l  前言

    循環流化床是目前商業化程度最好的清潔煤燃燒技術之一。它具有煤種適應性強、負荷調節范圍大、燃燒穩定、爐內脫硫和分級燃燒有效降低污染物排放等優點。特別是燃用高灰低揮發份或高硫份等其它燃燒設備難以適應的劣質燃料方面以及低負荷要求較高的地方熱電廠和負荷波動較大的自備電站中，循環流化床鍋爐是最佳選擇。

    分離器是影響循環床性能的關鍵部件之一，也是循環技術方案的核心。在冷熱態試驗的基礎上，開發了入口帶有加速段的水冷方形分離器，該分離器分離性能較高，與同當量圓形旋風筒相當，阻力為一半。將其應用于循環床鍋爐，取代原有的平面流分離，并對回料系統、膨脹和密封、防磨及鍋爐的輔助設備和系統方面進行改進和完善。為此，清華大學與四川鍋爐廠合作開發了75t／h水冷異型分離循環流化床鍋爐，  目前已有3臺投運。該爐型的運行顯示了良好的性能。武安城西矸石熱電廠75t／hCFB是該爐型在燃用無煙煤中的典型的應用。本文介紹循環床的設計和運行情況。

    2鍋爐概況與特點

    2．1  鍋爐規范

    額定蒸發流量：75t／h

    額定蒸汽壓力：3．82MPa

    設計煤值資料

    W外=3．56  Wf=3．94 Wy=6．93  Af=42．64  Ay=41．12  Vy=4．78  Vf=9．2l  Cgd=48．91       Qy dw=3869kcal／kg

    2．2  結構與布置

    2，2．1  總體布置

    鍋爐采用單鍋筒橫置式自然循環，II型布置，鍋爐自前向后依次布置燃燒室、分離器、尾部煙道，巧妙地將三部分結合起來成為一體，既保持緊湊型布置，又保證良好的密封性能。省煤器之前的所有爐墻均為膜式壁結構，不用膨脹節，吊掛處理；省煤器之后為支撐結構輕型爐墻。高溫過熱器布置在燃燒室上部，低溫過熱器布置在尾部汽冷包墻內。鍋爐采用全鋼架結構，爐前向后計三排柱。

    鍋爐燃燒所需空氣分別由一、二次風機提供，一、二次風比與煤種有關，大致為55：45。一次風經一次風空氣預熱器預熱后，由左右兩側風道引入水冷風室中，流經安裝在水冷布風板上的風帽進入燃燒室，保證流化質量和密相區的燃燒；二次風經預熱后由播煤風口和兩側的二次風口進入爐膛，補充燃燒空氣并加強擾動混合。燃燒在爐膛內燃燒產生的大量煙氣攜帶物料經分離器的入口加速段加速進入異型水冷分離器，煙氣和物料分離。分離的物料經料斗、料腿、J型閥再返回爐膛，煙氣自分離器的中心筒進入分離器出口區，流經轉向室、低溫過熱器、省煤器、二次風預熱器、一次風預熱器后排出。爐渣由爐底水冷排渣管排出。

    鍋爐給水經省煤器加熱后進入汽包；鍋筒內的飽和水經集中下降管、分配管分別進入燃燒室水冷壁和分離器水冷壁下集箱，加熱蒸發后流入上集箱，然后進入鍋筒；飽和蒸汽流經頂棚管、后包墻管、側包墻管，進入低溫過熱器入口集箱，由低溫過熱器加熱后進入減溫器調節汽溫，然后經布置在燃燒室頂部的高溫過熱器將蒸汽加熱到額定汽溫汽壓，進入集汽集箱至主汽閥和主蒸汽管道。

    2．2．2  鍋爐基本尺寸

    鍋筒中心標高：26，400mm

    本體寬度(柱中心線)：7，l00mm

    鍋爐深度(柱中心線)：11，090mm

    2．2．3  主要結構

    爐膛由膜式水冷壁構成，截面積約18m2，空塔速度約為5m／s，燃燒室凈高約為20m，爐膛下部前后墻收縮成錐形爐底，前墻水冷壁延伸成水冷風板并與兩側水冷壁共同形成水冷風室。布風板水冷壁的鰭片上安裝風帽，風帽采用單孔定向風帽，這類風帽的動量大、定向等特點很好地滿足了床料混合和流化質量的要求，并有利于燃燒效率。燃燒室下部水冷壁是磨損可能發生的重要部位之一，該區域水冷壁上焊有密度較大的銷釘，并敷設特殊高溫耐磨材料。

    根據燃燒的成份差異以及脫硫要求，燃燒室設計工作溫度不同，在870～950℃之間。燃燒室中物料濃度和循環量較高，而物料的熱容量很大，爐膛上下溫度較均勻。爐膛出口布置異形水冷分離器，由膜式水冷壁構成，兩個分離中間設有膜式壁隔墻。分離器前墻與燃燒室后墻共用，其中燃燒室后墻的一部分向彎制形成分離器入口加速段；分離器后墻同時作為尾部豎井的前包墻。該屏水冷壁向下收縮成料斗，向上的一部分直接引出吊掛，另一部分向前并穿越燃燒室后墻分別構成分離器頂棚。燃燒室后墻、分離器兩側水冷壁向上延伸與分離器的頂棚、汽冷頂棚構成分離器出口區，與尾部豎井的汽冷包墻相接，使燃燒室、分離器、尾部包墻連為一體，避免使用膨脹節，提高密封性能。

