循环流化床基础知识

我国的电力工业是国民经济发展的基础产业，在我国，电力生产主要以燃煤火力发电为主，由于燃煤发电的直接污染较大，特别是SQ、NQ的排放。SQ的排放是造成酸雨的主要原因，为了通过炉内燃烧技术的改进，降低SQ、NQ排放量，我国从60年代开始对循环流化床锅炉进行研究，并在90年代以后和外国公司联合研究并取得了较大有发展，现在循环流化床锅炉已发展成熟并在全国广泛应用。流化床燃烧设备按流体动力特性分为鼓泡流化床和循环流化床，按工作条件分为常压和增压式流化床。循环流化床锅炉技术是一种新型的高效低污染清洁的燃烧技术，上世纪70年代的能源危机和越来越突出的环保问题使人们促进了这种燃烧技术的发展。现在大型循环流化床锅炉的主要炉型有三大流派，分别为：以德国Lurgi公司为代表的鲁奇型和以美国的FosterWheelerx芬兰的Alstorm公司（两者兼并）为代表的FWPyroflow型和德国Babcock公司的Circofluid型。我国东方锅炉厂采用的是FW公司的Pyroflow型的改进型循环流化床锅炉。北京B&W锅炉厂采用的是德国Babcock公司的架构和技术。哈尔滨锅炉厂有限责任公司（HBC）与美国PPC奥斯龙技术）以及国内的科研单位合作也开发了自己的大型循环流化床锅炉。上海锅炉厂引进美国ALSTOM技术、消化吸收自行设计制造了自己的循环流化床锅。由于国内各大锅炉厂商的参与，我国的大型循环流化床技术已趋于成熟[trade]第一节循环流化床锅炉的概念循环流化床锅炉是在鼓泡床锅炉（沸腾炉）的基础上发展起来的，因此鼓泡床的一些理论和概念可以用于循环流化床锅炉。但是又有很大的差别。早期的循环流化床锅炉流化速度比较高，因此称作快速循环循环床锅炉。快速床的基本理论也可以用于循环流化床锅炉。鼓泡床和快速床的基本理论已经研究了很长时间，形成了一定的理论。要了解循环流化床锅炉的原理，必须要了解鼓泡床和快速床的理论以及物料从鼓泡床-湍流床一快速床各种状态下的动力特性、燃烧特性以及传热特性。一・流态化：当固体颗粒中有流体通过时，随着流体速度逐渐增大，固体颗粒开始运动，且固体颗粒之间的摩擦力也越来越大，当流速达到一定值时，固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等，每个颗粒可以自由运动，所有固体颗粒表现出类似流体状态的现象，这种现象称为流态化。对于液固流态化的固体颗粒来说，颗粒均匀地分布于床层中，称为“散式”流态化。而对于气固流态化的固体颗粒来说，气体并不均匀地流过床层，固体颗粒分成群体作紊流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，这种流态化称为“聚式”流态化。循环流化床锅炉属于“聚式”流态化。固体颗粒（床料）、流体（流化风）以及完成流态化过程的设备称为流化床。二・临界流化速度对于由均匀粒度的颗粒组成的床层中，在固定床通过的气体流速很低时，随着风速的增加，床层压降成正比例增加，并且当风速达到一定值时，床层压降达到最大值，该值略大于床层静压，如果继续增加风速，固定床会突然解锁，床层压降降至床层的静压。如果床层是由宽筛分颗粒组成的话，其特性为：在大颗粒尚未运动前，床内的小颗粒已经部分流化，床层从固定床转变为流化床的解锁现象并不明显，而往往会出现分层流化的现象。颗粒床层从静止状态转变为流态化进所需的最低速度，称为临界流化速度。随着风速的进一步增大，床层压降几乎不变。循环流化床锅炉一般的流化风速是2-3倍的临界流化速度。影响临界流化速度的因素：（1）料层厚度对临界流速影响不大。（2）料层的当量平均料径增大则临界流速增加。（3）固体颗粒密度增加时临界流速增加。（3）流体的运动粘度增大时临界流速减小：如床温增高时，临界流速减小。床温与临界流速的关系如图所示。第二节循环流化床锅炉的工作原理一、流化过程如图所示，固体颗粒随着气流速度的增大分别呈现五种不同的流动状态：固定床、、紊（湍）流流化床、快速流化床、气力输送。循环流化床处于紊（湍）流流化床与快速流化床阶段。固定床：此种状态下，气流在颗粒的缝隙是流过，所有固体颗粒呈静止状态。鼓泡流化床：当气流速度达到一定值时，静止的床层开始松动，当气流速度超过临界流化风速时，料层内会出现气泡，并不断上升，而且还聚集成更大的气泡穿过料层并破裂。整个料层呈现沸腾状态。鼓泡流化床存在明显的分界面，其上部为稀相区，包括床层表面至流化床出口间的区域，也称为自由空间或悬浮段。下部为密相区，也称为沸腾段。紊（湍）流流化床：随着气流速度继续上升到一定数值，固体颗粒开始流动，床层分界面逐渐消失，固体颗粒不断被带走，以颗粒团的形式上下运动，产生高度的返混。