循環流化床燃燒技術是潔凈煤技術中最具商業化潛力、污染排放控制成本最低的技術，同時由于煤種適應性強，也是消納煤炭生產帶來的大量煤矸石的最有效手段。超臨界循環流化床鍋爐作為下一代循環流化床燃燒技術，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，是一種適于在中國大量推廣的高效潔凈煤發電技術。

　　我國以煤為主要一次能源的局面長期不會改變。燃煤帶來的污染以及溫室氣體的排放是影響我國可持續發展的主要問題之一。循環流化床燃燒技術是潔凈煤技術中最具商業化潛力、污染排放控制成本最低的技術，同時由于煤種適應性強，也是消納煤炭生產帶來的大量煤矸石的最有效手段。我國自上世紀80年代初，在政府的大力支持下開展了循環流化床燃燒技術的研發，同時引進國外大型循環流化床鍋爐技術。通過自主研發和對國外技術的消化吸收，成功形成了具有自主知識產權的150MW中壓到300MW亞臨界循環流化床鍋爐產品系列，完全占據了我國熱電市場和部分電力市場。在國家發改委、國家能源局、科技部的大力支持下，我國正集合國內主要循環流化床鍋爐研究力量，在四川白馬開展世界最大容量600MW超臨界循環流化床鍋爐示范工程前期工作。600MW超臨界循環流化床機組發電可以將發電效率從亞臨界的39%提高到42%，發電煤耗接近我國燃煤主力機組的水平，一方面實現節能減少二氧化碳排放，同時擴大循環流化床鍋爐在低成本污染控制方面的優勢。該工程標志著我國循環流化床鍋爐研發達到世界領先水平。對我國以節能減排，減少二氧化碳排放的潔凈煤事業做出重大貢獻。

　　循環流化床技術在我國潔凈煤技術中的地位

　　中國的經濟迅速發展，對能源的需求越來越大。中國的能源結構中，煤炭是主要的一次能源。煤炭在我國電力工業中占有舉足輕重的地位，發電裝機容量中火電裝機容量占70%以上，火電機組又以燃煤機組為主。近年來，中國政府大力發展水電、風電和核電等可再生能源，但是，在可以預見的未來，很難改變煤炭的重要地位。

　　中國是一個煤炭資源比較豐富的國家。然而，煤炭資源的分布呈現了嚴重不均勻性，大部分位于西北，遠離發達的東南沿海。優質煤運輸流向東南沿海，每年遺留近億噸劣質煤及矸石，經濟合理利用這些低質量燃料，成為一個推動中國循環流化床燃燒技術發展的重要動力之一。

　　與此同時，中國燃料種類繁多，包括褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤，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，利用煤炭發電成為燃煤污染物的主要來源。發展潔凈煤發電技術，提高能源利用率，提高發電效率，降低污染排放，是我國能源戰略的重要方面。

　　循環流化床燃煤技術由于燃燒室內強烈的氣固混合和質交換，強化了燃燒和傳熱，使得裝置可以實現中等溫度穩定燃燒。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溫度區間，實現了低成本的脫硫；同時此溫度區域的燃燒，氮氧化物生成量大幅度降低，直接排放已經能夠滿足環保要求，因此循環流化床燃煤技術是一種適應劣質煤燃燒、低成本污染控制的清潔煤技術。

　　整體煤氣化聯合循環（IGCC）和增壓循環流化床聯合循環（PFBC－CC）是先進的高效清潔煤發電技術。然而其初投資大，尚有部分關鍵問題未解決。現階段只能做少量示范工程加以驗證和考驗。超臨界、超超臨界煤粉爐技術是成熟技術，其發電效率已經達到41%—43％，可以作為我國電力的骨干機組。然而煤粉爐對燃料的質量及穩定性要求較高，同時須配用煙氣脫硫脫氮裝置解決氣體污染排放。相對而言，循環流化床鍋爐以其優異的燃料適應性、低成本的氣體污染控制可成為以煤粉爐為主的燃煤發電結構的有效補充。特別是燃用褐煤等劣質煤具有更明顯優越性。

　　近年來，隨著國內外溫室氣體減排的壓力的增加，節能、提高發電效率是減少二氧化碳排放的最有效途徑，因此，提高燃用劣質煤的循環流化床鍋爐容量和蒸汽參數以提高發電效率的呼聲日益增加。開發300MW以上容量超臨界循環流化床鍋爐的課題擺在我國科研和工程界面前。超臨界循環流化床鍋爐作為下一代循環流化床燃燒技術，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，是一種適于在中國大量推廣的高效潔凈煤發電技術，其商業前途十分光明。

