1、前言
循环流化燃烧具有燃烧效率高，易于在炉内实现脱硫和控制氮氧化物排放量，煤种适应性广等一系列优点。长沙锅炉厂早在80年代初就进行了循环流化床锅炉的研究和开发，设计和制造的10~35t/h循环流化床系列锅炉被广泛应用于化肥、化工、小型发电厂。对于35t/h循环流化床锅炉，长沙锅炉厂有两种结构形式：、-种是与清华大学合作开发的三回程下排气的高温旋风分离的循环流化床锅炉；第二种是与哈尔滨工业大学合作开发的单回程中温槽型分离的循环流化床锅炉，在实际运行中都取得一定的成效，但是也存在
一定的由于本身结构难以解决的问题。如三回程下排气的高温旋风分离的循环流化床锅炉，锅炉热效率高、飞灰含碳量低，但高温旋风分离器易变形、高温结焦、各个受热面磨损严重、使用寿命短等问题难以解决；单回程中温槽型分离的循环流化床锅炉燃烧稳定、使用寿命长，但分离下来的细灰粒在炉膛停留时间短，飞灰含碳量偏高，锅炉热效率相对较低，在正常情况下燃烧效率比高温分离的循环流化床锅炉低5%，根据上述两型锅炉的优缺点，长沙锅炉广以35t/h循环流化床锅炉为基型研制开发10~75t/h第二代循环流化床锅炉，其锅炉结构见图1，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
2、第二代循环流化床锅炉设计简介
2.1锅炉结构和原理
在国外，应用循环流化床锅炉主要是从环保的角度出发，采用低温燃烧技术降低氮氧化物和二氧化硫的排放量。床料以石灰石颗粒为主，煤只占其中很少部分。飞灰主要是石灰石颗粒，含碳量相对而言较低。循环灰中残碳的燃尽并不是主要矛盾。而在国内应用则以燃烧劣质煤，节约能源为目的。床料采用煤灰颗粒，煤只占其中很少部分。飞灰全部是煤灰颗粒，由于国内循环流化床锅炉人多使用劣质煤，其挥发份较低，相对优质煤而言，燃料燃尽比较困难，大量的煤粒烤焦成难以燃烧的焦碳粒子，而且作为床料的煤灰中已经含有一定的残余焦碳，因而飞灰中含碳量相对而言较高。所以，根据国内实际情况，如何充分燃尽飞灰中的残碳，提高锅炉热效率，节约能源是设计的关键。
此新型锅炉采用高温惯性重力分离和中温槽形分离两级分离。本体布置在炉膛中，布置两排膜式壁组成中隔墙，形成三回程燃烧室和燃烬室，其中燃烬室为二个回程；高温惯性重力分离布置在U型燃烬室底部，同时设置了三个放灰点，根据灰中含碳量以确定排放和回送燃烬室中沉积灰。燃烬室后布置两组过热器，在过热器后布置中温槽形分离器，尾部布置两级省煤器和两级空气预热器。
2.2有效提高分离器分离效率和运行可靠性
众所周知，循环流化床锅炉循环的好坏直接影响锅炉经济运行，而其好坏很大程度上取决于分离器的分离效率。据资料介绍，循环流化床锅炉分离器的分离效率均在95%左右。但是，长沙锅炉厂通过对实际运行的物料测定，各类分离器单级分离均难达到90%以上的分离效率。为解决此问题，在此方案设计中，采用高温惯性重力分离和中温槽形分离两级分离。根据试验结果，第一级采用高温惯性重力分离，分离效率为50%～60%，第二级采用中温槽形分离，分离效率为80%—85%，两级分离效率达到92%～95%。通过采用两级分离的布置方式，有效提高分离效率。
高温惯性重力分离布置在U型燃烬室底部，分离槽四周布置了水冷壁，尽管燃烬室烟气温度在Boo～900t，但是沉降下来的飞灰经过分离槽中水冷壁管的冷却，温度降至60∞C左右，在分离槽中的飞灰不会产生二次燃烧、形成高温结焦。同时，分离槽下部设置了三个放灰和回送点，根据灰中含碳量以确定排放和回送燃烬室中沉积灰。实际运行测试，此处分离下来的飞灰占总循环灰量的50%～60%。
中温槽形分离器布置在过热器后，烟气温度在500℃之间，分离元件材质要求不高，采用一般耐热合金钢制造即可。由于飞灰温度较低，即使分离区有新鲜空气泄漏进去+也不会产生二次燃烧、产生局部高温形成结焦、阻塞回料通道、影响顺畅回料导致不能正常循环。中温槽形分离器分离效率较高，实测均在80%-85%，其分离下来的飞灰占总循环灰量的40%~50%。
2.3带内循环的燃烧方式，点火成功率高，燃烧效果好
该型锅炉布风系统采用碟形布风板、等压风室、鸭嘴形定向风帽和带导流板的直风帽。这种布风方式能在密相区形成内循环，显著地加强了燃烧室密相区物料的横向流动，物料混合强烈，新人炉的燃料能够迅速在床料中扩散，均匀分布。炉膛密相区内的流化状况好，温度场均匀，不会出现死角产生局部高温形成结焦。鸭嘴形定向风帽布置在碟形布风板四周，小孔风速设计为43m/s．小孔朝向由四周指向中央，可以把床内不能流化的大颗粒集中到中央，在这种过程中，大颗粒会发生相互碰撞，部分结合力弱的大颗粒因而撞碎成小颗粒。在布风板中央设有排渣口，不能撞碎和参与循环的大颗粒由此排出。因此，这种床内内循环具有一定的破渣和清除底部大颗粒的能力。对于密相区无法携带出去的大颗粒，通过这种床内内循环产生的破渣行为，将大颗粒撞碎成小颗粒后使得大颗粒中的碳等可燃物重新裸露出来，参与燃烧，降低了灰渣含碳量。实际测试结果均在3%～5%。这种布风方式点火初期流化好，不易结焦，点火成功率相当高。长沙锅炉厂生产投运的循环流化床锅炉都采用这种布风方式，广泛分布在湖南湘维股份有限公司、山西临漪化工总厂、山东青岛碱业股份有限公司等全国几十家用户，根据新锅炉调试及用户长期运行过程中反馈的情况，事实证明，点火均一次成功，点火升温快，劳动强度低。