此时的气流速度为床料终端速度。快速流化床：当气流速度进一步增大，固体颗粒被气流均匀带出床层。此时气流速度大于固体颗粒的终端速度，床内颗粒浓度基本相等。床内颗粒浓度呈上稀下浓状态。循环流化床的上升段属于快速流化床。快速流态化的主要特征为床层压降用于悬浮和输送颗粒并使颗粒加速，单位高度床层压降沿床层高度不变。气力输送：分为密相气力输送和稀相气力输送。对于前者，床内颗粒浓度变稀，并呈上下均匀分布状态，其单位高度床层压降沿床层高度不变。增大气流速度，床层压降减小。对于后者，增大气流速度，床层压降上升。密相气力输送的典型特征为：床层压降用于输送颗粒并克服气、固与壁面的摩擦。稀相气力输送的床层压降主要受摩擦压降支配。由上述燃烧分类可知，链条炉排炉采用的是固定床燃烧方式，而煤粉炉则采用了最稀相的悬浮燃烧方式。二、循环流化床的特点：典型循环流化床锅炉结构如图所示，其基本流程为：煤和脱硫剂送入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料包围，着火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流。气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，大量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循环燃烧。未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器和空气预热器，经除尘器排至大气。1低温的动力控制燃烧：由于循环流化床燃烧温度水平比较低，一般在850-900C之间，其燃烧反应控制在动力燃烧区内，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速度主要取决于化学反应速度，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速度的主导因素。循环流化床燃烧的燃烬度很高，其燃烧效率往往可达到98%—99%以上。2、高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程：循环流化床锅炉内的物料参与了炉膛内部的内循环和由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环两种循环，整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种循环运动过程中逐步完成的。3、高强度的热量、质量和动量传递过程：在循环流化床锅炉中可以人为改变炉内物料循环量，以适应不同的燃烧工况。物料分离系统是循环流化床锅炉的结构特征，大量物料参与循环实现整个炉膛内的控制燃烧过程，是循环流床锅炉区别于鼓泡流化床锅炉的根本特点，因为鼓泡流化床锅炉的燃烧主要发生在床内。所以循环流床锅炉燃烧必须具备的三个条件是:（1）要保证一定的流体速度，而且还要保证物料粒度处于适当的、使床层在快速流区域的粒度。（2）要有足够的物料分离。（3）要有物料回送，要有充分的措施以维持物料的平衡。各种燃烧方式的主要特性比较如下表：[/trade]三、颗粒的夹带、扬析当床层流动转到紊流流化床时，密相床层和稀相床层的界面开始模糊，颗粒夹带量明显增加。当气流通过颗粒层时，一些终端速度小于床层表观气速的细颗粒将被上升气流带走，这一过程称为扬析。，由于扬析过程中更多颗粒被夹带着离开床层，其中终端速度大于床层表观气速的颗粒经过一定的分离高度后会陆续返回床层，因此存在着输送分离高度TDH。此过程就是我们通常所说的循环流化床的内循环。在分离高度TDH以上的空间，颗粒浓度不再降低，床层表面至TDH之间的空间称为自由空间，燃用宽筛分的燃煤流化床锅炉，其炉膛出口高度通常低TDH,因此同时存在着夹带和扬析现象。发生扬析现象的颗粒的来源有三个：①给煤中的细颗粒；②煤在挥发份析出阶段破碎形成的细颗粒；③在煤燃烧的同时，由于磨损造成的细颗粒。五、影响循环流化床传热的各种因素：1、气体物理性质的影响：气膜厚度及颗粒与表面的接触热阻对传热起到主要作用。另外，气体密度增加，传热系数增大；气体粘度增大，传热系数减小；气体导热系数增大，传热系数增大。2、固体颗粒物理特性的影响（1）固体颗粒尺寸的影响：对于小颗粒床，传热系数随固体颗粒平均直径增大而减小；对于大颗粒床，传热系数随固体颗粒平均直径增大而增大。