塔式锅炉虽然在国内投运很少，但发展迅速，目前在建和拟建的1 000 MW超超临界锅炉中占到了约70%的份额。我省虽然还没有塔式炉投运，但在建和拟建的1000 MW塔式炉约有10台。
1、锅炉特点
1.1炉内烟气流场均匀
锅炉由于存在折烟角，烟气从炉膛转向水平烟道有90。的拐弯，对于炉内假想切圆为逆时针的锅炉来说，炉膛出口断面右侧烟气的烟温和流速高于左侧，下部的烟温高于上部烟温。因此，炉膛出口断面右侧管屏下部的热负荷最高。国内的运行实践也证明爆管也往往在此处发生。这种热偏差的严重程度随着锅炉容量的上升而增大。这是采用四角切圆燃烧的型锅炉在结构上的缺陷。虽然，各锅炉厂也采取了一些措施，比如采用二次风反向旋转等，但是收效并不明显。对于1 000 MW的锅炉，哈尔滨锅炉厂采用双火球切向燃烧的方式，2个火球旋转方向相反以降低热偏差。这相当于把一个1000 MW的燃烧空间分割为2个500 MW的燃烧空间，但并不能消除热偏差。
1 000 MW塔式炉采用四角切圆燃烧的方式，所有受热面都布置在第一烟道内，当呈线涡状态的烟气通过受热面时没有经过转弯，不产生二次涡。而且，线涡在运动中能量耗散少，寿命长，环向动量基本守恒，从而使得烟气流场均匀。
1.2对流受热面受热均匀
燃烧烟气在炉膛上部的对流受热面中径直向上，其速度场及温度场分布均匀，不存在流场不均匀造成的传热偏差。其切向燃烧方式在燃烧室出口处的烟气残余旋流在水平对流受热面的整流作用下迅速耗散，且残余旋流矢量与烟气的宏观速度矢量垂直，并不会造成屏间的不均匀传热。当然，尚未耗散的旋流会在单根管子的对称点产生局部较高的热通量，但布置在燃烧室出口处的受热面为一级过热器，管内蒸汽温度相对较低，局部较高的热通量不会导致管壁的超温。均匀的烟气流场分布形成了均匀的过热器及再热器烟气温度分布，并使得过热器、再热器蒸汽出口温度分布均匀。图1为塔式炉与Ⅱ型炉高温过热器出口汽温沿炉膛宽度方向上的比较，从图中可以看出，塔式炉温度分布远比兀型炉均匀。
1.3较高的材料安全裕度
由于在对流受热面中烟气侧的速度场及温度场分布均匀，传热均匀。高温过热器及高温再热器壁面没有局部的高温区域，使得在相同蒸汽参数及相同管子材料的前提下，塔式炉与其他炉型相比，具有较高的安全裕度。这种特点对于高参数机组，特别是超临界及超超临界机组尤为可贵。
1.4提高对流受热面的传热利用系数
均匀的烟气速度场及温度场避免了烟气的折向运动，提高了对流受热面的传热利用系数，与其他炉型相比，在对流受热面的进、出口烟气和蒸汽参数相同的条件下，塔式炉的对流受热面的传热面积可明显减少。
1.5大大降低对流受热面的磨损
对流受热面的磨损与烟气中灰粒运动速度的三次方成正比。对于切圆燃烧的ri炉而言，在炉膛出口处的烟气残余旋流会造成水平烟道烟速的左右不均匀，即使采用消旋措施或采用旋向相反的双炉膛．也只是降低不均匀程度而已。另外，其炉膛出口的烟气转折会造成水平烟道内烟速的上下木均匀，而进入尾部的烟气转折又会导致垂直烟道内烟速的前后不均匀。这使得烟速较高区域的磨损大大增加。特别是在炉膛出口的水平烟道处，其上下左右的烟速不均匀，使得最高烟速处的磨损速率远远高于平均值。另外，烟气在转弯过程中，烟灰在离心力的作用下会产生分离，造成烟道沿截面上烟灰浓度分布的不均匀，更加剧了局部磨损。与此相比，塔式炉均匀的烟气速度场，使得其对流受热面的磨损速率远低于其它炉型。
在n型炉中，尾部垂直烟道内的灰粒，由于其重力的原因，其运动速度高于烟速。而在塔式炉中，由于烟速向上，与灰粒的重力方向相反，灰粒运动速度低于烟速。塔式炉的烟灰速度比烟气速度平均降低1m/s，因此，即使在烟速相同的情况下，塔式炉的磨损速率也远低于其它炉型。而灰粒的这种运动特点也有利于燃尽。在相同煤粉细度的情况下．塔式炉的燃尽率要高于其他炉型。另外，由于塔式炉对流受热面的较高的传热效率，使其可选择相对较低的烟速，这更使塔式炉的磨损速率远远低于其它炉型，而这对于高参数的大型锅炉尤为重要。塔式炉的这种低磨损率的特点尤其适合于燃用高灰分的煤种。
