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東方鍋爐600MW超臨界CFB鍋爐的商業(yè)化運行，把國內(nèi)潔凈煤燃燒技術(shù)提升到了新的水平。而該項目的運行又給國內(nèi)的大型裝備企業(yè)帶來怎樣的借鑒呢？
從自貢市區(qū)向東北沿渝昆高速驅(qū)車40多公里，便來到神華國能所在的四川白馬600MW超臨界CFB鍋爐示范電站。這個半山環(huán)繞的電廠，自4月以來就吸引了一批又一批的慕名而來者。一組裝機(jī)600MW的超臨界循環(huán)流化床鍋爐（簡稱“CFB”）示范電站，成了焦點。
“這套設(shè)備不僅實現(xiàn)了煤炭的高效率轉(zhuǎn)化，降低了污染物排放，更重要的是它對煤種的選擇范圍更廣泛。”白馬電廠發(fā)電部主任謝澤良說。隨著白馬電廠600MW超臨界CFB示范電站，通過168小時試運行，正式投入商業(yè)運行，意味著國內(nèi)企業(yè)在潔凈煤燃燒技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新的突破。
然而，更多的人在關(guān)注示范電站本身的同時，卻忽視了示范電站的核心部分——600MW超臨界CFB鍋爐。作為該鍋爐的設(shè)計研發(fā)者，東方鍋爐團(tuán)隊同樣有著自己的體會。東方鍋爐總經(jīng)理徐鵬表示，“該項目的商業(yè)化運行，對國家重大技術(shù)裝備制造企業(yè)全面掌握600MW超臨界CFB原始設(shè)計技術(shù)，提高企業(yè)自主創(chuàng)新和自主開發(fā)能力，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)能源發(fā)展與環(huán)境保護(hù)具有劃時代的重大意義。”
東方鍋爐600MW超臨界CFB鍋爐，到底給行業(yè)帶來了哪些改變？在整個研發(fā)制造過程中，他們又遇到了怎樣的困難。最終東方鍋爐又如何與神華白馬電廠在應(yīng)用中實現(xiàn)結(jié)合。
示范者
在四川德陽，東方鍋爐設(shè)有3兆瓦的CFB試驗平臺，用于技術(shù)研究和開發(fā)。
當(dāng)日，在試驗間的小桌子上，擺放著五六瓶煤炭燃燒后的灰渣樣本——黑色、淺灰、土黃等。“我們的試驗平臺，主要是測試不同煤種燃燒的變化，以及對鍋爐的影響，最終采取不同的應(yīng)對辦法。這些不同顏色的灰渣，就是來自貴州、山西、新疆甚至國外的煤炭燃燒的結(jié)果。”東鍋技術(shù)中心工程師林山虎表示。
對于不同煤種，尤其是低熱量煤種的試驗，是東方鍋爐德陽基地的主要任務(wù)。在國內(nèi)低熱值煤儲量眾多。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)每年大約有2億噸煤矸石、煤泥、洗中煤等低熱值煤尚未得到利用。這為CFB鍋爐提供了廣闊的市場空間。
去年3月，國家科技部也明確提出煤電技術(shù)的發(fā)展趨勢是“大型、高參數(shù)、潔凈”，并將高參數(shù)、新型CFB燃煤鍋爐列為煤電四大重要發(fā)展方向之一。
單就東方鍋爐自身而言，其研究CFB鍋爐可以追溯到上世紀(jì)70年代�！皬�70年代開始，我們就在做循環(huán)流化床的技術(shù)開發(fā)，到80年代東方鍋爐在國內(nèi)，首先建立了循環(huán)流化床的冷熱態(tài)試驗臺。”東方鍋爐副總經(jīng)理胡修奎介紹說。
由于具備多年的研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗，也讓東方鍋爐占據(jù)了絕對的市場優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計，目前東方鍋爐設(shè)計、制造的各容量等級CFB鍋爐超過200臺套，國內(nèi)市場占有率超過30%。其中，300MW等級CFB鍋爐國內(nèi)市場占有率達(dá)到70%，并成功出口歐洲。
2007年7月，國內(nèi)600MW超臨界CFB示范電站項目正式啟動。該項目是我國繼300MW等級CFB鍋爐之后，將CFB燃燒技術(shù)與超臨界技術(shù)完美融合的示范工程。由神華國能四川白馬電廠運營，東方鍋爐進(jìn)行設(shè)計研發(fā)生產(chǎn)，雙方配合完成。
