中國(guó)的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，對(duì)能源的需求越來(lái)越大。中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭是主要的一次能源。煤炭在我國(guó)電力工業(yè)中占有舉足輕重的地位，發(fā)電裝機(jī)容量中火電裝機(jī)容量占70%以上，火電機(jī)組又以燃煤機(jī)組為主。近年來(lái)，中國(guó)政府大力發(fā)展水電、風(fēng)電和核電等可再生能源，但是，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，很難改變煤炭的重要地位。 　　中國(guó)是一個(gè)煤炭資源比較豐富的國(guó)家。然而，煤炭資源的分布呈現(xiàn)了嚴(yán)重不均勻性，大部分位于西北，遠(yuǎn)離發(fā)達(dá)的東南沿海。優(yōu)質(zhì)煤運(yùn)輸流向東南沿海，每年遺留近億噸劣質(zhì)煤及矸石，經(jīng)濟(jì)合理利用這些低質(zhì)量燃料，成為一個(gè)推動(dòng)中國(guó)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展的重要?jiǎng)恿χ弧? 　　與此同時(shí)，中國(guó)燃料種類繁多，包括褐煤、煙煤、貧煤、無(wú)煙煤，熱值變化很大，硫含量普遍較高（含硫﹤1%的占56%。含硫1%—2%的占32%，含硫﹥2%的占12%）。因此，利用煤炭發(fā)電成為燃煤污染物的主要來(lái)源。發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)，提高能源利用率，提高發(fā)電效率，降低污染排放，是我國(guó)能源戰(zhàn)略的重要方面。 　　循環(huán)流化床燃煤技術(shù)由于燃燒室內(nèi)強(qiáng)烈的氣固混合和質(zhì)交換，強(qiáng)化了燃燒和傳熱，使得裝置可以實(shí)現(xiàn)中等溫度穩(wěn)定燃燒。一方面可以燃用低熱值燃料，而且在850℃左右是石灰石顆粒最佳的二氧化硫吸收反應(yīng)溫度區(qū)間，實(shí)現(xiàn)了低成本的脫硫；同時(shí)此溫度區(qū)域的燃燒，氮氧化物生成量大幅度降低，直接排放已經(jīng)能夠滿足環(huán)保要求，因此循環(huán)流化床燃煤技術(shù)是一種適應(yīng)劣質(zhì)煤燃燒、低成本污染控制的清潔煤技術(shù)。 　　整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）和增壓循環(huán)流化床聯(lián)合循環(huán)（PFBC－CC）是先進(jìn)的高效清潔煤發(fā)電技術(shù)。然而其初投資大，尚有部分關(guān)鍵問(wèn)題未解決。現(xiàn)階段只能做少量示范工程加以驗(yàn)證和考驗(yàn)。超臨界、超超臨界煤粉爐技術(shù)是成熟技術(shù)，其發(fā)電效率已經(jīng)達(dá)到41%—43％，可以作為我國(guó)電力的骨干機(jī)組。然而煤粉爐對(duì)燃料的質(zhì)量及穩(wěn)定性要求較高，同時(shí)須配用煙氣脫硫脫氮裝置解決氣體污染排放。相對(duì)而言，循環(huán)流化床鍋爐以其優(yōu)異的燃料適應(yīng)性、低成本的氣體污染控制可成為以煤粉爐為主的燃煤發(fā)電結(jié)構(gòu)的有效補(bǔ)充。特別是燃用褐煤等劣質(zhì)煤具有更明顯優(yōu)越性。 　　近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外溫室氣體減排的壓力的增加，節(jié)能、提高發(fā)電效率是減少二氧化碳排放的最有效途徑，因此，提高燃用劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床鍋爐容量和蒸汽參數(shù)以提高發(fā)電效率的呼聲日益增加。開發(fā)300MW以上容量超臨界循環(huán)流化床鍋爐的課題擺在我國(guó)科研和工程界面前。超臨界循環(huán)流化床鍋爐作為下一代循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，由于可以得到較高的供電效率，脫硫成本比煙氣脫硫低50%以上，而投資最多與超臨界煤粉爐+煙氣脫硫(FGD)+SCR（選擇性催化還原降NOx）相當(dāng)，是一種適于在中國(guó)大量推廣的高效潔凈煤發(fā)電技術(shù)，其商業(yè)前途十分光明。 　　我國(guó)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展歷程及主要?jiǎng)?chuàng)新成果 　　我國(guó)與世界幾乎同步于上世紀(jì)80年代初期開始研究和開發(fā)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)。大體上我國(guó)的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展可以分為四個(gè)階段： 　　1980—1990年為第一階段，其間我國(guó)借用發(fā)展鼓泡床的經(jīng)驗(yàn)開發(fā)了帶有飛灰循環(huán)、取消了密相區(qū)埋管的改進(jìn)型鼓泡床鍋爐，容量在35t/h—75t/h。