毕业设计（论文）循环流化床锅炉工作分析及除尘系统设计

1、前言 进入21世纪，在经济全球化的新形势下，经济的全面发展，几乎所有城市都存在烟尘污染问题，冬季的北方城市尤为重要。全国二氧化硫排放量逐年增长，并形成南方大面积酸雨期，已发现对森林、土壤、农作物和建筑物造成伤害。大气中污染物或由它转化成的二次污染物的浓度达到了有害程度的现象，就称为大气污染。大气污染物主要分为有害气体及颗粒物。它们的主要来源是燃料的燃烧和工业生产过程。由于工业的发展、人口增加、森林砍伐等原因，使大气成分发生了很大变化。这种变化主要表现为二氧化碳、甲烷、氯氟烃等温室气体的含量上升。通常我们所说的大气污染就是指温室气体急剧增加的现象。全球大气污染产生的后果有气候变暖，平流层臭氧层变

2、薄，陆地和海洋生物受到污染和产生酸雨等。 这些燃料的燃烧是通过锅炉来完成的，但是先进实用的锅炉除尘技术仍十分缺乏。中小型工业锅炉和炉窑的烟气治理技术尚需有新的突破，适合我国国情的实用控制技术也十分缺乏。工业化起点低，生产规模小，污染物排放量大。如大电厂中小型发电机组的发电煤耗高出发达国家约30%；大量中小型水泥厂的水泥排尘量在3.5公斤/吨的水平。而这些污染物的排放许多都和锅炉除尘有关，所以应用循环流化床锅炉和好的锅炉除尘系统设计是十分必要的。循环流化床锅炉也正广泛的应用在各国的各种工业，除尘系统也在慢慢改善，不久的将来大家的生活环境也会变得越来越清新。 作为一名大学生，有责任和义务保护生态环

3、境，针对这个问题本设计选择了除尘系统设计的课题，通过利用专业的理论知识和在外实习的实践知识的运用来完成设计，本设计涉及了除尘器、风机、电动机的选型，管道设计及阻力计算，系统的经济性分析等。经过计算，烟气能够达到国家要求的标准。希望本设计能对以后的工作有所帮助。 1 绪论1.1 国内外循环流化床锅炉现状和发展趋势循环流化床锅炉具有高效率、低污染、燃料适应性强、负荷调节比大等优点。目前，在我国能源与环境的双重压力下，循环流化床锅炉在我国得到了迅速的发展，据电力行业机组技术交流协作网统计，截止到目前为止，我国现有不同容量的循环流化床锅炉将近3000台，约63000MW的容量投入到商业运行中，占电力行

4、业中锅炉总台数的三分之一。根据统计，600MW超临界循环流化床锅炉机组在近些年也开始投产。因此，可以预见，循环流化床锅炉将在我国得到更大的发展。在国外已投运的循环流化床锅炉达一百多台，100300MW（电功率）等级的循环流化床锅炉技术都已经成熟，正在向600MW以上发展。国外循环流化床锅炉的炉型也比较多，每家公司都有自己独特的流派，主要有西德的型、芬兰型、西德公司的型等。循环流化床锅炉的燃烧技术是近二十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁的燃技术。它经历了从鼓泡流化床发展到循环流化床的过程。循环流化床的燃烧技术是以处于快速流化状态下的气固流化床为基础的，具有易于大型化的特点，锅炉的容量几乎可以像

5、煤粉炉那样不受限制。基于循环流化床的燃烧技术，循环流化床燃煤锅炉目前已能投入商业化燃煤运营发电，由于其煤种适应性广，燃烧效率高，以及炉内脱硫脱氮效率高等特点，近二几十年来，大容量的循环流化床燃煤锅炉取得了迅速的发展。 在国际上这项技术电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已得到了广泛的商业应用，并且正在向几十万千瓦级规模的大型循环流化床锅炉发展。近些年来，循环流化床燃煤锅炉突出的优越性在我国火力发电企业得到普遍认同，在这方面相关的研究、开发和应用也逐渐兴起，已有上千台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中，预计将在我国洁净煤发电方面处于优先发展的地位。在未来的几年将是循环流化床飞速发展的一个重

6、要阶段。1.2 中国除尘技术现状及前景 近十几年来，尘源控制发展的重点主要集中于以下几个方面：1）改善控制效果的同时要减少抽风量；2）密闭罩的安装要方便生产操作及检修；3）炉窑二次烟尘的控制。胶带（链板）输送机的受料点是大量存在尘源的主要原因，新型的“双层密闭罩”取代了传统的密闭罩，有效的削弱了物料溜放时产生的冲击作用，能防止物料逸出，因而控制效果更好，抽风量却下降50。克服密闭同生产和检修之间矛盾的有效途径是采用活动框架和凹槽盖板结构。盖板可轻便地取下和打开，有利于观察和操作，凹槽密封效果好。检修时，框架很容易拆卸并能按原样恢复。对于振动筛一类能产尘的设备，密闭型式更具优越性。工业炉窑伴随加

7、、出料产生的二次烟尘具有阵发性，其控制难度很大。对于转炉、炼钢电炉、混铁炉等许多炉窑，已开发出了适合其特点的烟尘控制技术。一种将尘源控制和净化合一的技术叫做“屋顶电除尘”技术，依靠烟气热压和合理的气流组织，使烟尘通过设在屋顶的电除尘器，不需要风机和管道，使排尘浓度和降低岗位粉尘浓度都能达到国家标准。1.2.1 除尘系统技术的进步除尘系统技术现在已经明显进步，由于有关法规更加完善和严格、生产工艺和设备的更新，而原有尘源的控制和净化设备老化或技术已经落后、大量切换阀门失效等原因，早些年建设的除尘系统大多都需要改造。而改造的重点在于：1）要满足新的法规要求；2）采用效果好而吸风量小的密闭吸尘罩；3）