    分離器膜式壁的磨損是一個需要著重考慮的問題。借鑒國外水(汽)冷圓形旋風筒成功的防磨經驗，采用壁面密焊銷釘涂一層很薄的耐磨澆注料的方法，由于較薄并受冷卻，防磨材料工作較低的溫度，具有更強的防磨性能。入口帶有加速段方形水冷分離器克服了熱旋風筒內因燃燒引起結焦、啟動時間長、維修量大的弊端，又克服了圓形水(汽)冷旋風筒的制造成本高的問題。

    高溫過熱器布置于燃燒室，過熱器系統采用輻射和對流相結合，有利于提高鍋爐的低負荷運行能力，過熱器本身磨損問題可以解決。

    尾部煙道自上而下依次布置低溫過熱器、省煤器、二次風空氣預熱器和一次風空氣預熱器。低溫過熱器為光管錯開布置；省煤器兩級布置，高溫段為順列鰭片管，低溫段為錯列光管；二次風空氣預熱器為立管式或熱管式。為減少磨損，一方面控制煙速，另一方面加蓋防磨蓋、壓板及防磨瓦，對局部也作了相應的處理。

    2，3  關鍵部件

    2．3．1  返料裝置

    返料裝置是循環流化床鍋爐的關鍵部件之一。返料裝置由灰斗、料腿、J型閥構成。根據分離器的設置，采用兩套返料裝置。灰斗由分離器水冷壁收縮而成，設有防磨內料。料腿為圓柱形，內襯有防磨異型磚，懸吊在水冷灰斗上。J型閥是一高流率小風量自平衡回灰閥，將循環物料送入爐膛，兩個J型閥的松動風分別取自于一次冷風道，互相獨立。J型閥體為耐熱鑄鋼件，底部設有用于停爐的放灰管。J型閥與料腿之間設有膨脹節。

    2．3．2  點火系統

    直接應用原平面流分離循環床中床下點火的成功經驗采用水冷布風板和水冷風室，為床下點火創造條件。熱煙氣發生器兩個，設置在爐前左右兩側的風室中。冷態啟動時，床料溫度由室溫緩慢加熱升到650～700℃時，可關閉油槍給煤運行。啟動升溫速度應在5～10℃／mm，冷啟動時間約2小時，用油0．5噸左右。

    2．3．3  異型水冷分離器

分離器是循環流化鍋爐的核心部件之一，它直接影響循環床鍋爐的性能。國外普遍采用旋風分離器。高溫旋風分離器很好地滿足了循環床鍋爐的需要，但存在體積龐大、密封和膨脹系統復雜、內襯厚、耐火材料及砌筑要求高、運行中易出現故障、啟動時間長等一系列問題，尤其我國煤種雜，難燃煤種多，旋風筒、料腿和返料裝置內的超溫結焦事故出現頻繁，  由于運行水平的問題，國內循環床很難保證鍋爐啟停時對溫度變化速率的要求，久而導致熱慣性大的絕熱旋風筒損壞，降低了鍋爐的可靠性和可用率。

清華大學和四川鍋爐廠，在大量冷態和熱態實驗基礎上提出了入口帶有加速段的方形水冷分離器設計，并用于75t／h循環床鍋爐完善化工程。該分離器的效率與圓旋風筒分離器相當，但結構上的優勢充分顯示了它的生命力。首先，它取消了分離器入口、出口的膨脹節，徹底解決了鍋爐膨脹、密封的問題；其次，它徹底解決了磨損的問題；第三，徹底解決了分離器內結焦的可能性。

2．4  輔助系統

循環床鍋爐的性能僅僅依靠分離器或本體的設計是遠遠不夠的。在75t／h異型水冷分離器循環床鍋爐的設計機中對輔助系統提出了要求。如入爐煤粒度、石灰石粒度、輔機參數等。

入爐煤粒度要求為0～10mm，根據煤成份不同，應有一定粒度級分配，以保證燃料中灰分大都成為可參與循環的物料，實踐表明一般的設計和設備即可滿足。為了達到良好的脫硫效果，要求石灰石粒徑大都應為0 ～lmm,

3  鍋爐運行概況

3．1  操作簡單，運行穩定

1997年11月25日，武安城西矸石熱電廠鍋爐點火開始試運行。點火后，經過安全閥調整，蒸汽嚴密性試驗，沖管合格后，鍋爐直接并入蒸汽母管，投入試生產。由于一期工程兩臺35t/h一直帶不上滿負荷，全年生產任務眼看就完不成了，為此，當這臺爐子點火成功后，生產廠長就令值長：不限制該爐負荷，能發多少，就發多少。并啟動一臺12MW汽輪機，因此該爐在點火后，僅停爐12小時，就立即投入了正式生產，直至12月31日零點，平均負荷在72t／h以上。由此可看出該爐十分容易被司爐工掌握，操作十分簡單，運行穩定。為此，該爐運行班人員由原定的8人，減少至4—5人。