1.6较低的烟风系统阻力
塔式炉上部与炉膛等截面的大烟道及均衡的烟气流场，相对较少的对流受热面，使得整个锅炉的烟风系统阻力明显低于其他炉型，总阻力约为同比见型炉的5/6，从而降低了风机的耗电量。
1.7形成大颗粒灰的几率少
大颗粒灰一般是指直径大于4 mm、中空、体积大但质量轻的灰分。对于安装SCR脱硝反应器的锅炉，这些灰很容易造成反应器内催化剂的堵塞，轻则引起催化剂中毒，重则造成锅炉停炉。
对于n型炉，烟气中的灰颗粒一部分在折烟角开始转向，一部分在折烟角的上方开始转向，烟气在转向过程中由于流场紊乱，灰颗粒相互碰撞的机会增加。这个位置烟气的温度都在l000℃以上，灰粒很软，碰撞后很容易相互粘结，体积变大：尤其是在折烟角的向火面处，流场最紊乱而烟气温度最高，最容易生成大颗粒灰。灰颗粒进入尾部烟道后，随着烟气温度的降低而变硬，形成大颗粒灰落下进入催化剂。
对于塔式炉，流场比较均匀，灰颗粒相互碰撞的机会较低。另外，炉膛上方灰运动的行程长，灰的运动方向与重力方向相反，灰颗粒大到一定程度后就不能被烟气携带而返回炉膛或悬浮在炉膛中。当较少灰颗粒随烟气到达第一烟道的顶端转弯处时，烟气温度已经在350℃左右，灰颗粒硬得多，相互碰撞粘结的可能性因此要小很多，一部分灰反而会因相互碰撞而分裂。因此，塔式炉产生大颗粒灰进入脱硝反应器的可能性要小很多。
1.8具备优异的备用和快速启动特点
塔式炉所有的对流受热面均采用水平布置，具有很强的自疏水能力。无论是锅炉冷态启动，还是锅炉备用后启动，塔式炉都能较快完成对流受热面的疏水过程，使锅炉主蒸汽和再热蒸汽温度及早满足汽机冲转的要求，缩短了启动时间。
1.9有利于解决汽轮机固体颗粒侵蚀问题
SPE较多发生在锅炉启动阶段，因锅炉受热面受热冲击引起管子汽侧氧化铁剥离并形成固体颗粒，使汽轮机调节级和高、中压缸第1级叶片产生侵蚀。美、日等国在这方面都有很多经验教训，许多超临界大机组在投产若干年后，由于严重的SPE而不得不更换调节级和中压缸第1级动、静叶井。对于布置有垂直过热器及再热器的兀型炉，在启动及低负荷阶段，低流量的蒸汽动量不足以将氧化铁剥离物及大的金属颗粒带出垂直管段，直到高负荷阶段时，这些物体才可能被冲出，此时的蒸汽动量所携带的硬质颗粒对汽轮机叶片所产生的侵蚀性最大。
对于塔式炉，对流受热采用水平布置，启动阶段产生的氧化铁剥离物及金属颗粒极另被蒸汽冲走，并被旁路系统直接送人凝汽器。按德国规范，只有当凝结水合格，包括含铁量达标后才能冲转汽轮机，故SPE也就不再成为问题。
1.10有利于高效超临界技术发展
随着高效超临界发电技术的不断发展，蒸汽参数越来越高。按照美国能源部计划，到2015年，蒸汽参数的目标为760℃/760℃/60℃，而欧盟的蒸汽参数AD-700计划的目标为720℃/720℃/20℃，届时，主、再热蒸汽的过热度大大增加，加之烟温不能相应上升的前提，对流受热面的传热平均温压将显著下降，这就需要大大增加对流受热面的面积，同时，对于同等的容量，由于效率的上升，热负荷大幅下降，其辐射受热面反而大幅减少。对于兀型炉，这种对流受热面与辐射受热面比例的大幅变化，其布置的难度将骤然增加，但对于塔式炉而言，这根本不是问题。
1.11塔式炉屏底温度应等同于n型炉的炉膛出口温度
一方面，塔式炉燃烧室出口烟速比较低，而且布置的是水平受热面，水平受热面比垂直受热面更容易结焦，所以从防止结焦的角度讲，塔式炉屏底温度应降低；另一方面塔式炉炉膛截面积较小，从保证煤粉燃尽及降低NOx排放浓度的角度讲，塔式炉屏底温度应降低。德国就是将塔式炉屏底温度怍为炉膛出口温度。
1.12百万千瓦级机组塔式炉比n型炉高
通常百万千瓦塔式炉投资、安装及检修费用比Ⅱ型炉高30 m左右，地震风险大的地区不宜采用塔式炉。
2、调试技术
1 000 MW塔式炉主要设计参数见表1。
2.1冷态试验
塔式炉燃烧系统采用低NOx同轴燃烧系统(LNCFS)，与上海锅炉厂常规的超临界锅炉相比，主要区别在于每台磨煤机出口有四根煤粉管，在炉膛四角通过裤衩管将每根煤粉管分成上下布置的两根煤粉管，这样每台磨煤机对应两层煤粉火嘴。
