l  前言

    循环流化床是目前商业化程度最好的清洁煤燃烧技术之一。它具有煤种适应性强、负荷调节范围大、燃烧稳定、炉内脱硫和分级燃烧有效降低污染物排放等优点。特别是燃用高灰低挥发份或高硫份等其它燃烧设备难以适应的劣质燃料方面以及低负荷要求较高的地方热电厂和负荷波动较大的自备电站中，循环流化床锅炉是最佳选择。

    分离器是影响循环床性能的关键部件之一，也是循环技术方案的核心。在冷热态试验的基础上，开发了入口带有加速段的水冷方形分离器，该分离器分离性能较高，与同当量圆形旋风筒相当，阻力为一半。将其应用于循环床锅炉，取代原有的平面流分离，并对回料系统、膨胀和密封、防磨及锅炉的辅助设备和系统方面进行改进和完善。为此，清华大学与四川锅炉厂合作开发了75t／h水冷异型分离循环流化床锅炉，  目前已有3台投运。该炉型的运行显示了良好的性能。武安城西矸石热电厂75t／hCFB是该炉型在燃用无烟煤中的典型的应用。本文介绍循环床的设计和运行情况。

    2锅炉概况与特点

    2．1  锅炉规范

    额定蒸发流量：75t／h

    额定蒸汽压力：3．82MPa

    设计煤值资料

    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  结构与布置

    2，2．1  总体布置

    锅炉采用单锅筒横置式自然循环，II型布置，锅炉自前向后依次布置燃烧室、分离器、尾部烟道，巧妙地将三部分结合起来成为一体，既保持紧凑型布置，又保证良好的密封性能。省煤器之前的所有炉墙均为膜式壁结构，不用膨胀节，吊挂处理；省煤器之后为支撑结构轻型炉墙。高温过热器布置在燃烧室上部，低温过热器布置在尾部汽冷包墙内。锅炉采用全钢架结构，炉前向后计三排柱。

    锅炉燃烧所需空气分别由一、二次风机提供，一、二次风比与煤种有关，大致为55：45。一次风经一次风空气预热器预热后，由左右两侧风道引入水冷风室中，流经安装在水冷布风板上的风帽进入燃烧室，保证流化质量和密相区的燃烧；二次风经预热后由播煤风口和两侧的二次风口进入炉膛，补充燃烧空气并加强扰动混合。燃烧在炉膛内燃烧产生的大量烟气携带物料经分离器的入口加速段加速进入异型水冷分离器，烟气和物料分离。分离的物料经料斗、料腿、J型阀再返回炉膛，烟气自分离器的中心筒进入分离器出口区，流经转向室、低温过热器、省煤器、二次风预热器、一次风预热器后排出。炉渣由炉底水冷排渣管排出。

    锅炉给水经省煤器加热后进入汽包；锅筒内的饱和水经集中下降管、分配管分别进入燃烧室水冷壁和分离器水冷壁下集箱，加热蒸发后流入上集箱，然后进入锅筒；饱和蒸汽流经顶棚管、后包墙管、侧包墙管，进入低温过热器入口集箱，由低温过热器加热后进入减温器调节汽温，然后经布置在燃烧室顶部的高温过热器将蒸汽加热到额定汽温汽压，进入集汽集箱至主汽阀和主蒸汽管道。

    2．2．2  锅炉基本尺寸

    锅筒中心标高：26，400mm

    本体宽度(柱中心线)：7，l00mm

    锅炉深度(柱中心线)：11，090mm

    2．2．3  主要结构

    炉膛由膜式水冷壁构成，截面积约18m2，空塔速度约为5m／s，燃烧室净高约为20m，炉膛下部前后墙收缩成锥形炉底，前墙水冷壁延伸成水冷风板并与两侧水冷壁共同形成水冷风室。布风板水冷壁的鳍片上安装风帽，风帽采用单孔定向风帽，这类风帽的动量大、定向等特点很好地满足了床料混合和流化质量的要求，并有利于燃烧效率。燃烧室下部水冷壁是磨损可能发生的重要部位之一，该区域水冷壁上焊有密度较大的销钉，并敷设特殊高温耐磨材料。

    根据燃烧的成份差异以及脱硫要求，燃烧室设计工作温度不同，在870～950℃之间。燃烧室中物料浓度和循环量较高，而物料的热容量很大，炉膛上下温度较均匀。炉膛出口布置异形水冷分离器，由膜式水冷壁构成，两个分离中间设有膜式壁隔墙。分离器前墙与燃烧室后墙共用，其中燃烧室后墙的一部分向弯制形成分离器入口加速段；分离器后墙同时作为尾部竖井的前包墙。该屏水冷壁向下收缩成料斗，向上的一部分直接引出吊挂，另一部分向前并穿越燃烧室后墙分别构成分离器顶棚。燃烧室后墙、分离器两侧水冷壁向上延伸与分离器的顶棚、汽冷顶棚构成分离器出口区，与尾部竖井的汽冷包墙相接，使燃烧室、分离器、尾部包墙连为一体，避免使用膨胀节，提高密封性能。