总之，从燃烧角度讲，这是一种比较理想的稳定、强化燃烧的布风方式。
2.4降低飞灰含碳量，提高锅炉热效率
循环流化床锅炉的燃烧过程大致可以分为两个部分，一是密相区燃料挥发份和不能携带出去的大颗粒燃料的燃烧，二是携带出去的细颗粒燃料的燃烧。对于第一部分燃烧过程， 由于密相区混合均匀、强烈，温度水平较高，一般均在950℃左右，因而燃烧很好．燃尽率高达95%以上；而第二部分燃烧过程，由于携带出去的细颗粒燃料中可燃物成份大部分为焦碳，挥发份很少，燃烧和燃尽比较困难，必须保证较高的温度、良好的混合和充足的停留时间才能够燃烧好，温度可以通过受热面的布置来控制，混合和停留时间很大程度上取决于锅炉的结构形式。对于单回程中温槽型分离的循环流化床锅炉而言，细颗粒在稀相区停留时间较短；虽然一般锅炉均设有二次风，但是由于稀相区炉膛容积较大，炉膛中气固混合物质量相当大，二次风所占份额较少，其能量难以搅动炉膛中气固混合物，形成设想的切向圆旋流燃烧方式，混合效果比较差。对于三回程下排气的循环流化床锅炉而言，密相区出口截面急剧缩少，烟气从炉膛后部流向前部，气固混合物搅动剧烈，混合效果相当好。同时，由于布置了U型燃烬室，烟气流向经过两次1800的转弯，并且在燃烬室的第一回程，烟气经过先缩后扩，形成螺旋状向下流动，烟气扰动十分剧烈，延长了飞灰在燃烧室和燃烬室的停留时间，燃烧条件和效果很理想；缺点是由于在燃烬室中布置了下排气的高温旋风分离器，气固分离过程中燃烧得到进一步强化，极易产生1000℃以上的高温，引起结焦。
新设计中，综合了两者的优点并解决了两者的缺陷，即保留三回程的结构形式，去掉容易结焦的下排气的高温旋风分离器，利用U型燃烬室的180。转弯，在其下部布置分离槽作为一个高温惯性重力分离器，同时尾部布置了一个中温槽形分离器以补偿高温惯性重力分离器分离效率的不足。长沙锅炉厂与湖南省节能设计中心联合将湖南省辰溪电厂一台35t/h抛煤机链条炉改造成此类锅炉，实测飞灰含碳量在7%，热效率高达86%。
2.5防止和减轻了磨损，提高了使用寿命
因受热面的磨损引起爆管而被迫停炉的事故是循环流化床锅炉的主要故障，约占故障发生率的70%。因此，解决磨损问题是保证锅炉安全正常运行，提高使用寿命的最佳途径。磨损跟飞灰浓度、灰粒硬度及烟气流速有关，与飞灰浓度、烟气流速的二分之三次方及灰粒硬度均成正比。在这三个因素中，除灰粒硬度不能调整外，其他两个因素均可通过调整结构得到控制，以减轻磨损。新方案设计中，通过以下措施来解决磨损问题。
(1)采用厚壁管，迎风面焊防磨鳍片保护管壁，埋管顺列排布，高位布置埋管。这种思路是将埋管布置在飞灰浓度相对较低、混合相对较弱处。这种结构可以保证埋管使用寿命在四年以上。长沙锅炉厂1996年制造安装在山西临漪化工总厂的一台25t/h、2.4MPa、400℃的循环流化床锅炉，埋管采用∮50x5mm材质为20的无缝钢管，防磨鳍片为5x12×2,00，材质为Q235-A。该锅炉于1996年1 1月投运，年运行时间均在7200h以上，于2000年12月停炉检查，埋管没有发现明显磨损，防磨鳍片与管壁间的鱼鳞状焊缝仍然清晰可见，测定壁厚均在3.8mm以上。
(2)对流过热器受热面烟气流速设计在6m/s以下，第一排管子均加有防磨瓦片。实际使用效果良好，长沙锅炉厂制造的带过热器的循环流化床安装投运以来，除了个别地区因水质问题结垢过烧发生爆管外，没有因磨损的问题而导致爆管。
(3)省煤器爆管也是循环流化床锅炉易发生故障。有关资料介绍，循环流化床新锅炉投运因磨损发生省煤器爆管的最短运行时间为一个月，长沙锅炉厂也曾经发生过循环流化床新锅炉投运因磨损发生省煤器爆管的最短运行时间为六个月。因此，在新方案设计中，一是烟气流速设计在6m/s以下；二是管排前两排迎风面全加防磨瓦片，弯头和穿墙管处全部防磨；三是弯头离炉墙距离尽量少，尽量减少此处烟气流通面积，防止偏流和短路，炉墙设计加挑砖保护每组省煤器弯头区；四是常规省煤器一般采用∮32x3的无缝钢管，新方案中根据灰粒硬度与温度成反比的关系，省煤器低温段采用∮32xs的厚壁无缝钢管。
3、结语
综上所述，此方案不失为一种既保持高效节能，又运行可靠、使用寿命长的新型循环流化床锅炉炉型。