在胡修奎看來，該項目的高參數(shù)、蒸汽循環(huán)效率更高。同時，它能夠?qū)崿F(xiàn)低污染排放�！把h(huán)流化床技術(shù)作為主要潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一，脫硫、脫硝過程全都在爐床內(nèi)進(jìn)行，在充分燃燒劣質(zhì)煤的同時，減少了二氧化硫和氮氧化物的排放。”這也讓其在國內(nèi)，也在世界范圍內(nèi)成為極為推崇的一項技術(shù)。
更為重要的是，超臨界CFB鍋爐的煤種適應(yīng)性廣。它不僅能夠適應(yīng)于低熱值的煤種，甚至連極低熱值1000多大卡的煤矸石也可以燃燒利用�！斑@不僅考驗著鍋爐爐膛的設(shè)計，對灰渣的處理系統(tǒng)的設(shè)計也有特殊要求�！焙蘅f。
毫無疑問，由東方鍋爐研制的超臨界CFB鍋爐，在行業(yè)引發(fā)了巨大的示范效應(yīng)，但其前期的研發(fā)生產(chǎn)并非一帆風(fēng)順。
新考驗
“水動力的設(shè)計，是超臨界CFB鍋爐能否成功最關(guān)鍵的因素。也是當(dāng)時最大的難題�！毙禊i回憶稱。
為此，東方鍋爐專門成立了水動力研究組。其中包括東方鍋爐自身的力量，以及西安交通大學(xué)等科研院所、研究機(jī)構(gòu)對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究試驗，并掌握了一定的水動力技術(shù)在超臨界CFB鍋爐中的應(yīng)用。
與此同時，為保證超臨界循環(huán)流化床鍋爐水動力計算的準(zhǔn)確性，2007年6月，東方鍋爐與西門子簽訂了“本生鍋爐許可證協(xié)議”，研發(fā)人員利用引進(jìn)技術(shù)對600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的水動力設(shè)計方案進(jìn)行了詳細(xì)計算，確保了鍋爐水動力的安全性。
不僅是水動力設(shè)計方案，在整個600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計研發(fā)中，仍有不少的技術(shù)難題。面對重達(dá)2.4萬噸，高89米，重量和外形尺寸相當(dāng)于百萬千瓦常規(guī)機(jī)組的600MW超臨界CFB機(jī)組的鍋爐。如何實現(xiàn)鍋爐爐膛的合理設(shè)計，則是另一道難題。
為此，東方鍋爐的研發(fā)人員在以往經(jīng)驗基礎(chǔ)上，通過大量復(fù)雜的科學(xué)計算，完成了多個爐膛總體布置的初步方案設(shè)計工作，對不帶外置式換熱器的可行性進(jìn)行了分析計算。 經(jīng)過專家們的多次評審權(quán)衡，最終確定了相應(yīng)的布置形式，并將高溫級受熱面布置在高溫的主回路系統(tǒng)中。
在徐鵬看來，鍋爐床溫的控制，床溫如何分布均勻，將直接影響鍋爐的穩(wěn)定、安全運行以及污染物的排放。
在這一點上，東方鍋爐的研發(fā)人員通過對超臨界參數(shù)工質(zhì)特性的分析，總結(jié)了超臨界煤粉爐熱力系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗，并結(jié)合以往循環(huán)流化床鍋爐主回路系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗，根據(jù)白馬燃用煤質(zhì)特性及總體布置情況，最終制定了9個初步方案。從中優(yōu)中選優(yōu)，最終確定了各級受熱面的布置以及鍋爐主循環(huán)回路吸熱份額，從而確定了鍋爐水冷壁系統(tǒng)、省煤器系統(tǒng)、各級過熱器及再熱器受熱面吸熱份額。
同時，在鍋爐設(shè)計研發(fā)的其他領(lǐng)域。東方鍋爐與清華大學(xué)、浙江大學(xué)、西安熱工院等國內(nèi)科研院所廣泛進(jìn)行了產(chǎn)學(xué)研合作，研究內(nèi)容涉及鍋爐系統(tǒng)設(shè)計、水冷壁壁面熱負(fù)荷計算、爐內(nèi)屏布置方式對主循環(huán)回路均勻性影響的實驗研究、冷態(tài)�；囼灱皵�(shù)值計算研究、鍋爐計算軟件包的開發(fā)等。