（2）固体颗粒密度的影响：传热系数随固体颗粒密度增大而增大。（3）球形度及表面状态的影响：球形和较光滑的颗粒，传热系数较高。（4）固体颗粒导热系数的影响：影响较小。（5）固体颗粒粒度分布的影响：对于小颗粒床，粒径越小，传热系数越大；对于大颗粒床，粒径越大，传热系数越大。3、化风速的影响：对于循环流化床的密相区，传热系数随流化风速的增大而减小。对于循环流化床的稀相区，传热系数随流化风速的增大而增大。4、床温对传热系数的影响：床与传热面间的传热系数随床温的升高而升高。5、管壁温度的影响：传热系数随壁温的升高成线性规律地增大。6、固体颗粒浓度的影响：床层颗粒浓度是影响循环流化床床层与床壁面传热最主要的因素之一。传热系数随床层颗粒浓度的增加而显著增加。7、床层压力的影响：床层压力增大，传热系数增加。六、循环流化床内的燃烧过程1、煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐射而被加热，首先水分蒸发，然后煤粒中的挥发份析出并燃烧、最后是焦炭的燃烧。其间伴随着煤粒的破碎、磨损，而且挥发份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠。煤粒在流化床中的燃烧过程如图所示。循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相空间，密相床层运行在鼓泡床和紊流床状态。循环流化床内绝大部分是惰性的灼热床料，其中的可燃物只占很小的一部分。这些灼热的床料成为煤颗粒的加热源，在加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，而煤粒在10秒钟左右就可以燃烧（颗粒平均直径在08mm）,所以对床温的影响很小。2、循环流化床内煤的燃料着火流化床内燃料着火的方式，固体质点表面温度起着关键作用，是产生着火的点灶热源，这类固体近质点可以是细煤粒，也可以是经分离后的高温灰粒或者是布风板上的床料。当固体质点表面温度上升时，煤颗粒会出现迅猛着火。另外，颗粒直径大小对着火也有很大的影响，对一定反应能力的煤种，在一定的温度水平之下，有一临界的着火粒径，小于这个颗粒直径，因为散热损失过大，燃料颗粒就不能着火，逸出炉膛。循环流化床内煤的破碎特性煤在流化床内的破碎特性是指煤粒在进入高温流化床后粒度急剧减小的一种性质。但引起粒度减小的因素还有颗粒与剧烈运动的床层间磨损以及埋管受热面的碰撞等。影响颗粒磨损的主要因素是颗粒表面的结构特性、机械强度以及外部操作条件等。磨损的作用贯穿于整个燃烧过程。煤粒进入流化床内时，受到炽热床料的加热，水份蒸发，当煤粒温度达到热解温度时，煤粒发生脱挥发份反应，对于高挥发份的煤种，热解期间将伴随一个短时发生的拟塑性阶段，颗粒内部产生明显的压力梯度，一旦压力超过一定值，已经固化的颗粒表层可能会崩裂而形成破碎；对低挥发份煤种，塑性状态虽不明显，但颗粒内部的热解产物需克服致密的孔隙结构都能从煤粒中逸出，因此颗粒内部也会产生较高的压力，另外，由于高温颗粒群的挤压，颗粒内部温度分布不均匀引起的热应力，这种热应力都会引起煤颗粒破碎。煤粒破碎后会形成大量的细小粒子，特别是一些可扬析粒子会影响锅炉的燃烧效率。细煤粒一般会逃离旋风分离器，成为不完全燃烧损失的主要部分。破碎分为一级破碎和二级破碎，一级破碎是由于挥发份逸出产生的压力和孔隙网络中挥发份压力增加而引起的。二级破碎是由于作为颗粒的联结体形状不规则的联结“骨架”（类似于网络结构）被烧断而引起的破碎。煤的破碎发生的同时也会发生颗粒的膨胀，煤的结构将发生很大的变化。一般破碎和膨胀受下列因素的影响：挥发份析出量；在挥发份析出时，碳水化合物形成的平均质量；颗粒直径；床温；在煤结构中有效的孔隙数量；母粒的孔隙结构等。（七）循环流化床的优点1、燃料适应性强由于循环流化床中的燃料仅占床料的1%—3%,不需要辅助燃料而燃用任何燃料，可以燃用各种劣质煤及其它可燃物，特别包括煤矸石、高硫煤、高灰煤、高水分煤、煤泥、垃圾等，可以解决令人头疼的环境污染问题。2、燃烧效率高循环流化床比鼓泡床流化床燃烧效率高，燃烧效率通常在97%以上，基本与煤粉相当。3、脱硫率高循环流化床的脱硫方式是最经济的方式之一，其脱硫率可以达到90%。4、氮氧化物排放低这是循环流化床另外一个非常吸引人的特点。其主要原因是：一低温燃烧，燃烧温度一般控制在850—900C之间，空气中的氮氮一般不会生成NOX二分段燃烧，抑制氮转化为NOX并使部分已生成的NOX寻到还原。5、燃烧强度高，炉膛截面积小这是循环流化床的主要优点之一。