    分离器膜式壁的磨损是一个需要着重考虑的问题。借鉴国外水(汽)冷圆形旋风筒成功的防磨经验，采用壁面密焊销钉涂一层很薄的耐磨浇注料的方法，由于较薄并受冷却，防磨材料工作较低的温度，具有更强的防磨性能。入口带有加速段方形水冷分离器克服了热旋风筒内因燃烧引起结焦、启动时间长、维修量大的弊端，又克服了圆形水(汽)冷旋风筒的制造成本高的问题。

    高温过热器布置于燃烧室，过热器系统采用辐射和对流相结合，有利于提高锅炉的低负荷运行能力，过热器本身磨损问题可以解决。

    尾部烟道自上而下依次布置低温过热器、省煤器、二次风空气预热器和一次风空气预热器。低温过热器为光管错开布置；省煤器两级布置，高温段为顺列鳍片管，低温段为错列光管；二次风空气预热器为立管式或热管式。为减少磨损，一方面控制烟速，另一方面加盖防磨盖、压板及防磨瓦，对局部也作了相应的处理。

    2，3  关键部件

    2．3．1  返料装置

    返料装置是循环流化床锅炉的关键部件之一。返料装置由灰斗、料腿、J型阀构成。根据分离器的设置，采用两套返料装置。灰斗由分离器水冷壁收缩而成，设有防磨内料。料腿为圆柱形，内衬有防磨异型砖，悬吊在水冷灰斗上。J型阀是一高流率小风量自平衡回灰阀，将循环物料送入炉膛，两个J型阀的松动风分别取自于一次冷风道，互相独立。J型阀体为耐热铸钢件，底部设有用于停炉的放灰管。J型阀与料腿之间设有膨胀节。

    2．3．2  点火系统

    直接应用原平面流分离循环床中床下点火的成功经验采用水冷布风板和水冷风室，为床下点火创造条件。热烟气发生器两个，设置在炉前左右两侧的风室中。冷态启动时，床料温度由室温缓慢加热升到650～700℃时，可关闭油枪给煤运行。启动升温速度应在5～10℃／mm，冷启动时间约2小时，用油0．5吨左右。

    2．3．3  异型水冷分离器

分离器是循环流化锅炉的核心部件之一，它直接影响循环床锅炉的性能。国外普遍采用旋风分离器。高温旋风分离器很好地满足了循环床锅炉的需要，但存在体积庞大、密封和膨胀系统复杂、内衬厚、耐火材料及砌筑要求高、运行中易出现故障、启动时间长等一系列问题，尤其我国煤种杂，难燃煤种多，旋风筒、料腿和返料装置内的超温结焦事故出现频繁，  由于运行水平的问题，国内循环床很难保证锅炉启停时对温度变化速率的要求，久而导致热惯性大的绝热旋风筒损坏，降低了锅炉的可靠性和可用率。

清华大学和四川锅炉厂，在大量冷态和热态实验基础上提出了入口带有加速段的方形水冷分离器设计，并用于75t／h循环床锅炉完善化工程。该分离器的效率与圆旋风筒分离器相当，但结构上的优势充分显示了它的生命力。首先，它取消了分离器入口、出口的膨胀节，彻底解决了锅炉膨胀、密封的问题；其次，它彻底解决了磨损的问题；第三，彻底解决了分离器内结焦的可能性。

2．4  辅助系统

循环床锅炉的性能仅仅依靠分离器或本体的设计是远远不够的。在75t／h异型水冷分离器循环床锅炉的设计机中对辅助系统提出了要求。如入炉煤粒度、石灰石粒度、辅机参数等。

入炉煤粒度要求为0～10mm，根据煤成份不同，应有一定粒度级分配，以保证燃料中灰分大都成为可参与循环的物料，实践表明一般的设计和设备即可满足。为了达到良好的脱硫效果，要求石灰石粒径大都应为0 ～lmm,

3  锅炉运行概况

3．1  操作简单，运行稳定

1997年11月25日，武安城西矸石热电厂锅炉点火开始试运行。点火后，经过安全阀调整，蒸汽严密性试验，冲管合格后，锅炉直接并入蒸汽母管，投入试生产。由于一期工程两台35t/h一直带不上满负荷，全年生产任务眼看就完不成了，为此，当这台炉子点火成功后，生产厂长就令值长：不限制该炉负荷，能发多少，就发多少。并启动一台12MW汽轮机，因此该炉在点火后，仅停炉12小时，就立即投入了正式生产，直至12月31日零点，平均负荷在72t／h以上。由此可看出该炉十分容易被司炉工掌握，操作十分简单，运行稳定。为此，该炉运行班人员由原定的8人，减少至4—5人。

