高等学校科学研究优秀成果一等奖；《600MW超临界循环流化床锅炉技术开发与工程示范》2015年获得中国电力科学技术一等奖；《600MW超临界循环流化床锅炉技术开发、研制与工程示范》获得2017年国家科技进步一等奖。

获授权发明专利33项、实用新型70项、软件著作权6项；论文234篇。

项目同时实现了CFB锅炉从亚临界到超临界的参数突破、300MW到600MW的容量跨越。专家鉴定意见认为：“该项目成果完全自主开发，关键技术创新性显著，研究成果达到国际领先水平”。

成果团队

主要完成人：吕俊复，徐鹏，肖创英，胡昌华，聂立，苏虎，马怀新，陈英，刘吉臻，杨海瑞，胡修奎，郑兴胜，李星华，杨冬，岳光溪

主要完成单位：清华大学，东方电气集团东方锅炉股份有限公司，神华集团有限责任公司，华北电力大学，中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，四川白马循环流化床示范电站有限责任公司，浙江大学，神华国能集团有限公司，四川电力建设三公司，中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司

目前团队正在承担660MW超超临界CFB发电机组控制系统技术研究与工程示范。

基于项目创新成果，开发了系列超临界CFB锅炉，国内推广使用解决了劣质燃料的高效清洁利用问题。提高了我国CFB锅炉的国际竞争力，全球市场占有率超过95%，创造了巨大的经济效益和社会效益。

项目实现了国际燃烧界把CFB发展到600MW超临界的梦想，国际能源组织认为是国际CFB燃烧技术发展的标志性事件，是洁净煤燃烧技术领域中国对世界的贡献。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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