其截面热负荷约为3—6MW/m接近或高于煤粉炉。6、负荷调节范围大，调节速度快这主要上相对于煤粉炉来说的。其原因是循环流床内床料的蓄热能力非常大，不会象煤粉炉那样低负荷时需投油枪助燃，最大的好处在于可以压火热备用，熄火后可以马上热态启动，比煤粉炉有更好的调峰能力。循环流化床的负荷调节比可达（3—4）：1,其调节速率可达4%—5%。7、易于实现灰渣综合利用由于其灰渣含炭量较低，属于低温烧透，有着更大的利用价值。8、燃料预处理系统简单其燃料的粒度一般小于12mm破碎系统比煤粉炉更为简化。（二）循环流化床锅炉与常规煤粉锅炉在结构与运行方面的区别：1、燃烧室底部布风板，其主要作用是流化风均匀地流入料层，并使床料流化。对布风板的要求是：在保证布风均匀地条件下在，丰风板压降越低越好。2、床料循环系统：是由高温旋风分离器和飞灰回送装置组成，其作用是把飞灰中粒径较大、含炭量高的颗粒回收重新送入炉内燃烧。3、入炉煤粒大。4、循环灰参数对锅炉运行的影响：循环流化床锅炉运行时，其单位时间内的循环灰量可高达同单位时间内燃煤量20—40倍。由于灰的热容大得多，因此循环灰对燃烧室下部的温度平衡有很大影响，循环流化床锅炉燃烧室下部一般卫燃带或根本不布置受热面，煤粒燃烧产生的热量则由烟气和循环灰共同带走。而在煤粉炉中，煤粉的燃烧产生的热量是由烟气和工质带走的。在煤粉炉中，蒸发受热面的出力主要取决于炉膛温度，而在循环流化床锅炉中，温度基本不随负荷变化，运行中烟气携带的飞灰颗粒量成为影响蒸发受热面的重要因素。因此，循环流化床锅炉可以从热量平衡和飞灰循环倍率两个方面来调节锅炉负荷。5、控制系统要求高。由于循环流化床锅炉内流态化工况、燃烧过程较煤粉炉复杂，加之有飞灰循环，因此其控制系统较同等容量的煤粉炉要求高。九、循环流化床锅炉目前存在的主要问题1、炉膛、分离器和回送装置及其之间的膨胀和密封问题。由于流化床其表面附着一层厚厚的耐磨材料与保温材料并且各个部位受热时间和程度不完全一致，所以会产生热应力而造成膨胀不均，导致出现颗粒外漏现象。2、由于设计和施工工艺不当造成的磨损问题。锅炉部件的磨损主要与风速、颗粒浓度以及流场的不均匀性有关，研究表明：磨损与风速的3.6次方和浓度成正比。炉膛、分离器和回送装置内由于大量高浓度物料的循环流动，一些局部位置，如烟所改变方向的地方会开始磨损，然后逐渐扩大到整个炉膛。3、飞灰含炭量高的问题。对于循环流化床来说，其底渣含炭量较低，但其最佳脱硫温度的限制，飞灰含炭量却比较高。4、NO排放较高。流化床燃烧技术可有效抑制NOXS02的排放，但流化床低温燃烧是产生20最主要的原因。5、厂用电率高。由于循环流化床锅炉具有布风板、分离器结构和炉料层的存在烟风阻力比煤粉炉大得多，相应的通风电耗也较高。锅炉的燃烧控制循环流化床锅炉的燃烧过程是一个复杂的物理过程，对于自动控制来说是一个复杂的多变耦合系统。循环流化床锅炉燃烧控制的主要目的就是解决锅炉热负荷与出力之间的及时匹配。由于循环流化床锅炉的特殊的燃烧方式，不仅要考虑其热迟滞性，还要考虑其床层温度、床层差压和回料量的变化，以及为控制二氧化硫的排放加入石灰石后对燃烧工况的影响等。一个典型的循环流化床锅炉的燃烧控制应包括以下功能：负荷指令；主汽压调节；床层温度调节；床层差压调节；给煤量调节；一次风量调节；二次风量调节；炉膛压力调节；石灰石量调节；高压流化风量调节；启动燃烧器燃油流量调节；启动燃烧器风量调节；播煤风量调节；底灰排放量、温度调节。其控制流程如下：通过蒸汽母管的压力（经过蒸汽母管压力调节器处理后）和蒸汽实际流量（经过温度修正）得出锅炉的负荷指令，作为一个燃料、氧量控制、床温、一次风量的远方给定值进行控制。在控制燃料量的同时也引入了床温的控制。根据循环流化床锅炉的燃烧特点，其燃烧控制系统又分为：1、燃料控制系统；2、送风及炉膛压力控制系统；3、床温控制系统；4、床压控制系统。燃料控制系统锅炉主控系统发出的燃料指令即是总燃料指令，通过与总风量比较后取小值作为调节器的设定值，保证锅炉指令增加时风量始终大于燃料量，也同时保证了先加风后加燃料、先减燃料后减风。调节器输出煤、石灰石给定值指令。总煤量取所有落煤管煤量之合，启动燃烧器和风道燃烧器燃油流量之合经折算成相应煤量后，加上总煤量作为总燃料量。这样才能保证燃烧的安全和输入、输出量的平衡。2、送风及炉膛压力控制系统锅炉主控系统发出的风量指令即为总风量指令。总风量中一、二次风所占比例最大，同时一次风和二次风直接影响锅炉的运行及燃烧工况。所以，总风量调节系统通过改变一、二次风量的调节指令来保证锅炉所需配风（其中一次风量应是经过床温调节补偿过的）。