在锅炉冷态试验过程中。不仅要通过可调缩孔调匀每台磨煤机出口的四根煤粉管的风速，还要检查每个裤衩管后的两根煤粉管风速的均匀性，如果超过允许值，则要通过改造来调匀，以保证锅炉热态运行时炉内燃烧的均匀性。
考虑到塔式炉燃烧室出口的第一烟道与炉膛同等截面，且一致性地垂直向上，可以将炉膛出口气流均布试验取消。
2.2化学清洗
塔式锅炉分为炉膛部分和尾部烟道部分，炉膛内部布置了所有的过热器、再热器和省煤器的受热面，尾部烟道仅仅起到连接炉膛和空气预热器的作用，并没有布置任何的受热面。炉膛上部沿烟气流动方向依次布置有一级过热器、三级过热器、二级再热器、二级过热器、一级再热器和省煤器。
由于塔式炉所有的对流受热面均为水平布置，能排尽管内积酸或积水，并有效防止杂物在管内沉积，故过热器及再热器等整个受热面都可被纳入酸洗范畴。
为解决再热器内流速过低的问题，可将再热器系统4个减温器的芯子抽出，加入临时阀芯。酸洗中可将其中的2个开启，另2个关闭，过一定时间后再切换，这使再热器中的流速提高了l倍。
为满足酸洗前后对整个系统进行大流量水冲洗，可将电动给水泵与2台凝结水泵临时并联运行，流量高达4 200 t/h．利用其大的动量将系统内的各种沉淀的垢物和杂质带出系统。
2.3蒸汽冲管
根据德国塔式炉的运行经验，过热器和再热器酸洗后，只要在首次启动阶段通过大容量旁路进行大流量的冷态清洗及带旁路启动，就可达到汽轮机进汽的蒸汽品质要求而无需进行吹管。
但在外高桥电厂的四台塔式炉调试过程中。，鉴于我国还没有取消冲管的先例以及各方觉得没有把握，采用无临冲阀的开式稳压冲管，最高稳定热负荷达45qoBMCR．持续约20 min，每天只进行一次。这样，每次的平均间隔超过20 h，使锅炉有充分的冷却时间，让管子内壁氧化物等通过这种冷热循环而自然剥离，提高冲管的效果。连续冲5—7 d，靶板基本上就能合格。
2.4带旁路启动
1000 MW超超临界锅炉按照欧洲典型设计，配置100%高压旁路和65%的低压旁路，取消了过热器出口安全阀的设置。
按中、美、日等国的技术规范，新机组调试阶段允许蒸汽品质低于正常运行标准，通过不同负荷阶段的“洗硅”等调试步骤，不断改善汽水品质以逐步达到生产标准。在此过程中，不可避免地造成大量低标准的蒸汽进入汽轮机。但德国的超（超）临界机组，即使在调试阶段，也必须执行正常运行的蒸汽品质标准。因此，在汽轮机启动前，要经过一个锅炉带旁路运行过程，并维持相当的热负荷。通过采取加大炉水的置换力度及投入凝结水精处理系统等措施以逐步提高汽水品质。经过数天甚至数星期的时间，当主、再热蒸气及凝结水质符合标准后才能冲转汽轮机。这一程序不仅应用于基建阶段，即使在投产后，机组的每次冷态启动都必须先带旁路运行。用这种方法实际上起到两个作用：一是相当于洗硅，二是将启动过程中产生的氧化铁剥离物及固体颗粒直接排入凝汽器。因此，可彻底杜绝调试及启动阶段低标准蒸汽对汽轮机通流部分造成的侵害，大大减轻了SPE问题，这对百万千瓦级超（超）临界汽轮机尤为重要。
3、结论
(1)塔式炉具有能有效地防止受热面超温和SPE问题及磨损轻等优点，在我国1 000 MW及以上超超临界机组中必将占据主导地位。
(2)我国相关科研、制造机构应加强对塔式炉的研究和开发，以充分发挥其在节能减排中的作用。
(3)锅炉厂和电建单位应采取有效的管理和技术措施来保证受热面内部的清洁度，在塔式炉酸洗后对过、再热器联箱、三叉管及死角等处采用内窥镜和拍片等手段进行检查，在保证安全的基础上可考虑取消蒸汽冲管，可节省可观的冲管费用。
(4)在锅炉设计过程中，锅炉厂应适当降低屏底温度设计值，防止燃烧室出口受热面结焦。
(5)调试和运行单位在机组调试和运行过程中应充分重视带旁路启动对防止汽轮机SPE问题的作用，严格按照锅炉蒸汽品质符合生产标准再冲转汽轮机。
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