由于沒(méi)有認(rèn)識(shí)到循環(huán)流化床鍋爐與鼓泡床鍋爐在流態(tài)上的差別，這批鍋爐存在嚴(yán)重的負(fù)荷不足和磨損問(wèn)題。 　　1990—2000年為第二階段，我國(guó)科技工作者開展了全面的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)基礎(chǔ)研究，基本上掌握了循環(huán)流化床流動(dòng)、燃燒、傳熱的基本規(guī)律。應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，成功開發(fā)了75t/h—220t/h蒸發(fā)量的國(guó)產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐，占據(jù)了我國(guó)熱電市場(chǎng)。 　　2000—2005年為第三階段，其間為進(jìn)入電力市場(chǎng)，通過(guò)四川高壩100MW等技術(shù)引進(jìn)和自主開發(fā)，一大批135—150MWe超高壓再熱循環(huán)流化床鍋爐投運(yùn)。我國(guó)研究人員和工程界也通過(guò)實(shí)踐形成了系統(tǒng)的循環(huán)流化床燃燒理論體系和設(shè)計(jì)導(dǎo)則，該設(shè)計(jì)理論達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 　　2005年之后為第四階段，其間發(fā)改委組織引進(jìn)了法國(guó)阿爾斯通全套300MWe亞臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，第一個(gè)示范在四川白馬（燃用無(wú)煙煤）取得了成功，隨即，采用同樣技術(shù)的云南紅河電廠、國(guó)電開原電廠和巡檢司電廠（燃用褐煤）以及秦皇島電廠（燃用煙煤）均成功運(yùn)行。由于我國(guó)已經(jīng)形成了堅(jiān)實(shí)的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)，對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化和再創(chuàng)新速度很快，引進(jìn)技術(shù)投運(yùn)不久，就針對(duì)其缺點(diǎn)，開發(fā)出性能先進(jìn)、適合中國(guó)煤種特點(diǎn)的國(guó)產(chǎn)化300MWe亞臨界循環(huán)流化床鍋爐，而且由于國(guó)產(chǎn)技術(shù)的價(jià)格與性能優(yōu)勢(shì)，2008年后新訂貨的300MW循環(huán)流化床鍋爐幾乎均為國(guó)產(chǎn)技術(shù)。以哈鍋、東鍋和上鍋為代表的鍋爐制造企業(yè)也建立了大容量高參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐工裝設(shè)備體系，制造經(jīng)驗(yàn)達(dá)到世界一流。 　　從100MW等級(jí)到300MW等級(jí)循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)制造水平上新臺(tái)階，運(yùn)行水平大幅提高，設(shè)備可靠性大幅提升；節(jié)能環(huán)保性能大幅提升（供電煤耗降低10%，脫硫效率從90%上升至95%），資源綜合利用水平大幅提高。同時(shí)技貿(mào)結(jié)合引進(jìn)技術(shù)建設(shè)白馬1×300MW循環(huán)流化床機(jī)組示范工程起了關(guān)鍵作用，在節(jié)能環(huán)保、資源綜合利用和技術(shù)創(chuàng)新方面都起到了工程典范的作用。 　　開發(fā)超臨界循環(huán)流化床鍋爐的意義 　　循環(huán)流化床燃燒技術(shù)已經(jīng)證明在劣質(zhì)煤利用和污染控制成本方面具有優(yōu)勢(shì)。然而進(jìn)入電力市場(chǎng)后，其發(fā)電效率與我國(guó)迅速發(fā)展的大容量、超臨界參數(shù)煤粉爐相比尚有不足。提高蒸汽參數(shù)是提高發(fā)電效率的最有效途徑。資料表明，8.83MPa、535℃的高壓電站供電效率為30.04%，12.7MPa、535℃超高壓電站供電效率為32.16%，16.3MPa、535/537℃亞臨界電站供電效率為37.12%，24.3MPa、540/560℃超臨界鍋爐電站供電效率為40.95%。大型電廠普遍采用的煤粉燃燒鍋爐即是沿著中壓→高壓→超高壓→亞臨界→超臨界這一條路發(fā)展的。因此容量向300MW以上、參數(shù)向超臨界轉(zhuǎn)化是循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。超臨界循環(huán)流化床鍋爐作為下一代循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，可以得到42％左右的較高的發(fā)電效率。