锅炉主控系统得到的总风量指令与燃料量测量值进行交叉限制后（取大值）作为总风量控制系统的给定值，以保证负荷增加时先加风后加燃料、负荷减小时先减燃料后减风的要求，从而保证一定的过剩空气系数。在炉膛压力调节系统中，炉膛出口压力测量值与给定值一起送入PID中进行运算，运算结果动作引风机耦合器（或调节挡板）执行器，从而控制炉膛出口压力满足机组运行要求。由于循环流化床锅炉燃烧的特殊性，一次风量和二次风量发生变化时，需经过一段时间炉膛出口压力才发生变化，因此必须把总风量（一次风机出口风量和二次风总风量之和）的微分量作为前馈信号送入PID控制输出中，以提高一、二次风量变化时控制系统响应的快速性。3、床温控制系统循环流化床锅炉的最佳运行床温为850C-900C。在这一温度范围内，大多数煤都不易结焦。石灰石脱硫剂在这个温度时具有最佳脱硫效果，并且NOX生成量也很少。床温调节的目的是优化和减少烟气中SO的含量，影响循环流化床床温的因素很多，如给煤量、石灰石供给量、排渣量、一次风量、二次风量、返料风量等。给煤量主要用来调节主汽压力，床温对给煤调节的影响要求并不高，因此给煤量仅为调节床温的手段之一。石灰石供给量对床温的影响比较小，且其影响也可间接体现在给煤量上，故在构造床温控制系统时不考虑石灰石的影响。排渣量主要用来控制床层厚度，若床层厚度基本恒定则排渣量对床温的影响也可不予考虑。控制床温的最好手段是通过再分配燃烧室不同燃烧风风量而总风量不变保持最佳的床温。床温测量值来自于炉膛密相区下部床温的平均值。4、床压控制系统床压是燃烧室内密相区床料厚度的具体表现，料层过厚时，床料的流化状态就会变差或不能流化影响炉内的燃烧工况，严重时会造成燃烧室内局部结焦。为保证床料的正常流化，在床料高时须加大流化风量，从而增大了辅机的电耗。料层薄时，会对布风板上的设备如风帽、床温测点等磨损加大或使其过热损坏。并且，料层薄时，炉内的传热会恶化不能维持正常的负荷需求。因此床料厚度的变化直接影响到锅炉的安全及经济运行，料层厚度与床压具有一一对应关系。因此，料层厚度调节可以通过调节床压来实现。下图是床料厚度与床压的对应关系：床压在炉膛密相区通过差压进行测量，大型循环流化床锅炉一般分左、右两侧，该测量平均值作为床压的测量值，此信号与由运行人员设置的床压给定值相比较后，通过调节器控制投用的冷渣器进渣调门的开度，改变燃烧室炉床排渣量，从而维持床压在给定值。锅炉的各输入、输出参数具有很大的延时，且各参数是在实时变化的，难以建立精确的数学模型。因此，必须加入大量的补偿和修正，使其达到自适应控制。以保证锅炉运行的机动性、经济性和安全性。第一节炉膛

炉膛可以说是整个循环流化床锅炉系统的心脏，循环流化床锅炉的炉膛结构主要包括以下几个方面：（1）炉膛的截面尺寸，炉膛高度等；（2）炉膛内受热面的布置；（3）炉膛内各开孔的结构及位置；（4）循环流化床的布风装置等；下面，我们介绍一下比较典型的DG-440/13.7-II流化床锅炉的炉膛结构：燃烧室由水冷壁前墙、后墙、两侧墙构成，宽15240mm深6705.6mm,确定炉膛长、宽、深度时，主要考虑各受热面的布置及分离器的的位置，此外还必须注意当炉膛深度过大会影响二次风的穿透能力，二次风不能充分对稀相区燃烧进行扰动，保证燃烧应具备的足够的氧量。炉膛高度也是一个关键参数，合适的炉膛高度应能：（1）保证分离器不能捕集的细粉在炉膛内一次通过时全部燃烧尽；（2）炉膛高度应能够容纳全部或大部分蒸发受热面或过热受热面；（3）保证回料机构料腿一侧有足够的静压头，使返料能够连续均匀地进行；（4）保证锅炉在设计压力有足够的自然循环；（5）炉膛高度和循环流化床锅炉的尾部烟道内布置的对流受热面所需高度相一致；（6）应能保证脱硫所需最短气体停留时间。炉膛在结构上分为风室水冷壁、水冷壁下部组件、水冷壁上部组件、水冷壁中部组件、水冷分隔墙。来自暖风器的一次风经过一次风机升压到10Kpa以上，两侧一次风通过一次风道平衡后进入燃烧室底部的水冷风室，风室底部是前墙管拉稀形成，是①60的水冷壁管加扁钢组成的膜式壁结构，加上两侧水冷壁及水冷壁及水冷布风板构成了水冷风室，水冷风室内壁设置有较薄的耐火、绝热材料层，以满足锅炉启动进870C左右的高温烟气冲刷的需要，水冷布风板、耐火层把水冷风室和燃烧室相连，为了保证水在水冷壁管内能够循环起来，布风板由①82.55mm的内螺纹管加扁钢焊接而成，扁钢上设置有密度很大的定向风帽，其用途是让一次风均匀流化床料，同时把较小颗粒及入炉杂物排向出渣口，布风板标高为7000mm。