　　我國循環流化床燃燒技術發展歷程及主要創新成果

　　我國與世界幾乎同步于上世紀80年代初期開始研究和開發循環流化床鍋爐技術。大體上我國的循環流化床燃燒技術發展可以分為四個階段：

　　1980—1990年為第一階段，其間我國借用發展鼓泡床的經驗開發了帶有飛灰循環、取消了密相區埋管的改進型鼓泡床鍋爐，容量在35t/h—75t/h。由于沒有認識到循環流化床鍋爐與鼓泡床鍋爐在流態上的差別，這批鍋爐存在嚴重的負荷不足和磨損問題。

　　1990—2000年為第二階段，我國科技工作者開展了全面的循環流化床燃燒技術基礎研究，基本上掌握了循環流化床流動、燃燒、傳熱的基本規律。應用到產品設計上，成功開發了75t/h—220t/h蒸發量的國產循環流化床鍋爐，占據了我國熱電市場。

　　2000—2005年為第三階段，其間為進入電力市場，通過四川高壩100MW等技術引進和自主開發，一大批135—150MWe超高壓再熱循環流化床鍋爐投運。我國研究人員和工程界也通過實踐形成了系統的循環流化床燃燒理論體系和設計導則，該設計理論達到了世界先進水平。

　　2005年之后為第四階段，其間發改委組織引進了法國阿爾斯通全套300MWe亞臨界循環流化床鍋爐技術，第一個示范在四川白馬（燃用無煙煤）取得了成功，隨即，采用同樣技術的云南紅河電廠、國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）均成功運行。由于我國已經形成了堅實的循環流化床鍋爐設計理論基礎，對引進技術的消化和再創新速度很快，引進技術投運不久，就針對其缺點，開發出性能先進、適合中國煤種特點的國產化300MWe亞臨界循環流化床鍋爐，而且由于國產技術的價格與性能優勢，2008年后新訂貨的300MW循環流化床鍋爐幾乎均為國產技術。以哈鍋、東鍋和上鍋為代表的鍋爐制造企業也建立了大容量高參數循環流化床鍋爐工裝設備體系，制造經驗達到世界一流。

　　從100MW等級到300MW等級循環流化床鍋爐設計制造水平上新臺階，運行水平大幅提高，設備可靠性大幅提升；節能環保性能大幅提升（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。同時技貿結合引進技術建設白馬1×300MW循環流化床機組示范工程起了關鍵作用，在節能環保、資源綜合利用和技術創新方面都起到了工程典范的作用。

　　開發超臨界循環流化床鍋爐的意義

　　循環流化床燃燒技術已經證明在劣質煤利用和污染控制成本方面具有優勢。然而進入電力市場后，其發電效率與我國迅速發展的大容量、超臨界參數煤粉爐相比尚有不足。提高蒸汽參數是提高發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→超臨界這一條路發展的。因此容量向300MW以上、參數向超臨界轉化是循環流化床燃燒技術發展的必然趨勢。超臨界循環流化床鍋爐作為下一代循環流化床鍋爐技術，可以得到42％左右的較高的發電效率。總投資約為超臨界煤粉爐+FGD+SCR的78%，運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，因此被認為是一種適于在中國大量推廣的清潔燃煤發電技術。特別應當指出的是，循環流化床鍋爐中石灰石脫硫是爐內干法脫硫，與濕法煙氣脫硫相比，可以節約大量水的消耗。這對我國水資源缺乏的現實，具有重要意義。

　　自主開發600MW超臨界循環流化床鍋爐的進展

　　超臨界循環流化床鍋爐本質上是將大型循環流化床燃燒與垂直管本生直流鍋爐的結合，需要有大型循環流化床鍋爐和超臨界垂直管圈煤粉鍋爐的設計制造經驗。

　　我國在完成300MW亞臨界大型循環流化床鍋爐技術的引進消化再創新同時，通過引進和吸收也掌握了600—1000MW超臨界、超超臨界煤粉爐的設計制造和運行經驗。我國已經具備了自主研發600MWe超臨界循環流化床鍋爐的基本條件。國家發改委在引進300MW循環流化床鍋爐設計技術時已經明確批示今后不再繼續引進國外循環流化床鍋爐設計技術，進一步的發展將完全建立在自主開發基礎上。