8、采用（原设备改造）高效、低耗、可靠的除尘设备；4）对于有多个吸尘点的系统，在仔细计算的基础上，在采用阻力器件和风量调节器的办法，使阀门用量减至最少。除尘系统风量调节，离不开流量的监测，已开发出含尘气体流量连续监测的装置，具有不堵、阻力小、应用方便的特点，在除尘系统运行中发挥了很好的作用。卸灰、输灰系统技术也取得很大进步。空气锤用来替代振动器，不但可以清除灰斗内粉尘架桥，还使部分粉尘流化，卸灰顺畅。在一些地方，传统的输灰设备被气力输送或气动溜槽取代，其优点是：降低除尘器安装的高度和投资；活动件少、维修工作量小、可靠性高、电耗降低。在有几台除尘设备，并且需要分别卸灰到数个粉仓的情况下，一种称为“中

9、仓分配、缓坡溜放”的装置也具有同样优点。1.2.2 除尘设备的发展由于对环境要求的提高，对有害气体和等也要求严格控制。在国外发展较快的一种形式是在喷雾吸收有害气体的同时，用电除尘器或者袋式除尘器回收其中的固体颗粒，这样的除尘设备成为气体净化系统中的重要组成之一。近几年来，意大利、日本以及我国的许多单位，都在开展利用脉冲供电的电除尘器来同时清除烟气中的，并且取得了很好的效果。由于各国烟气排放标准日趋提高，特别是对微粒控制的要求越来越严格，致使高效除尘设备得到了特别迅速的发展，同时也促进了高效除尘器的研究和开发，其中最为突出的是电除尘器和袋式除尘器两种。在发展高效除尘器的同时，也出现了多种由不同机

10、理组合而成的除尘设备，如电-袋式除尘器等，但此类除尘器无论在国内还是国外都没有得到大量的应用。工业防尘技术展望：1) 工业防尘法规更加完善，执法更强化。进入了21世纪，我国的经济继续高速发展，公众对工作和生活环境的要求也将更高，有关法规更加完善，执法力度将更为加强。工业防尘技术必须在高效、低耗、可靠、方便等方面达到新的水平；2) 加强工业防尘技术标准的建设。目前，有许多防尘设施不规范，标准化程度较差，质量不高，达不到预期的效果。在尘源的控制方面，显示薄弱，工业防尘技术标准化问题，已直接影响了工业防尘工作的进行；3) 工业防尘技术将与生产工艺更紧密的结合。首先，要积极促进生产工艺及设备的改进，努

11、力实现本质无害化，达到事半功倍的效果；其次，工业防尘技术应力求促进产品的产量和质量的提高；再者，应更方便操作和维修；4) 工业防尘技术将紧密结合节能。通过工业防尘技术的实施，使生产工艺简单化，生产能耗降低；促进二次能源的回收利用；在保证防尘效果的同时，应尽量减少处理风量，降低系统阻力，从而降低自身的能耗等。1.3 几种常见除尘器简介1.3.1 袋式除尘器 袋式除尘器是一种干式滤尘的装置。滤料使用一段时间后，由于筛滤、碰撞、滞留、扩散、静电等效应，滤袋表面积聚了一层粉尘，这层粉尘被称为初层，在此以后的运动过程中，初层便成了滤料的主要过滤层，依靠初层的作用，网孔较大的滤料也可以获得较高的过滤效率。

12、随着粉尘在滤料表面的积聚，除尘器的效率和阻力都相应的增加了，当滤料两侧的压差很大时，会把有些已附着在滤料上的细小尘粒被挤压过去，使除尘器效率下降。另外，除尘器的阻力过高会使整个除尘系统的风量显著下降。因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰。然而清灰时不能破坏初层，以免效率下降。 除尘器的工作原理如下：含尘气体由下部敞开式法兰进入到过滤室，较粗颗粒直接落入灰仓，含尘气体经滤袋的过滤，粉尘阻留于袋表，净气经袋口到净气室，由风机排入到大气。当滤袋表面的粉尘不断的增加，程控仪开始工作，将逐个开启脉冲阀，使压缩的空气通过喷口对滤袋进行喷吹清灰，使滤袋突然膨胀，在反向气流的作用下，给予袋表的粉尘迅速

13、脱离滤袋落入灰仓，粉尘由卸灰阀排出。图1-1 布袋除尘器工作原理图 Figure 1-1 Working principle of bag filter1.3.2 旋风除尘器 旋风除尘器于1885年开始使用，已发展成为多种型式。按其烟气流进入方式，可分为切向进入式和轴向进入式两类。在相同压力的损失下，后者能处理的气体约为前者的3倍，且气流分布均匀。普通旋风除尘器由简体、锥体和进、排气管组成。旋风除尘器结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都比较低，已广泛用于从气流中分离固体粒子和液体粒子，或从液体中分离固体粒子。在普通的操作条件下，作用于粒子上的离心力大约是重力的52500倍，

14、所以旋风除尘器的效率显著高于重力沉降室的效率。大多用来去除0.3m以上的粒子，并联的多管旋风除尘器装置对3m的粒子也有8085%的除尘效率。选用耐高温、耐磨蚀和耐腐蚀的特种金属或陶瓷材料构造的旋风除尘器，可在温度高达1000C和压力达500×10Pa的条件下操作。从技术、经济多方面考虑旋风除尘器的压力损失控制范围一般为5002000Pa。 旋风除尘器加设旁路后它的工作原理是含尘气体从进口处切向进入，气流在获得旋转运动的同时，气流上、下分开形成了双旋涡运动，粉尘在双旋涡分界处产生强烈的分离作用，较粗的粉尘颗粒随着下旋涡气流分离至外壁，其中部分粉尘由旁路分离室中部洞口引出，余下的粉尘由向