總投資約為超臨界煤粉爐+FGD+SCR的78%，運(yùn)行成本為超臨界煤粉爐+煙氣脫硫+SCR的37%，且不需采取附加措施皆能滿足NOx排放低于200mg/Nm3，因此被認(rèn)為是一種適于在中國(guó)大量推廣的清潔燃煤發(fā)電技術(shù)。特別應(yīng)當(dāng)指出的是，循環(huán)流化床鍋爐中石灰石脫硫是爐內(nèi)干法脫硫，與濕法煙氣脫硫相比，可以節(jié)約大量水的消耗。這對(duì)我國(guó)水資源缺乏的現(xiàn)實(shí)，具有重要意義。 　　自主開發(fā)600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的進(jìn)展 　　超臨界循環(huán)流化床鍋爐本質(zhì)上是將大型循環(huán)流化床燃燒與垂直管本生直流鍋爐的結(jié)合，需要有大型循環(huán)流化床鍋爐和超臨界垂直管圈煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)。 　　我國(guó)在完成300MW亞臨界大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的引進(jìn)消化再創(chuàng)新同時(shí)，通過(guò)引進(jìn)和吸收也掌握了600—1000MW超臨界、超超臨界煤粉爐的設(shè)計(jì)制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)已經(jīng)具備了自主研發(fā)600MWe超臨界循環(huán)流化床鍋爐的基本條件。國(guó)家發(fā)改委在引進(jìn)300MW循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)技術(shù)時(shí)已經(jīng)明確批示今后不再繼續(xù)引進(jìn)國(guó)外循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)一步的發(fā)展將完全建立在自主開發(fā)基礎(chǔ)上。 　　國(guó)際上從20世紀(jì)末開始超臨界循環(huán)流化床鍋爐的研究。美國(guó)福斯特·惠勒（Foster Wheeler）公司是世界上第一個(gè)獲得超臨界循環(huán)流化床鍋爐定貨合同的公司，該公司與波蘭Lagisza電廠簽訂了一臺(tái)460MWe 超臨界循環(huán)流化床鍋爐，該爐設(shè)計(jì)容量為460MWe，主蒸汽流量1300t/h，壓力28.2MPa、溫度563℃；再熱蒸汽壓力5MPa、溫度582℃。工程項(xiàng)目于2006年啟動(dòng)。據(jù)報(bào)道去年該爐點(diǎn)火，目前已經(jīng)轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)行。ALSTOM公司也對(duì)超臨界循環(huán)流化床鍋爐展開了大量的研究。 　　我國(guó)于“十五”（2001—2005）期間通過(guò)“863”和科技攻關(guān)項(xiàng)目中支持開展了超臨界循環(huán)流化床鍋爐方案的初步研究。超臨界循環(huán)流化床鍋爐的研究列入“十一五”科技支撐計(jì)劃的重大項(xiàng)目，國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)了600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的示范工程立項(xiàng)，2008年確定示范工程點(diǎn)設(shè)在原引進(jìn)300MWe循環(huán)流化床鍋爐第一個(gè)示范工程所在電廠—四川白馬循環(huán)流化床示范電站，以利于充分利用該廠300MW循環(huán)流化床鍋爐方面的經(jīng)驗(yàn)。而我國(guó)科研工作者和鍋爐廠完成了600MW循環(huán)流化床示范項(xiàng)目的前期研究和設(shè)計(jì)任務(wù)。三家鍋爐廠分別完成的三個(gè)各具特色的600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)方案，其中哈爾濱鍋爐廠采用雙燃燒室中質(zhì)量流率節(jié)流管圈配6個(gè)熱絕緣旋風(fēng)分離器、6個(gè)外置床的方案。東方鍋爐廠選用雙布風(fēng)板單爐膛低質(zhì)量流率、6個(gè)氣冷分離器配6個(gè)外置床方案。上海鍋爐廠選用單爐膛雙回路、高質(zhì)量流率配6個(gè)熱絕緣旋風(fēng)筒6個(gè)外置床的方案。三個(gè)方案均已經(jīng)通過(guò)用戶和專家組兩次評(píng)審，認(rèn)為方案均可行，可以進(jìn)入技術(shù)設(shè)計(jì)階段。2008年，國(guó)家發(fā)改委決定選擇東方鍋爐廠作為四川白馬600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電示范工程的鍋爐提供方。科研單位集中對(duì)東方鍋爐廠的技術(shù)方案進(jìn)行了深入分析和系列研究。 　　