整个炉膛从结构上分为上、下部分，下部纵向剖面由于前后墙水冷壁与水平面相交而成为梯形，水冷壁前墙、后墙和两侧墙的管子节矩均为80mm规格为①60,燃烧主要在下燃烧室，即水冷壁下部组件，这里床料最密集、运动最激烈、燃烧所需的全部风和燃料都由该部分输送到燃烧室内，除了一次风由布风板进入燃烧室外，在炉膛的前后墙还布置有成排的二次风口，可灵活调节上、下层二次风风量。二次风口可将床层分为密相床层和稀相床层二次风口的位置决定了密相区的高度。密相区的作用是使燃料部分燃烧及气化和裂解，同时作为偌热装置。密相区越高床层燃烧的的稳定性越好，但若密相区太高，则会增加一次风机的电耗。所以本机组二次风口一般在布风板上面1.5米左右。炉膛上层二次风单侧为8个，下层二次风口单侧为10个。炉膛下部侧墙布置有冷渣器与燃烧室的几个接口：冷却仓排气入口、选择仓排气入口、炉膛排渣口，另外，在炉膛前墙处分别设置了六个给煤口和三个石灰石口，用于测量床料温度和床层压力的测量组件也都安装在这一区域中，来自旋风分离器的再循环床料通过“J”阀回到燃烧室底部。给煤口一般布置在敷设有耐火材料的下部还原区，并尽可能远离二次风入口点，从而使细煤颗粒被高速气流夹带前有尽可能长的停留时间。排渣口主要用于床层的最低部排放床料，它的主要作用有二个：一是维持床内固体颗粒存料量；二是维持颗粒尺寸，不使过大的颗粒聚集于床层低部而影响运行。排渣管布置在床层的最低点，本机组布置在两侧炉壁靠近布风板处，属于侧面排渣。在燃烧室内布置了一片双面受热的水冷分隔墙，从而增加了传热面，水离开锅筒，通过四根集中下降管到水冷分隔墙及前、后、两侧墙水冷壁下集箱，向上流经水冷壁及水冷分隔墙受热面，从水冷壁及水冷分隔墙上集箱出来后通过汽水连接管回到锅筒。燃烧室的中部、上部由膜式水冷壁组成，在此，热量由烟气、床料传给水，使其部分蒸发，这一区域也是主要的脱硫反应区，在这里，氧化钙CaO与燃烧生成的二氧化硫反应生成硫酸钙CaSO在炉膛顶部、前墙回炉后弯曲形成炉顶，管子与前墙水冷壁出口集箱在炉后相连，前、后墙出口集箱各一个，标高同为43300mm侧墙出口集箱标高为42970mm为了防止受热面管子磨损，在下部密相区的水冷壁，炉膛上部烟气出口附近的后墙，两侧墙和顶棚以及炉膛开孔区域，炉膛内屏式受热面倾斜及转弯段，水冷分隔墙均敷设有耐磨材料，耐磨材料均匀采用销钉固定，炉内屏式受热面敷设耐磨材料区域与受热面间交界处，其上、下一定范围内受热面表面采用贴钢板堆焊结构。第二节旋风分离器旋风分离器是循环流化床锅炉的核心部件之一。其主要作用是将大量的高温固体物料从炉膛出口的气流中分离出来。通过返料装置送回炉膛，以维持燃烧室快速流态化状态，燃料剂和脱硫剂多次循环，反复燃烧和反应。一・旋风分离器的种类目前旋风分离器的种类比较多，按使用条件的不同，分离器可分为三大类：高温分离器、中温分离器、低温分离器。而高温旋风分离器又可分为绝热材料制成的高温旋风分离器，分离器内部有防磨层和绝热层。此类型的分离装置占了已运行的和正在建造的循环流化床分离装置的绝大部分。此类型的分离器在小型流化床锅炉中运用的较多，运行情况相对稳定，但此旋风分离器体积较大，受旋风分离器最大尺寸的限制，且旋风分离器工作温度较高，需用的耐火和保温材料较厚，启动时间长，而且相对而言散热损失也大，如果燃烧组织不良，还会在旋风分离器内产生二次燃烧。水冷、汽冷高温旋风分离器，整个分离器设置在一个水冷或汽冷腔室内，此只类型的旋风分离器是由FosterWheeler公司提出的，采用这种旋风分离器不需要很厚的隔热层。目前容量较大的流化床锅炉已广泛采用此类分离器。一.DG440/13.7-H2型流化床锅炉汽冷式旋风分离器的肘部结构，附图3-3.DG440/13.7-H2流化床锅炉在炉膛出口与后部烟道之间布置有两台汽旋风分离器，旋风分离器上半部分为圆柱形，下半部分为锥形。烟气出口为圆筒形钢板件，形成一个端部敞开的圆柱体，长度几乎伸至旋风分离器圆柱体一半位置。细颗粒和烟气先旋转下流至圆柱体的底部，而后向上流动离开旋风分离器，粗颗粒落入直接与旋风分离器相连接J阀回料器立管。旋风分离器为膜式包墙过热器结构。其顶部与底部均与环形联箱相连，墙壁管子在顶部向内弯曲，使得在旋风分离器管子和烟气出口圆筒之间形成密封结构。其内部流动的冷却介质为经过旋风分离器进口烟道受热面加热过的过热蒸汽，过热蒸汽先由分离器进口烟道的受热面的出口联箱经导汽管引至旋风分离器下部环形联箱，后经包覆在分离器四周的200根①42的管子，受热后引至上部环形联箱，后经导汽管进入侧包墙过热器，旋风分离器的上、下环形联箱均为①273。