15、下气流带人到灰斗。上旋涡气流对细颗粒粉尘有聚集的作用，从而提高除尘效率。这部分较细的粉尘颗粒，由上旋涡气流带向到上部，在顶盖下形成强烈的旋转上粉尘环，并与上旋涡气流一起进入旁路分离室上部洞口，经回风口引入到锥体内与内部气流汇合，净化后的气体由排气管排出，分离出的粉尘进入料斗中。1.3.3 电除尘器 电除尘器是火力发电厂中必备的配套设备，它的功能是将燃煤或燃油锅炉排放烟气中的颗粒烟尘加以清除，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，是改善环境污染，提高空气质量的重要环保设备。它的工作原理是烟气在通过电除尘器主体结构前的烟道时，使其烟尘带有正电荷，然后烟气进入到设置多层阴极板的电除尘器通道中。由于带正

16、电荷烟尘与阴极电板的相互吸附作用，使烟气中的颗粒烟尘吸附在阴极上，并定时打击阴极板，使具有一定厚度的烟尘在自重和振动的双重作用下，使其跌落在电除尘器结构下方的灰斗中，从而达到清除烟气中烟尘的目的。由于火电厂一般机组功率都较大，如60万千瓦机组，每小时燃煤量可以达到180T左右，其烟尘量可想而知。因此对应的电除尘器结构尺寸也较为庞大。一般火电厂使用的电除尘器主体结构横截面尺寸大约为2540×1015m，如果加上6m的灰斗高度，以及烟质运输的空间密度，整个电除尘器高度会在35m以上，对于这样庞大的钢结构主体，不仅需要考虑其自主、烟尘荷载、风荷载，地震荷载作用下的静、动力分析。同时，还必须

17、考虑结构的稳定性。 电除尘器的主体结构都是钢结构，全部由型钢焊接而成，外表面覆盖着蒙皮（薄钢板）和保温材料，为了设计制造和安装方便。结构设计采用分层的形式，每片由框架式的若干根主梁组成，片与片之间由大梁连接。为了安装蒙皮和保温层的需要，主梁之间加焊次梁，对于如此庞大的结构，如何都按实物连接，其工作量与单元数将十分庞大。按工程实际设计要求和电除尘器主体结构的设计，主要考察结构的强度、结构稳定性及悬挂阴极板主梁的最大位移量。对于局部的区域主要考察阴极板与主梁连接处在长期承受周期性打击下的疲劳损伤；阴极板上烟尘脱落的最佳频率的选择；风载作用下结构表面蒙皮（薄板）与主、次梁连接以及它们之间刚度的最佳选

18、择等。另外，电除尘器的控制器也是其重要的组成部分，目前常用的是：等。控制除尘器主要功能是调节电场的运行，控制对粉尘的荷电。1.3.4 脉冲除尘器 脉冲除尘器是在袋式除尘器的基础上改进的新型高效的脉冲除尘器，综合了分室反吹各种脉冲喷吹除尘器的优点，进而克服了分室清灰强度不够，进出风分布不均等缺点，扩大了应用的范围。 脉冲除尘器是当含尘气体由进风口进入到除尘器，首先碰到进出风口中间的斜板及挡板，气流便转向流入到灰斗，同时气流速度将放慢，由于惯性作用，使气体中粗颗粒粉尘直接流入灰斗。起到预收尘的作用，进入灰斗的气流随后折而向上通过内部装有金属骨架的滤袋粉，粉尘被捕集在滤袋的外表面，净化后的气体进入滤

19、袋室上部的清洁室，汇集到出风口排出，含尘气体在通过滤袋净化的过程中，随着时间的增加而积附在滤袋上的粉尘会越来越多，增加滤袋阻力，致使处理风量会逐渐减少，为了正常工作，要控制阻力在一定范围内（140170mm水柱），必须对滤袋进行清灰，清灰时由脉冲控制仪顺序触发各控制阀开启脉冲阀，气包内的压缩空气经由喷吹管各孔经文氏管喷射到各相应的滤袋内，滤袋瞬间急剧膨胀，使积附在滤袋表面的粉尘脱落，滤袋得到再生。清下的粉尘落入灰斗，经排灰系统排出机体。由此使积附在滤袋上的粉尘周期性地脉冲喷吹清灰，使净化气体正常通过，保证除尘系统正常运行。脉冲除尘器的工作原理是指通过喷吹压缩空气的方法除掉过滤介质（布袋或滤筒）

20、上附着的粉尘；根据除尘器规格的大小可能有几组脉冲阀，由脉冲控制仪或控制，每次将开一组脉冲阀来除去它所控制的那部分布袋或滤筒的灰尘，而其他的布袋或滤筒会正常工作，隔一段时间后下一组脉冲阀打开，清理下一部分，一直这样循环下去 。1.4 原始数据本设计为循环流化床锅炉工作分析及220t/h循环流化床锅炉除尘系统设计，设计系统图如所示。1.4.1 主要工作参数锅炉型号 220/9.85额定蒸汽压力 9.81 MPa额定蒸发量 220 t/h最大连续蒸发量 240 t/h给水温度 215C锅炉排烟温度 136C锅炉计算热效率 90.16%锅炉保证热效率 89.56%燃料消耗量 30.9 t/h排烟飞灰质