　　國際上從20世紀末開始超臨界循環流化床鍋爐的研究。美國福斯特·惠勒（Foster Wheeler）公司是世界上第一個獲得超臨界循環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460MWe 超臨界循環流化床鍋爐，該爐設計容量為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℃。工程項目于2006年啟動。據報道去年該爐點火，目前已經轉入商業運行。ALSTOM公司也對超臨界循環流化床鍋爐展開了大量的研究。

　　我國于“十五”（2001—2005）期間通過“863”和科技攻關項目中支持開展了超臨界循環流化床鍋爐方案的初步研究。超臨界循環流化床鍋爐的研究列入“十一五”科技支撐計劃的重大項目，國家發改委批準了600MW超臨界循環流化床鍋爐的示范工程立項，2008年確定示范工程點設在原引進300MWe循環流化床鍋爐第一個示范工程所在電廠—四川白馬循環流化床示范電站，以利于充分利用該廠300MW循環流化床鍋爐方面的經驗。而我國科研工作者和鍋爐廠完成了600MW循環流化床示范項目的前期研究和設計任務。三家鍋爐廠分別完成的三個各具特色的600MW超臨界循環流化床鍋爐技術方案，其中哈爾濱鍋爐廠采用雙燃燒室中質量流率節流管圈配6個熱絕緣旋風分離器、6個外置床的方案。東方鍋爐廠選用雙布風板單爐膛低質量流率、6個氣冷分離器配6個外置床方案。上海鍋爐廠選用單爐膛雙回路、高質量流率配6個熱絕緣旋風筒6個外置床的方案。三個方案均已經通過用戶和專家組兩次評審，認為方案均可行，可以進入技術設計階段。2008年，國家發改委決定選擇東方鍋爐廠作為四川白馬600MW超臨界循環流化床鍋爐發電示范工程的鍋爐提供方。科研單位集中對東方鍋爐廠的技術方案進行了深入分析和系列研究。

　　清華大學完成了對600MW循環流化床鍋爐東鍋方案多分離器流動平衡大型冷模試驗驗證，在300MW循環流化床鍋爐上進行了600MW大截面水冷壁熱流二維分布的熱態測試，詳細研究了超高爐膛的氣固兩相流動，西安交大已經完成了國產內螺紋管水動力學試驗，與此同時，針對超臨界循環流化床鍋爐的熱力系統，進行了鍋爐機組的動態特性及相關附機的研制已經取得成果，這些研究工作為600MW超臨界循環流化床鍋爐發電示范工程成功提供了堅實的基礎。

　　目前東方鍋爐廠已經完成了鍋爐全部技術設計并通過了國家發改委自主研發超臨界600MW循環流化床鍋爐專家組評審，進入施工設計和部件制造階段。西南電力設計院完成了鍋爐島的系統設計以及整個電廠的設計工作，相關輔機配套已經確定。600MW超臨界循環流化床鍋爐發電可以將發電效率從亞臨界的39%提高到42%—43%，發電煤耗接近我國燃煤主力機組的水平，一方面實現節能減少二氧化碳排放，同時擴大循環流化床鍋爐在低成本污染控制方面的優勢。預期示范工程可在2011年建成。該示范工程是我國大型循環流化床鍋爐研發達到世界領先水平的標志。不同容量循環流化床電站主要技術經濟指標比較如下表：

　　我國循環流化床技術的未來展望

　　目前，國際上認為超臨界循環流化床是燃煤發電降低污染排放的重要突破性技術之一。其原因是循環流化床燃燒已經證明在污染控制排放，包括未來要考慮的汞排放等方面具有其它燃燒方式不可替代的優勢。很可能大型燃煤發電要走循環流化床的方式。因此必須解決循環流化床高參數，超臨界化的問題，以給未來二氧化碳減排留下效率損失空間。

　　美國和歐洲均在超臨界循環流化床研發方面做了大量工作。特別是美國FW公司于2002年12月在波蘭Lagisza電廠簽訂了世界第一臺460MW超臨界循環流化床鍋爐供貨合同后，電站項目于2006年1月開工，2009年3月開始調試，6月交付用戶投入商業運行，根據現場反映回來的資料，該鍋爐全面達到了設計指標。供電效率達到43.3%，鍋爐效率超過93%，運行平穩，負荷調節特性滿足電網調度要求。現在FW又在俄羅斯開始建設一臺330MW超臨界循環床鍋爐。