清華大學(xué)完成了對(duì)600MW循環(huán)流化床鍋爐東鍋方案多分離器流動(dòng)平衡大型冷模試驗(yàn)驗(yàn)證，在300MW循環(huán)流化床鍋爐上進(jìn)行了600MW大截面水冷壁熱流二維分布的熱態(tài)測(cè)試，詳細(xì)研究了超高爐膛的氣固兩相流動(dòng)，西安交大已經(jīng)完成了國(guó)產(chǎn)內(nèi)螺紋管水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，與此同時(shí)，針對(duì)超臨界循環(huán)流化床鍋爐的熱力系統(tǒng)，進(jìn)行了鍋爐機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性及相關(guān)附機(jī)的研制已經(jīng)取得成果，這些研究工作為600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電示范工程成功提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 　　目前東方鍋爐廠已經(jīng)完成了鍋爐全部技術(shù)設(shè)計(jì)并通過(guò)了國(guó)家發(fā)改委自主研發(fā)超臨界600MW循環(huán)流化床鍋爐專家組評(píng)審，進(jìn)入施工設(shè)計(jì)和部件制造階段。西南電力設(shè)計(jì)院完成了鍋爐島的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及整個(gè)電廠的設(shè)計(jì)工作，相關(guān)輔機(jī)配套已經(jīng)確定。600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電可以將發(fā)電效率從亞臨界的39%提高到42%—43%，發(fā)電煤耗接近我國(guó)燃煤主力機(jī)組的水平，一方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能減少二氧化碳排放，同時(shí)擴(kuò)大循環(huán)流化床鍋爐在低成本污染控制方面的優(yōu)勢(shì)。預(yù)期示范工程可在2011年建成。該示范工程是我國(guó)大型循環(huán)流化床鍋爐研發(fā)達(dá)到世界領(lǐng)先水平的標(biāo)志。不同容量循環(huán)流化床電站主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較如下表： 　　我國(guó)循環(huán)流化床技術(shù)的未來(lái)展望 　　目前，國(guó)際上認(rèn)為超臨界循環(huán)流化床是燃煤發(fā)電降低污染排放的重要突破性技術(shù)之一。其原因是循環(huán)流化床燃燒已經(jīng)證明在污染控制排放，包括未來(lái)要考慮的汞排放等方面具有其它燃燒方式不可替代的優(yōu)勢(shì)。很可能大型燃煤發(fā)電要走循環(huán)流化床的方式。因此必須解決循環(huán)流化床高參數(shù)，超臨界化的問(wèn)題，以給未來(lái)二氧化碳減排留下效率損失空間。 　　美國(guó)和歐洲均在超臨界循環(huán)流化床研發(fā)方面做了大量工作。特別是美國(guó)FW公司于2002年12月在波蘭Lagisza電廠簽訂了世界第一臺(tái)460MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐供貨合同后，電站項(xiàng)目于2006年1月開工，2009年3月開始調(diào)試，6月交付用戶投入商業(yè)運(yùn)行，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反映回來(lái)的資料，該鍋爐全面達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。供電效率達(dá)到43.3%，鍋爐效率超過(guò)93%，運(yùn)行平穩(wěn)，負(fù)荷調(diào)節(jié)特性滿足電網(wǎng)調(diào)度要求。現(xiàn)在FW又在俄羅斯開始建設(shè)一臺(tái)330MW超臨界循環(huán)床鍋爐。 　　我國(guó)在“十一五”期間安排了600MW超臨界循環(huán)流化床的示范工程。它將帶動(dòng)一批相同等級(jí)的循環(huán)流化床發(fā)電項(xiàng)目。同時(shí)根據(jù)我國(guó)燃煤發(fā)電節(jié)能降耗，降低污染排放的需求，對(duì)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)提出新的任務(wù)：1）發(fā)展更高供電效率的超超臨界600MW到800MW循環(huán)流化床鍋爐。2）超臨界循環(huán)流化床產(chǎn)品容量系列化，開發(fā)簡(jiǎn)易型300MW超臨界循環(huán)流化床系列產(chǎn)品。3）進(jìn)一步挖掘循環(huán)流化床節(jié)能潛力，發(fā)展近期已在小容量循環(huán)流化床鍋爐驗(yàn)證成功的節(jié)能型循環(huán)流化床技術(shù)，將該技術(shù)大型化。4）開發(fā)適合于煤矸石，其它劣質(zhì)燃料的大型循環(huán)流化床技術(shù)。 　　相信循環(huán)流化床燃燒技術(shù)必將在未來(lái)我國(guó)燃煤發(fā)電方面發(fā)揮更大的作用，為節(jié)能減排和資源綜合利用作出更大的貢獻(xiàn)。