21、量分数 16%标况下烟气密度 1.32 kg/m年平均温度 20C地面平均风速 2.7 m/s空气过量系数 1.2烟气粘度 Pas1.4.2 燃料特性收到基低位发热量 16090kJ/kg全水分 2.61%空气干燥基水分 0.86%干燥无灰基挥发分 24.96%收到基灰分 47.88%收到基碳 41.60%收到基氢 2.2%收到基氧 3.65%收到基氮 0.61%收到基硫 1.45%1.5 除尘系统分析及方案确定除尘系统主要由除尘器，风机，电动机及除尘风管几部分组成，除尘器的选择除了要考虑除尘效率还要尽量使除尘器结构简单，容易操作，经济性高；风机及电动机选择时要在满足除尘要求的情况下，还要考虑

22、它的安全运行，如在露天的情况下，要给电机设计防雨防雪外罩，另外，再设计安装时要选择合适的地点，以便检修和安装；除尘风管的设计时，要合理选择含尘气流在管道内的流速，尽量避免风管截面突变，管道与风机连接时应采用柔性连接，在满足要求的同时，要尽量管道的长度短。通过烟气量计算，除尘器的比较，选择除尘器，设计除尘风管，选择风机、电动机，最后对整个系统经济性分析。 2 锅炉工作分析循环流化床锅炉燃烧是一种新型、高效、低污染的清洁燃煤技术，其主要特点是在锅炉炉膛内含有大量的物料，在燃烧过程中大量的物料被烟气携带到炉膛的上部，经过布置在炉膛出口处的分离器，将物料与烟气分开，并且经过非机械式的返料器将物料回送至

23、床内，多次循环的燃烧。由于物料的浓度高，具有很大的热容量和良好的物料混合，一般每公斤烟气可携带几公斤的物料，这些循环物料带来了较高传热系数，使锅炉热负荷调节范围较广，对燃料的适应性强。循环流化床锅炉采用比鼓泡床更高的流化速度，而它不像鼓泡床一样有一个明显的床面，由于在床内有强烈的湍流和物料循环，增加了燃料在炉膛中的停留时间，因此比鼓泡床具有更高的燃烧效率，在低负荷下能稳定的运行，而不用增加辅助燃料。由于采用分级的送风、低温的燃烧和循环流化床的燃烧方式，循环流化床锅炉的炉膛运行温度一般都在850900C之间，这是一个理想的脱硫温度区间，采用炉内脱硫技术，向床内加入石灰石粉末和脱硫剂，燃料及脱硫剂

24、经过多次循环，反复进行低温燃烧和脱硫反应，加上炉内湍流现象运动剧烈，摩尔比约为2时，可以使脱硫效率达到90%以上，的排放量明显降低。同时循环流化床采用低温分级送风的燃烧方式，使燃烧始终保持在较低的过量空气下进行，从而大大降低的生成和排放。随着国家环保要求日益严格，普遍认为，循环流化床锅炉是目前最实用和可行的高效率低污染燃煤设备之一。2.1 循环流化床锅炉整体布置 锅炉采用循环流化床燃烧技术，主要由炉膛、高温绝热分离器、自平衡“”形回料阀和尾部对流烟道等组成。燃烧室受热面采用的是膜式水冷壁，燃烧室内部布置双面水冷壁，将炉膛分为了两个燃烧室，燃烧室上部布置屏式二级过热器和屏式热段再热器，尾部烟道布

25、置三级过热器、一级过热器、冷段再热器等，烟道采用的包墙过热器为膜式壁结构。 水冷布风板风帽采用大直径钟罩式的风帽。两个旋风分离器布置在燃烧室与尾部对流烟道之间，内衬绝热材料和耐磨、耐火材料。分离器回料腿下布置非机械型回料阀，回料为自平衡式，流化密封风用高压流化风机供给。锅炉易磨损部位采取可靠的防磨措施，在燃烧室与分离器、回料阀、冷渣器之间和分离器与回料阀、尾部 烟道之间处安装耐高温、抗磨损的三向非金属膨胀节。床下和床上各布置四只启动燃烧器。锅炉采取前墙四点给煤方式，使用一次风作为播煤风。锅炉两侧安装锥形阀排渣阀，锅炉下部布置两台风水联合冷渣器，控制排渣温度在150C以下，底渣进入刮板式除渣机运

26、至渣仓。2.2 循环流化床锅炉系统简介2.2.1 汽水流程锅炉汽水系统回路包括尾部省煤器、锅筒、水冷系统、旋风分离器进口烟道、旋风分离器、尾部竖井的包墙过热器、低温过热器、屏式过热器、高温过热器及连接管道、低温再热器、屏式再热器和连接管道等。锅炉的给水首先被引至尾部烟道省煤器进口右侧的集箱，逆流向上经过水平布置的省煤器管组进入省煤器出口集箱，通过省煤器引出管，从锅筒的左右封头进入锅筒。如果在启动阶段没有建立足够量的连续给水流入锅筒时，省煤器再循环管路可能将锅水从锅筒引至省煤器的进口集箱，防止省煤器管子内的水停滞汽化。例如1025/17.45-II16 型锅炉为自然循环锅炉。锅炉的水循环采用的是

27、集中供水，分散 引入、引出的方式。给水引入锅筒水空间，并且通过集中下降管和与之相连的下水连接管及分散下降管，然后分别引入水冷壁下集箱和水冷蒸发屏进口集箱。锅水在向上流经炉膛的水冷壁、水冷蒸发屏的过程中被加热成为汽水混合物，经过各自的上部出口集箱通过汽水引出管引入锅筒，然后进行汽水分离。被分离出来的水重新进入锅筒水空间，并进行再次循环，被分离出来的饱和蒸汽从锅筒的顶部蒸汽连接管引出。饱和蒸汽从锅筒引出后，由饱和蒸汽连接管引入旋风分离器入口烟道的上集箱、下行冷却烟道后，由连接管引入旋风分离器下部环形集箱，由连接管从分离器上部环形集箱引至尾部竖井左右侧包墙上的集箱，下行冷却左右侧的包墙后进入左右侧包