旋风分离器的内表面敷设有防磨材料，其厚度距管子外表面25mm中间部分为绝热耐火层，最外层是钢制外壳。旋风分离器的中心筒由高温、高强度、抗腐蚀、耐磨损的RA-253mA钢板卷制而成。二.汽冷式旋风分离器相比较其它形式的分离器，具有以下的优点：耐火材料的用量大大减少，厚底由钢板式内斑纹形式旋风分离器的300~400mr降至25mm不仅能缩短启停时间和承担一定的热负荷，而且大大降低了耐火材料量，也降低了维护检修的费用。耐火材料用高密度销钉固定，不易脱落，运行安全可靠。锅炉启动速度不受耐火材料升温速度的限制，负荷调节快捷，启动迅速，同时旋风分离器的蓄热量也大为降低，锅炉启动时节省燃料。旋风分离器中心筒采用耐高温、耐腐蚀的奥氏体钢，可靠性较高。与炉膛之间胀差小，结构简单，具有更可靠的密封性。汽冷式旋风分离器外壁温度较低，锅炉散热损失减小，可提高锅炉效率，降低运行成本。其缺点是结构复杂，工艺要求高，成本高，价格贵。第一节回料装置燃烧室、分离装置和固体物料回逆装置是循环流化床锅炉有别于其他类型锅炉的主要部件，回送装置的任务是将分离装置中分离出来的固体物料送回循环流化床锅炉燃烧室内。外观如图所示：一、回料装置的用途及其分类固体颗粒的循环量决定着床内固体颗粒浓度，固体颗粒浓度对循环流化床的燃烧、传热和脱硫起很大作用，所以保证循环物料的稳定流动是循环流化床基础。固体物料返料装置，应当满足以下基本要求：(1)物料流动稳定：这是保证循环流化床锅炉正常运行一个基本条件。由于固体物料温度较高，回料装置中又有松动风，在设计时应保证在物料回送装置中不结焦，流动顺畅。使炉膛内高温烟气不反窜到回料装置甚至烧坏回料装置。由于循环流化床炉膛的燃烧呈正压状态，燃烧室的压力高于回料装置内压力，返料装置将物料从低压区送到高压区，必须有足够的静压来克服其压差，既起到气体的密封作用，又能将固体物料送回床层，对于旋风分离器，如果有烟气反窜进入返料装置，将大大降低分离效率，从而影响物料循环和整个循环流化床锅炉的运行。可控的物料流量即能够稳定地开启或关闭固体颗粒的循环，同时能够调节或自动平衡固体物料流量，从而适应锅炉运行工况变化的要求。返料装置中的阀有机械阀和非机械阀两大类。机械阀靠机械构件的动作来达到控制和调节固体颗粒流量的目的。但由于循环流化床锅炉中的循环物料温度较高。机械阀的工作环境较为恶劣，所以现在循环流化床锅炉很少采用机械阀。非机械阀无需任何外界机械力的作用，仅采用气体推动固体颗粒运动，高温工作条件下简单、可靠地输送固体物料。非机械阀的形式主要包括L阀、V阀、换向密封阀、J阀、H阀等。由于DG440/13.7-n2型锅炉采用的为“J”阀回料器，下面着重介绍一下J阀回料器的结构及工作过程。二、J阀回料器的结构及工作过程汽冷式旋风分离器分离的床料和灰向下流经衬有耐火材料的回料立管排出到“J”阀。勺”阀回料器共两台，对应布置在每台旋风分离器的下方，支撑在构架梁上。分离器与回料器间，回料器有下部炉膛间均为柔形膨胀节连接。它有两个关键功能，使再循环床料从旋风分离器连续稳定的回送到炉膛，提供旋风分离器的负压和下燃料室正压之间的密封。分离器的静压非常接近大气压，而燃料回料点由于一次风和二次风，压力非常高，故必须实现他们之间的密封，否则，燃烧室烟气将回流到分离器。“J”阀通过分离器底部出口的物料在立管中建立的料位差，来实现这个目的，物料返送的动力源于回料器上升段和下降段的不同配风，使上升段和下降段呈现不同的流态化。回料器有三台高压“J”阀风机负责，正常两台运行，一台备用。“J”阀风通过底部风箱作为高压流化风及立管上的四层松动风进入“J”阀，并有手动和电动调节阀分配风量，实现定量送风，在立管上设有压力测点，实现对压差的监控。J阀上方布置有启动物料的补充入口，J阀回料器下部设置了事故排渣口，用于检修情况下的排渣，但未纳入排渣系统。布风装置是锅炉流态化燃烧的主要部件，布风装置主要有两种类型：即风帽式和密孔板，随着我国循环流化术锅炉的大型化，密孔板式布风装置应用的范围越来越小，现在大型循环流化床锅炉多采用布帽式布风板。图3-4为典型的风帽式布风装置。一、风帽风帽是流化床锅炉实现均匀布风以及维持炉内合理的气固两相流动和锅炉的安全经济运行的关键部件。随着循环流化床锅炉技术的发展，出现了多种结构形式的风帽，主要有小孔径风帽、大孔径风帽及定向风帽等。目前循环流化床锅炉趋向于采用小直径大孔径风帽。DG440/13.7-n2型循环流化床锅炉采用的即是大直径『型定向风帽，以减少风帽个数。运行经验表明，这种布置方式对流化床质量影响不大，但大直径、大孔径风帽帽头磨损严重，风帽之间的大颗粒更容易沉积，实际循环流化床锅炉运行时往往形成一些大的渣块，为了使这些渣块能够被有控制地排出床外，锅炉采用了定向风帽。