    3．2  负荷调节能力强

    该炉负荷可在35t／h--95t／L之间灵活调节。在98年9月19日一21日的三个班，负荷竟高达95t／h，每班累计产汽量为720t／h。负荷在40％～120％之间灵活调节，显示出该炉子优越的负荷调节能力。

3．3燃料适应性

武安当地小煤窑很多，煤种很杂，其发热量从2000kcal／㎏～5400kcal／㎏均有，98年3月的煤样工业分析为：

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

事实上发热量从2000kcal／㎏ ～5400kcal／kg均能稳定燃烧并能保持正常负荷。

    3．4  燃烧效率

    从分离器下来的循环灰的组份来看，其分离效率与传统的旋风筒分离器很接近了，该分离的dc99(效率>99％的粒径)在150～160微米。该炉在负荷70t／h时，燃用3500kcal／kg的当地煤时，水膜除尘器中沉淀灰含碳量为20％，该炉经过仔细调整飞灰含碳量可达到12％，经过多次试验我们已掌握了有关的试验数据和降低飞灰含碳量有效方法，为我们今后设计燃用无烟煤的锅炉提供了可靠的试验数据。

    3．5  锅炉可用率高

    该炉在98年度累计运行7500小时。

    3．6  存在问题和完善的方法

    在98年5月锅炉出现了第一次爆管，位置在顶棚管上，经检查发现该处磨损严重，同时发现风帽磨损也十分严重以及在运行发现过热器超温，经过设计部门的计算，决定对该炉进行投入运行以来的第一次消缺工作，工作内容主要是将顶棚管部分磨损的管子进行更换，并浇注上耐磨料，对过热器受热面进行调整以解决过热器超温，对风帽进行调整，以防止风帽的磨损。所有工作历时十五天完工。锅炉一直保持良好状态运行。值得一提的是，由于该厂未使用合适的耐磨浇注料，分离器内的浇注料已开始脱落，并发生爆管，致使循环灰管内的耐火砖受到水的冲击而发生开裂和脱落，使循环灰受阻，并烧坏回灰阀和膨胀节，造成多处漏灰，使负荷降低到65t／h左右。而湔江水泥厂75t／h同类型的循环床却是使用了合适的耐磨浇注料，运行2万多小时，仍保持完好。

arDate="False" Day="19" Month="9" Year="1998">98年9月19日一21日的三个班，负荷竟高达95t／h，每班累计产汽量为720t／h。负荷在40％～120％之间灵活调节，显示出该炉子优越的负荷调节能力。

3．3燃料适应性

武安当地小煤窑很多，煤种很杂，其发热量从2000kcal／㎏～5400kcal／㎏均有，98年3月的煤样工业分析为：

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

事实上发热量从2000kcal／㎏ ～5400kcal／kg均能稳定燃烧并能保持正常负荷。

    3．4  燃烧效率

    从分离器下来的循环灰的组份来看，其分离效率与传统的旋风筒分离器很接近了，该分离的dc99(效率>99％的粒径)在150～160微米。该炉在负荷70t／h时，燃用3500kcal／kg的当地煤时，水膜除尘器中沉淀灰含碳量为20％，该炉经过仔细调整飞灰含碳量可达到12％，经过多次试验我们已掌握了有关的试验数据和降低飞灰含碳量有效方法，为我们今后设计燃用无烟煤的锅炉提供了可靠的试验数据。

    3．5  锅炉可用率高

    该炉在98年度累计运行7500小时。

    3．6  存在问题和完善的方法

在98年5月锅炉出现了第一次爆管，位置在顶棚管上，经检查发现该处磨损严重，同时发现风帽磨损也十分严重以及在运行发现过热器超温，经过设计部门的计算，决定对该炉进行投入运行以来的第一次消缺工作，工作内容主要是将顶棚管部分磨损的管子进行更换，并浇注上耐磨料，对过热器受热面进行调整以解决过热器超温，对风帽进行调整，以防止风帽的磨损。所有工作历时十五天完工。锅炉一直保持良好状态运行。值得一提的是，由于该厂未使用合适的耐磨浇注料，分离器内的浇注料已开始脱落，并发生爆管，致使循环灰管内的耐火砖受到水的冲击而发生开裂和脱落，使循环灰受阻，并烧坏回灰阀和膨胀节，造成多处漏灰，使负荷降低到65t／h左右。而湔江水泥厂75t／h同类型的循环床却是使用了合适的耐磨浇注料，运行2万多小时，仍保持完好。 

文章作者：赵晓星  蒋文斌(四川锅炉厂  610401)岳光溪(清华大学)