28、墙下集箱，由包墙的连接管引入前、后包墙下集箱，向上进入中间包墙上集箱汇合，向下进入中间包墙下集箱，即低温过热器进口集箱。逆流向上，对后烟道低温过热器管组进行冷却后，从锅炉两侧的连接管引至炉前屏式过热器进口集箱，流经屏式过热器受热面后，从锅炉两侧的连接管返回到尾部竖井后烟道中的高温过热器，最后合格的过热蒸汽经高过出口集箱两侧引出。从汽轮机高压缸排汽引入尾部竖井前烟道低温再热器进口集箱，流经两组低温再热器，然后由低温再热器出口集箱引出，经锅炉两侧的连接管引至炉前屏式再热器进口集箱，逆流向上冷却布置在炉膛内部的屏式再热器后，合格的再热蒸汽从炉膛上部屏式再热器出口集箱两侧引至汽轮机中压缸。过热器系统采

29、取调节灵活的喷水减温系统作为汽温调节和保护各级受热面管子的手段，整个过热器系统共布置有两级喷水减温器。一级减温器（左右各一台）布置在低温过热器出口至屏过入口管道上，作为粗调；二级减温器（左右各一台）位于屏过与高温过热器之间的连接管道上，作为细调。再热汽温采用尾部双烟道挡板调温作为它的主要调节手段，通过调节尾部过热器和再热器平行烟道内烟气调节挡板，然后利用烟气流量和再热蒸汽出口温度的关系来调节挡板的开度，从而控制流经再热器侧和过热器侧的烟气量，从而达到调节再热汽温的目的。同时，为了增加再热蒸汽气温调节的灵敏度，再热系统也布置了两级减温器，第一级减温器布置在低温再热器进口前的管道上（左右各一台），

30、作为事故喷水减温器，第二级减温器布置在低温再热器到屏式再热器的连接管道上（左右各一台），作为微量喷水减温器。并且以上两级喷水减温器均可通过调节左右侧的喷水量，来达到消除左右两侧汽温偏差的目的。2.2.2 烟风系统循环流化床锅炉内的物料循环是依靠一次风机和引风机提供的动能来启动和维持。从一次风机出来的空气分成了四路送入炉膛：第一路，经一次风空气预热器加热后的热风，从两侧墙进入了炉膛底部的水冷风室，通过布置在布风板上的风帽使床料流化，并且形成了向上通过炉膛的气固两相流；第二路，热风经过给煤增压风机后，用于炉前的气力播煤；第三路，经一次风空气预热器加热后的热风，作为床上助燃油枪用风；第四路，部分未经

31、预热的冷一次风，作为给煤皮带的密封风。经二次风空气预热器加热后的二次风，直接经炉膛下部前后墙的二次风箱分二层送入了炉膛。烟气及其携带的固体颗粒离开炉膛，通过布置在水冷壁后墙上的分离器进口烟道进入了旋风分离器，在分离器内绝大部分物料颗粒从烟气流中被分离出来，另一部分烟气流则通过旋风分离器中心筒引出，由分离器的出口烟道引至尾部竖井烟道，从前包墙和中间包墙上部的烟窗进入前后烟道，然后向下流动，冲刷布置在其中的水平对流受热面的管组，将热量传递给受热面，而后烟气流经管式空气预热器再进入除尘器；最后，由引风机抽进烟囱，排入到大气。“”阀回料器共配备三台高压头的离心式风机，正常运行时，其中有两台运行、一台备

32、用，为保证低负荷工况时风机能够稳定运行，通过旁路将多余的空气送入到一次风得第一路风道内。锅炉采用的是平衡通风，压力平衡点位于炉膛的出口；在整个烟风系统中均要求设有调节挡板，运行时便于控制和调节。2.2.3 物料循环过程锅炉在冷态启动时，在流化床内加装启动物料后，首先启动风道点火器，在点火风道中将燃烧空气加热到870C后，通过布风板送入流化床内，启动物料被加热。床温上升到大约610C并维持稳定后，被破碎成08.5mm的煤颗粒开始分别由八个给煤口从前墙送入到炉膛下部的密相区内。脱硫用的石灰石也同时送入炉膛。燃烧空气分为一次风和二次风，分别由炉底和前后墙送入。在工况下正常运行时，约占总风量的45的一

33、次风，经床底的水冷风室，作为一次燃烧用风和床内物料的流化介质送入到燃烧室，二次风在前后墙沿锅炉高度方向上分两层布置，以保证提供给煤粒足够的燃烧用空气量并参与燃烧调整；同时，分级布置的二次风在炉膛内部能够营造出局部的还原性气氛，从而抑制燃料中的氮被氧化，降低氮氧化物的生成。在910C左右的床温下，空气与燃料、石灰石在炉膛的密相区充分混合，煤粒燃烧释放出部分热量，石灰石煅烧生成二氧化碳和氧化钙；未燃尽的煤粒被烟气携带到炉膛上部稀相区内进一步燃烧，这一区域也是主要的脱硫反应区，在这里，氧化钙与燃烧生成的二氧化硫反应生成硫酸钙。燃烧产生的烟气携带大量床料经炉顶转出，然后通过位于后墙水冷壁上部的三个烟气