　　我國在“十一五”期間安排了600MW超臨界循環流化床的示范工程。它將帶動一批相同等級的循環流化床發電項目。同時根據我國燃煤發電節能降耗，降低污染排放的需求，對循環流化床燃燒技術提出新的任務：1）發展更高供電效率的超超臨界600MW到800MW循環流化床鍋爐。2）超臨界循環流化床產品容量系列化，開發簡易型300MW超臨界循環流化床系列產品。3）進一步挖掘循環流化床節能潛力，發展近期已在小容量循環流化床鍋爐驗證成功的節能型循環流化床技術，將該技術大型化。4）開發適合于煤矸石，其它劣質燃料的大型循環流化床技術。

　　相信循環流化床燃燒技術必將在未來我國燃煤發電方面發揮更大的作用，為節能減排和資源綜合利用作出更大的貢獻。

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　　主要指標

　　135MW

　　300MW 波蘭460MW白馬600MW（設計值）

　　一/二次主蒸汽壓力（MPA）13.7 17.4/3.6928.2/5.1

　　25.4/4.413

　　一/二次主蒸汽溫度（℃）

　　535 540/540

　　563/582

　　571/569

　　供電標煤耗（g/kwh）

　　370 335

　　303

　　廠用電率（%）

　　10

　　8

　　4.56

　　6.86

　　脫硫效率（%）

　　90 94-96

　　94

　　97

　　SO2排放值（mg/Nm3）

　　400

　　＜400

　　＜200

　　＜380

　　NOX排放值（mg/Nm3）

　　＜250

　　＜200

　　＜200

　　＜160

　　電廠效率（%）

　　37

　　39

　　43.3

　　43.2

　　■連線

　　岳光溪

　　清華大學熱能工程系教師、研究員、博士生導師

　　潔凈煤技術專家

　　中國第七屆光華工程獎獲得者

　　中國工程院院士

　　從“七五”到“十一五”，岳光溪始終沒有離開過國家循環流化床燃燒攻關的第一線。

　　“‘七五’的時候我還在跟著老師學，‘八五’開始跟著做，‘九五’成為項目負責人，現在正在負責‘十一五’世界最大容量60萬千瓦超臨界循環流化床鍋爐示范項目。”岳光溪感慨道，“從開始的幼稚無知，到現在我們形成了世界上最先進的這套理論體系。”

　　岳光溪說，“在高校做科研，尤其是工科，必須走一條產學研結合的道路。研究者不到第一線去，不親自操作，永遠得不到真知。”因此，除了課題組這個科研團隊，在岳光溪的身后，還有一個由全國許多大小企業組成的產學研隊伍。正是在這支產學研團隊的支持下，岳光溪的很多想法在經過實驗室實驗之后，才能迅速地走向工程開發。“因為我們懂得工程師的語言，懂得企業的難處，所以企業信任我們，愿意和我們共同承擔工程開發的風險。”岳光溪說。

　　胡昌華

　　四川白馬循環流化床示范電站有限責任公司總經理、高級工程師。長期從事大型火力發電廠運行、維修技術科研和建設項目管理工作，主持了國家“十五”重點工程“四川300MW循環流化床示范電站工程”等項目研究。榮獲中國電力科技進步一等獎、四川省科技進步三等獎、四川省青年科技獎和四川省優秀科技工作者、四川省青年經濟人物等稱號。

　　四川白馬循環流化床示范工程是國家重點鼓勵建設的大型環保發電示范項目，通過“一家引進、多家共享”的“白馬模式”，我國已建投產20臺300MW循環流化床機組，還有近百臺在建。

　　單從工程看——循環流化床電站與常規電站不同之處在于，它使用的流化床鍋爐，具有常規鍋爐不具備的爐內脫硫脫硝功能，因此無須另外安裝龐大的煙氣脫硫脫硝裝置。它能燃用常規鍋爐幾乎不能燃用的高硫劣質煤、廢棄輪胎和垃圾等。此外，該鍋爐調峰能力強，對確保電網安全穩定運行和負荷調節控制十分有利。

　　跳出工程看——建設電站本身不是目的，白馬的意義在于通過電站建設，引進國外大型循環流化床技術，在國內消化吸收后實現國產化，并發展我國擁有自主知識產權的更大容量的循環流化床技術，促進電力工業和機械制造技術升級換代，達到國際先進水平。