其基本用途：一是定向吹动，有利于大渣块的排出；二是增加床层底部料层的扰动。如图所示为单向风帽：开孔率是风帽设计的一个重要参数。开孔率是指各风帽小孔面积的总和刀f与布风板有效面积Ab的比值，以百分率表示，即n=（刀"Ab）x100%>一个稳定的流化床层要求布风板具有一定的压降，一方面使气流在布风板下的速度分布均匀，另一方面可以抑制由于气泡和床层起伏等原因引起颗粒分布和气流速度分布不均匀，布风板压降的大小与布风板上风帽开孔率的平方成反比。但布风板的压降给风机造成了压头损失与电耗，因此布风板设计中考虑维持均匀稳定床层需要的最小布风板压降。根据运行经验，布风板阻力为整个层阻力（布风板阻力加料层阻力）的20%~30%，可以维持床层稳定的运行。二、布风板布风板的作用是支承风帽和隔热层，并初步分配气流。布风板的截面形状大小决定于密相区底部段的截面，厚度为30~40mm勺整块铸铁板或分块组合而成的。不论布风板的形状是矩形的或圆形的，节距的大小取决于风帽的大小及风帽的个数与气流的小孔速度，为了便于固定和支撑，板布风板的实际加工尺寸要大一些。当采用多块钢板拼接时，必须用焊接或用螺栓连接成整体，以免受热变形，产生扭曲。漏风和隔热层裂缝。布风板一般有水冷式布风板和非水冷式布风板两种。DG440/13.7-n2型锅炉采用的便是水冷式布风板。大型流化床锅炉一般采用热风点火，要求启停时间短，变负荷快。为适应这些要求，消除热负荷快速变化对流化床锅炉燃烧系统带来的不利影响，采用水冷布风板是十分重要的。水冷式布风板采用膜式水冷壁管拉稀伸长形式，在管与管之间的鳍片上开孔，布置风帽，如图。第六节耐磨材料循环流化床锅炉的传热方式和传统的煤粉锅炉有根本的不同，其传热主要是靠炉膛内的高浓度的物料所携带的热量进行对流传热的。物料在炉膛内的内循环及在旋风分离器外循环回路中高速的运动，其强化换热的手段是增大烟气所携带的高温物料的浓度，由其带来的磨损也是可想而知的，特别是在烟气转向时，其冲刷力是相当强的耐火耐磨材料的使用对于确保循环流化床锅炉的安全、可靠运行极为重要。锅炉的一些部分不是由压力部件构成，也未被循环水或蒸汽冷却，而暴露在高温环境中，并且接触高速流动的烟气。如板结构的J阀回料器、分离器出口烟道。在这些无热传导的区域内部都设有两层耐火耐磨材料，其中最靠近外层金属板的是保温层，第二层是耐磨耐火层。对于压力部件防磨损而设计的耐磨耐火材料同时还具有低绝热的特性，这样，锅炉的热传导就不会受到影响。这种耐磨耐火材料覆盖层主要使用在燃烧室及汽冷式旋风分离器。在燃烧室的密相区，床料与填加的燃料和石灰石混和，并被流化，其中较小的颗粒被上升气流带走，较重的颗粒则落回到布风板面上，这里的颗粒有很强的磨损性，因此耐火材料的覆盖范围就从布风板开始，一直延伸到燃烧室中垂直壁与斜壁的交界处。在炉膛内屏式受热面转弯及倾斜处、炉膛开孔处，床料颗粒流向的不均匀性也会造成磨损，对这些地方，通过附加防磨盖板，罩壳内附加销钉等多种手段来达到防磨的目的。烟气向炉膛出口汇集时，其携带的不定向颗粒不可避免的会对该处造成一定程度的磨损，因此在出口附近的两侧，上部和下部都有耐火材料保护层。在过热屏与蒸发屏底部弯曲并与烟气的流动方向垂直的部位，磨损更为严重，这个区域也覆盖有耐磨耐火材料。另外，在风冷式冷渣器内、冷渣器的入口管内也都覆有耐磨材料。如上图所示，有粗实线的部位都是耐磨材料的重点覆着部位。第七节点火油系统循环流化床锅炉的点火方式有床下点火、床上点火和混合式点火三种方式。床下点火方式的特点是：热利用率高，点火油燃烧所产生的热量由床下点火风携带对床料进行加热，大部分热量被床料吸收，床温上升快速、均匀，能加快升炉速度和减小热损失。但其有长长的点火风道，占地面积较大，系统复杂。床上点火风道的特点是：油燃烧器直接装在炉本体四周，节约了系统投资，在锅炉发生事故时可以起到稳燃的作用，但其热利用率低，大部分热量随烟气进入尾部烟道，如雾化不良易造成尾部烟道的二次燃烧。其床料温度上升较慢且不均匀。混合式点火方式即是床下和床上点火方式的组合，这种点火方式虽融合了床上与床下点火方式的优点，也集中了两种方式的缺点，这里不作重点介绍。不论是床上点火方式还是床下点火方式，其点火装置都是点火油枪（燃气装置）这与煤粉锅炉差不多，循环流化床锅炉的点火油枪多为简单压力式点火枪。其主要有点火油喷嘴、油枪杆、进油管道组成。其油喷嘴主要有雾化片、旋流片和分油嘴三部分组成。从油泵来的高压燃料油（一般是轻柴油）经过分油嘴的几个小孔汇合到环形槽内，然后经过旋流片的切向槽