34、出口，分别进入三个旋风分离器进行气固分离。分离后含有少量飞灰的干净烟气由分离器中心筒引出通过前包墙拉稀管进入尾部竖井中，对布置在其中的高、低温过热器、低温再热器、省煤器和空气预热器放热，到锅炉尾部出口时，烟温已降至136C左右。被分离器捕集下来的灰，通过分离器下部的立管和“”阀回料器送回至炉膛实现循环燃烧。炉膛后墙设有四个排渣口，通过对排渣量多少的控制，使床层压降维持在合理范围以内，以保证锅炉保持在良好的运行状态。2.2.4 煤、石灰石的供给及排渣系统一般循环流化床锅炉给煤系统采用前墙集中布置，炉前布置有八个给煤口。在炉前下部还布置留有四个石灰石口（石灰石口布置在前墙下二次风管内），通过此口可

35、将石灰石粉末注入燃烧室，与燃烧过程中产生的反应，从而除去烟气中的。石灰石流量可根据燃料量和锅炉尾部的含量来分析判断，通过调节旋转给料机的转速来实现。此外，在“”阀回料器上还布置有启动用床料补充入口，并且设有启动床料添加系统。锅炉的排渣采用滚筒式冷渣器，锅炉除灰系统与本体连接的接口为炉膛排渣口和空气预热器下部灰斗。2.2.5 膨胀系统根据锅炉结构的布置及吊挂、支承系统，一台锅炉在深度方向上共设置了六个膨胀中心，即炉膛后墙中心线、旋风分离器和“”阀回料器的中心线（共三个）、前墙中心线和空气预热器支座中心。锅炉的炉膛水冷壁、旋风分离器和尾部包墙全部悬吊在顶板上，由上向下膨胀；炉膛左右方向通过刚性梁的

36、限位装置，使其以锅炉对称中心线为零点并向两侧膨胀；尾部受热面则通过刚性梁的限位装置使其以锅炉对称中心线为零点并向两侧膨胀。回料器和空气预热器均以自己的支承面为基准，并且向上膨胀，前、后和左、右为对称膨胀。炉膛和分离器的壁温，虽然比较均匀，但考虑到锅炉的密封和运行的可靠性，两者之间采用非金属膨胀节相连；回料器与炉膛和分离器的温差较大，结构型式不同，因此单独支撑于构架上，用金属膨胀节与炉膛回料口和分离器锥段出口相连，隔离相互间的膨胀差。分离器出口的烟道与尾部竖井间胀差也较大，且出口烟道尺寸很大，所以采用非金属膨胀节，确保连接的可靠性；吊挂的对流竖井与支撑的空气预热器间因胀差及尺寸较大，也采用非金属

37、膨胀节。所有穿墙管束均与该处管屏之间密封固定，或者通过膨胀节形成柔性密封，以适应热膨胀和变负荷的要求。除了汽包吊点、水冷壁前墙吊点、水冷壁以及分隔墙上集箱、旋风分离器及其进出口烟道、包墙的上集箱和前、后包墙吊点为刚性吊架外，蒸汽系统的其它集箱和连接管均为弹吊，或通过夹紧、支撑、限位装置固定在相应的水冷壁或者包墙管屏上。2.3 循环流化床锅炉优点2.3.1 燃料适应性广 循环流化床锅炉能燃用其它炉子无法燃烧的低热值劣质煤，甚至低热值为4187 kJ/ kg的煤矸石也能很好燃烧，我国煤矿坑口小火电厂有许多这种流化床锅炉。可燃用低热值无烟煤，劣质烟煤，煤矸石等，对煤种的适应性比煤粉炉、层燃炉好，在循

38、环床锅炉中，通过粒子的循环回燃，炉膛温度能很好的被控制，煤粒着火和燃尽较好，流化床锅炉的设计特点是炉膛高，从给煤、布风、出渣等设计特点，首先适应劣质煤的燃烧，布风装置将空气分别送入一次风的风室和分布板，送入二次风的风道。一次风量约占总风量的60%，由燃烧室底部送入，二次风由相互的不同高度送入，给高效燃烧提供了有利条件。由于采用了分离回料装置，给劣质煤分级燃烧、回燃提供了有利条件。循环流化床炉有两种类型分离装置，一种是惯性分离，另一种是旋风分离，大型炉采用两级分离，一级是炉室出口的惯性高温分离，二级是在省煤器后加旋风筒低温分离，未燃尽的煤粒经旋风筒分离回流至燃烧室继续燃烧。国产的循环流化床锅炉采

39、用较低的流化速度(一般4.5m/s5.5 m/s)、较低循环倍率约(1020)，因此，分离受热面受磨损较小。2.3.2 燃烧效率高国外循环流化床锅炉，燃烧效率高达99%。对于我国自行设计的锅炉，投运的效率也高达95%98%。该炉型燃烧效率高的主要原因是煤粒燃尽率高，煤粒燃尽率可分三种情况分析。较小的颗粒(小于0.4 mm)，随着烟气速度进行流动，它们未达到对流受热面就完全燃尽了，在炉膛高度的有效范围内，它们燃烧的时间是足够的。对于较大一些的煤粒(大于0.6 mm)，其沉降速度高，只有当其直径进一步燃烧或者相互磨擦碎裂而减小时，才能随烟气逸出，而较大颗粒经分离器分离返回炉膛循环继续燃烧。对于中等