    3．2  負荷調節能力強

    該爐負荷可在35t／h--95t／L之間靈活調節。在98年9月19日一21日的三個班，負荷竟高達95t／h，每班累計產汽量為720t／h。負荷在40％～120％之間靈活調節，顯示出該爐子優越的負荷調節能力。

3．3燃料適應性

武安當地小煤窯很多，煤種很雜，其發熱量從2000kcal／㎏～5400kcal／㎏均有，98年3月的煤樣工業分析為：

    Wy=7．00 Ay=25．1 Vy=9．21   Cy dw=60，4    Qy dw=5300kcal／㎏

事實上發熱量從2000kcal／㎏ ～5400kcal／kg均能穩定燃燒并能保持正常負荷。

    3．4  燃燒效率

    從分離器下來的循環灰的組份來看，其分離效率與傳統的旋風筒分離器很接近了，該分離的dc99(效率>99％的粒徑)在150～160微米。該爐在負荷70t／h時，燃用3500kcal／kg的當地煤時，水膜除塵器中沉淀灰含碳量為20％，該爐經過仔細調整飛灰含碳量可達到12％，經過多次試驗我們已掌握了有關的試驗數據和降低飛灰含碳量有效方法，為我們今后設計燃用無煙煤的鍋爐提供了可靠的試驗數據。

    3．5  鍋爐可用率高

    該爐在98年度累計運行7500小時。

    3．6  存在問題和完善的方法

    在98年5月鍋爐出現了第一次爆管，位置在頂棚管上，經檢查發現該處磨損嚴重，同時發現風帽磨損也十分嚴重以及在運行發現過熱器超溫，經過設計部門的計算，決定對該爐進行投入運行以來的第一次消缺工作，工作內容主要是將頂棚管部分磨損的管子進行更換，并澆注上耐磨料，對過熱器受熱面進行調整以解決過熱器超溫，對風帽進行調整，以防止風帽的磨損。所有工作歷時十五天完工。鍋爐一直保持良好狀態運行。值得一提的是，由于該廠未使用合適的耐磨澆注料，分離器內的澆注料已開始脫落，并發生爆管，致使循環灰管內的耐火磚受到水的沖擊而發生開裂和脫落，使循環灰受阻，并燒壞回灰閥和膨脹節，造成多處漏灰，使負荷降低到65t／h左右。而湔江水泥廠75t／h同類型的循環床卻是使用了合適的耐磨澆注料，運行2萬多小時，仍保持完好。

arDate="False" Day="19" Month="9" Year="1998">98年9月19日一21日的三個班，負荷竟高達95t／h，每班累計產汽量為720t／h。負荷在40％～120％之間靈活調節，顯示出該爐子優越的負荷調節能力。

3．3燃料適應性

武安當地小煤窯很多，煤種很雜，其發熱量從2000kcal／㎏～5400kcal／㎏均有，98年3月的煤樣工業分析為：

    Wy=7．00 Ay=25．1 Vy=9．21   Cy dw=60，4    Qy dw=5300kcal／㎏

事實上發熱量從2000kcal／㎏ ～5400kcal／kg均能穩定燃燒并能保持正常負荷。

    3．4  燃燒效率

    從分離器下來的循環灰的組份來看，其分離效率與傳統的旋風筒分離器很接近了，該分離的dc99(效率>99％的粒徑)在150～160微米。該爐在負荷70t／h時，燃用3500kcal／kg的當地煤時，水膜除塵器中沉淀灰含碳量為20％，該爐經過仔細調整飛灰含碳量可達到12％，經過多次試驗我們已掌握了有關的試驗數據和降低飛灰含碳量有效方法，為我們今后設計燃用無煙煤的鍋爐提供了可靠的試驗數據。

    3．5  鍋爐可用率高

    該爐在98年度累計運行7500小時。

    3．6  存在問題和完善的方法

在98年5月鍋爐出現了第一次爆管，位置在頂棚管上，經檢查發現該處磨損嚴重，同時發現風帽磨損也十分嚴重以及在運行發現過熱器超溫，經過設計部門的計算，決定對該爐進行投入運行以來的第一次消缺工作，工作內容主要是將頂棚管部分磨損的管子進行更換，并澆注上耐磨料，對過熱器受熱面進行調整以解決過熱器超溫，對風帽進行調整，以防止風帽的磨損。所有工作歷時十五天完工。鍋爐一直保持良好狀態運行。值得一提的是，由于該廠未使用合適的耐磨澆注料，分離器內的澆注料已開始脫落，并發生爆管，致使循環灰管內的耐火磚受到水的沖擊而發生開裂和脫落，使循環灰受阻，并燒壞回灰閥和膨脹節，造成多處漏灰，使負荷降低到65t／h左右。而湔江水泥廠75t／h同類型的循環床卻是使用了合適的耐磨澆注料，運行2萬多小時，仍保持完好。 

文章作者：趙曉星  蔣文斌(四川鍋爐廠  610401)岳光溪(清華大學)