為了提高研發(fā)效率，東方鍋爐建立了以自身為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系。研發(fā)工作小組組長聶立帶領(lǐng)設(shè)計研發(fā)團(tuán)隊潛心研究，反復(fù)論證各個方案，逐步解決了爐膛選型、水動力設(shè)計、熱力系統(tǒng)匹配等設(shè)計難題。
“在白馬600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)過程中，通過大力開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)，我們進(jìn)一步提升了自主創(chuàng)新能力”，東方鍋爐技術(shù)中心主任聶立介紹說。
啟示錄
兩個多月前，國家發(fā)改委對600MW超臨界CFB鍋爐投入商業(yè)化運行，向東方鍋爐發(fā)來了賀信。在這份賀信中，國家發(fā)改委強(qiáng)調(diào)要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗，把示范做得更好。事實上，此前曾參與該示范項目的企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)為此專門進(jìn)行了探討。
在研討會上，國家能源局綜合處處長趙一農(nóng)指出，四川白馬電廠600MW超臨界CFB示范電站的順利建成投產(chǎn)，是中國電力裝備國產(chǎn)化取得的一個重大突破，具有里程碑的意義。希望通過提高優(yōu)化運行水平，使電站起到真正的示范作用，加快潔凈煤技術(shù)推廣應(yīng)用。
作為600MW超臨界CFB鍋爐研發(fā)主體的東方鍋爐，其總經(jīng)理徐鵬也有自己的看法。在他看來，三大結(jié)合（政府與企業(yè)的結(jié)合；產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合；產(chǎn)用的結(jié)合）是該項目實施最大的收獲。也是國內(nèi)在重大裝備制造研發(fā)中值得借鑒的經(jīng)驗，而產(chǎn)用結(jié)合的商業(yè)模式或許會在產(chǎn)業(yè)內(nèi)大范圍推廣。
政府主導(dǎo)、企業(yè)為實施主體是項目開展實施的保障。此前，國家發(fā)改委和國家能源局，確定了600MW超臨界CFB示范電站項目。隨后，專門成立了專家組，對這個項目中首次采用的產(chǎn)品，進(jìn)行審核、研究、把關(guān)，這其中包括鍋爐、風(fēng)機(jī)、除塵器等�！斑@其中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都不可能示范成功。” 徐鵬說。
同時，由東方鍋爐研制并聯(lián)合國內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)對項目進(jìn)行研發(fā)，借助了很多外部力量，從不同的視角對項目提出了建議，有利于更全面的開發(fā)研制。
更為重要的是，研發(fā)企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)的結(jié)合，這避免了生產(chǎn)企業(yè)的閉門造車。徐鵬說，“以前，很多研究更多的是先列研究項目，未來誰用不知道。而在該項目確立初國家發(fā)改委就明確要求，研制單位東方鍋爐未來開發(fā)的產(chǎn)品，用在白馬電廠，這也讓用戶方參與了設(shè)計研發(fā)，他們會站在應(yīng)用的角度，及時提出問題，并糾正應(yīng)用中可能面臨的問題�！�
隨著東方鍋爐600MW超臨界CFB鍋爐進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用，也把國內(nèi)的超臨界循環(huán)流化床技術(shù)帶到了新的水平。而在該項目的研制運行過程中所取得經(jīng)驗，或許更是值得在國內(nèi)大型裝備制造中推廣的地方。