40、粒度的煤，其燃烧时间要比停留时间长，而循环流化床炉，给颗粒燃尽提供了足够时间，使未燃尽颗粒循环燃烧达到燃尽的目的。对运行的锅炉炉渣实测，可燃物仅达1%2%，锅炉效率可达88%90%。2.3.3 有效脱硫 循环流化床锅炉的脱硫比鼓泡流化床锅炉更加有效，典型的循环流化床锅炉达到90%的脱硫效率时，所需的脱硫剂化学当量比为1.52.5，鼓泡流化床锅炉达到90%脱硫效率时则需要脱硫剂化学当量比为2.53，甚至更高。有时即使钙硫比很高，也不能达到90%的脱硫效率。因此，无论是脱硫剂的利用率还是二氧化硫的脱硫率，循环流化床锅炉比鼓泡流化床锅炉都优越很多，链条锅炉根本不可能在炉内进行脱硫。 流化床炉脱硫原理

41、，即煤燃烧过程中产生氧化硫与流化床炉燃烧添加剂氧化钙发生反应，化学方程式为 锅炉脱硫产生的硫酸钙将随炉渣排出，脱硫效率可达95%。灰渣中硫酸钙增加，是综合利用的较好材料。所以说，此炉型可燃用高硫煤。2.3.4 添加石灰石降低氮氧化物的生成量由于添加石灰石，在800900C低温下燃烧，可控制氮氧化物生成。流化床炉中氮氧化物生成原理是空气中氮气和氧气在燃烧时产生一氧化氮。在流化床炉燃烧过程中，燃料中90%氮元素转化成氮气，大约10%氮反应生成。在燃烧过程中，生成的氮氧化物被未燃烧的碳或氧化钙还原，减少了氮氧化物的排放。 2.3.5 系统简单运行操作方便 流化床锅炉燃烧、没有煤粉炉燃烧所需的复杂的制

42、粉系统，如磨煤机、排粉风机、粗、细粒分离器等，也没有像链条炉所需炉排传送装置。燃烧系统流程简单，从原煤破碎到煤仓经螺旋给煤机送入炉膛。一次风经布风板引入到炉膛底部，煤粉(10 mm以下)悬空燃烧。二次风从前后墙引入，起助燃搅拌的作用，随烟气向炉膛尾部带走的较大的颗粒经旋风分离器后，返回到炉膛，循环燃烧，进入尾部烟道的只剩下很小的灰粒。经上述简单流程， 锅炉即可以达到额定的蒸发量，能够满足汽轮机或生产工艺用汽的要求，初步估算，使用流化床锅炉厂房，土建费用可节约10%左右。与煤粉炉相比，设备费用可节约20%30 %，运行人员操作的辅机设备少，控制简单。2.3.6 灰渣可综合利用流化床锅炉燃尽的灰粒

43、，从下部灰斗、外经冷渣器冷却后，通过输送设备送入其它工厂进行再利用。由于流化床炉渣可燃物极低， 约1%1.5%， 而且具有较经济的脱硫效果， 增加了灰中硫酸钙的含量，这对综合利用提供了有利的条件，可做各种建材很好的掺合料， 是很好的水泥原料。在水泥行业和制砖行业利用灰渣前途最广泛，并且该炉型的推广应用，可减少除灰渣场地，对于无灰场条件的中、小城市而言不仅可以大大改善环境条件，而且可以推进建材行业的发展，变废为宝，使煤炭发挥综合效益。2.4 循环流化床锅炉存在的主要问题及改进措施2.4.1 冷渣器排渣困难问题一般锅炉配置了两台流化床型风水联合冷渣器，由于该型冷渣器的出力可设计很大，冷却效果好。因

44、此，国内外大型循环流化床锅炉均选用此型设备，但它对底渣的粒径较敏感，如果粗大颗粒在底渣中所占比例较大，则使冷渣器内流化质量恶化，灰渣很难从溢流口排出，甚至造成床层压死、结焦等问题，连粗渣排放口堵死。冷渣器运行经常采用事故排渣口进行排渣，由于热底渣仅在一室内进行风冷却，排渣温度较高，经常造成后续除渣设备出现故障，主要是输渣机高温下轴承包死，刮板磨损严重，内部装置高温变形。 冷渣器引发上述现象的主要原因是入炉煤的粒径不合格，如果煤质较差，掺杂石头、矸石量大，细碎机破碎石头的能力差，锤头磨损严重，导致间隙大，入炉煤中粒径不合格的颗粒所占比例在1040范围内，严重偏离设计要求时，就会出现冷渣器排渣困难

45、。加之，燃用的贫煤热爆及磨蚀等成灰特性也较差，这是造成灰渣粗大的主要原因。解决排渣困难的主要措施：首先，控制选煤的质量，尽量少掺石量，调整好破碎机的间隙，从而控制入炉煤粒径的分布。其次，控制好冷渣器三个风室的风量分配，使三个冷渣室都形成比较好的流化状态；控制好锥形排渣阀的排渣方式和冷渣器大渣排渣阀的运行方式是非常重要的，根据炉膛床压情况尽量做到少量多次均匀排渣，避免将冷渣器一室压死。最后，还应适应煤质差这样一个现实，对冷渣器结构作一些有效的改动，例如，加大粗渣排放阀的口径，增强事故排渣的能力；降低冷渣器内隔墙的高度，提高底渣翻越的能力；在冷渣器向炉膛返气管上安装插板门，以便锅炉运行中能及时清理

46、冷渣器；提高输渣设备的可靠性等。2.4.2 水冷壁磨损问题在炉膛密相区上沿处的水冷壁防磨采用软着陆结构、变径管加防磨护板方式。运行时，会发现此处水冷壁管及鳍片磨损严重，我认为入炉煤的粒径异常使床料偏粗，加上煤中灰份大、矸石多、石块多等现象，为实现充分流化，一次风量偏大，从而造成磨损现象严重；另一方面，此处的装配、焊接可能会出现质量问题，耐磨浇注料的施工也未达到厂家的要求。这两者是造成水冷壁磨损的主要原因。前者可通过运行方式来解决，后者则必须在安装、施工方面采取措施。详情分析如下。 1）水冷壁表面不平引起的磨损 主要表现在以下几个方面：水冷壁变径管处防磨护板安装工艺不合格，防磨护板与水冷壁管间隙

47、大，形成一个凸台，大量物料冲刷在凸台上，是造成水冷壁和鳍片磨损的主要原因；鳍片焊波不平导致对鳍片的磨损严重，磨透漏灰，进而冲刷水冷壁。焊波不平将有几种情况，一是锅炉安装制造时水冷壁膜式屏在变径管处鳍片上下对接不平，存在凸台现象；二是防磨护板与鳍片焊接处的焊瘤没有打磨，存在凸瘤现象；三是现场安装吊装孔在补焊鳍片时没有打磨平滑。四是在安装水冷壁屏时将下部鳍片隔开后，使焊波不平有凸台。检查发现鳍片、焊缝若像屋檐式的磨损较为轻，若像凸台式的磨损较为严重；水冷壁管焊口没有打磨圆滑，导致对水冷壁管的冲刷磨损严重。 2）炉内循环物料流道堵塞引起的磨损 炉膛内部有大量的物料在进行着内循环，从而进行热量交换。当

48、大量物料沿着水冷壁进行不断的内循环时，沿鳍片沟处流下的物料远大于沿水冷壁管外弧面流下的物料。鳍片就像水渠，如果“水渠”被堵塞，则“水”便从两侧溢出。同样道理，如果鳍片内被浇注料、焊瘤等堵塞，物料就会向一侧或两侧流出，从而对水冷壁管进行冲刷。事实也证明，这样的冲刷速度是非常快的。有以下几种情况：浇注料施工时不规范，导致浇注料边缘在鳍片上，从而将会堵塞物料正常流动。比如双面水冷壁、穿过前后墙水冷壁处，只要有浇注料的部位，均有可能在边缘发生水冷壁磨损的问题；浇注料软着陆平台可能由于施工不良形成斜坡，从而软着陆没有起到缓冲以及消除物料反弹的作用，靠近斜坡处的水冷壁管将会出现磨损；炉内四角水冷壁管鳍片焊

49、接不良，没有形成正常流道，如果四角夹上较大的床料块，将加剧对水冷壁磨损。 3）锅炉的漏灰问题 由于种种原因锅炉本体漏灰现象存在着严重问题，主要发生在密相区上沿水冷壁鳍片、密封盒等部位。主要有以下几种情况：密相区上沿水冷壁的鳍片磨损情况严重，将鳍片磨透，导致物料外漏；密封盒安装质量较差，导致漏灰严重：密封盒上部的疏形板没有焊接，特别是在密相区刚性梁内侧的部位；相邻的密封盒没有分开，膨胀不均将密封盒拉裂；二次风管与浇注料间隙较大，物料窜到密封盒内部将其保温浇注料掏空，密封盒烧坏变形导致漏灰；下二次风管由于床料粗、床压高，导致下二次风口被灰料淹没，致使下二次风量低，风管变形烧损，床料漏出；给煤口处播

50、煤口焊接不良，外部没有设置密封盒，导致漏灰；分离器、回料阀等部位因焊接不良导致焊缝裂开，漏灰；烘炉过程中的排湿孔没有焊接，导致漏灰；炉膛测点在安装时内外侧没有进行焊接，导致测点漏灰。总之，漏灰问题主要应从安装质量和运行调整方面加以解决。 4）返料器存灰问题循环流化床锅炉返料器的存灰问题很严重，运行技术改进有以下几条）对于双炉膛结构或者容易出现爆燃的锅炉，建议空返料无灰启动；）对于需要填充返料器存灰启动的使用冷态实验的自然存灰积存；）运行中灰浓度过高时，可以使用返料器放灰来解决问题；）对于返料不正常、返料温度无法上升情况，可以少量多次放灰，疏通返料不畅的冷灰栓塞点。2.5 煤粉炉与循环流化床锅炉

51、经济性能比较循环流化床锅炉与煤粉炉在不带脱硫的锅炉岛的投资、运行费用、维护成本、燃料适应性，脱硫投资、脱硫运行费用，灰渣综合利用等方面显示出了它的优越性，整理得出，如下表2-1。表2-1 煤粉炉与循环流化床锅炉经济性能比较Table 2-1 Pulverized coal and circulating fluidized bed boiler comparison of economic performance项目煤粉炉循环流化床锅炉不带脱硫的锅炉岛的投资锅炉较便宜，但是有制粉系统，制粉系统的设备及其土建需要一部分投资锅炉较贵，但没有制粉系统，不用投入制粉系统的设备和土建费，整个锅炉岛的投资比煤粉炉高7%左右不带脱硫的运行费用要烧好煤，煤价较高好煤、差煤都可烧，差煤便宜不带脱硫的维护成本较低选型得当，费用较低不带脱硫的自用电率要烧好煤，较低烧好煤时与煤粉炉差不多；若烧差煤，较高燃料适应性不好好低负荷稳燃能力不好好脱硫投资较大初投资较低，约为煤粉炉烟气脱硫的四分之一脱硫运行费用运行费用高运行费用较低，约为煤粉炉烟气脱硫的10%带脱硫的自用电率较高烧好煤时比煤粉炉低，烧差煤时烟气脱硫相当低氮氧化物排放投资与运行费用均较高没有投资运行费用灰渣综合利用可以可以可靠性好选型得当，与煤粉炉一样好带脱硫的锅炉岛投资较高比脱硫的煤粉炉锅炉岛投资低12%基