流化床锅炉基础和应用.doc

流化床锅炉基础和应用第一章 流化床锅炉的基本概念1.1 什么是循环流化床锅炉 从字面上看，循环流化床锅炉就是加了分离循环的流化床锅炉，但是它和带分离循环的鼓泡床锅炉有何不同呢？后者是否就是循环流化床锅炉呢？ 循环流化床锅炉七十年代中期在国外出现，它起源于化工煅烧氢氧化铝。关于循环流化床的定义，有很多学者，从流化动力学方面来研究，但这些研究理论性较强，而且得出的结论和后来循环流化床锅炉的实际也有出入。从流态化讲，最初认为循环流化床应是快速床。现在的实践是：炉室下部是鼓泡床或湍流床，炉室上部是快速床，而鼓泡床或湍流床和上部快速床之间并无明显的界面。在炉室上部物料沿中间断面是上升的，而沿壁面附近是下降的。从燃烧上讲，循环流化床锅炉为分级燃烧，一次风在布风板以下送入炉膛，二次风在布风板以上不同高度送入炉膛，二次风以下是还原气氛，二次风以上为氧化气氛。从传热上讲，炉室下部敷保护层，传热很少，绝大部分传热在炉膛上部。上部传热有热烟气和粒子的辐射，还有粒子沿壁面下降时对壁面的传热。分离和循环是产生上面三种工况的必要条件。我们可以用以上流化，燃烧和传热三个特征判断一台锅炉是否是循环流化床锅炉。1.2 循环流化床锅炉的传热 循环流化床锅炉的传热是指以下几方面：炉内传热，包括烟气和物料对水冷壁和屏式受热面的传热；水冷或汽冷旋风筒的传热；外置式热交换器的传热及尾部对流受热面的传热。除最后一项外，其余传热过程都很复杂，尤其是炉内，气固两相流，目前尚无计算标准，基本上是根据经验选择传热系数。 炉内传热，包括颗粒沿壁面下行时对壁面的导热，也有粒子和烟气对壁面的辐射放热和对流放热。运行实践表明，炉内粒子浓度越高，传热系数越大。而粒子浓度与锅炉负荷，一、二次风量，二次风布置，过剩空气，燃料粒度及性质，静止床层厚度，分离装置效率等诸多因素有关，设计和运行时有诸多参数可调整。除粒子浓度外，影响传热的最重要因素是温度，温度愈高传热系数愈高，但循环流化床锅炉如燃料含硫较高，又向炉内加石灰石脱硫，则炉内温度一般必须控制在850900之间，否则脱硫效率大大降低，因此企图改变温度来改变热系数，实用意又不大。 炉内屏式受热面传热情况与水冷壁不同，根据实际运行数据，其传热系数和水冷壁的传热系数不相上下。 目前炉内传热系数一般变动在100140Kcal/m2h，分离效率好的取上限值，差的取下限值。 汽冷或水冷壁分离器，包括水冷壁下部敷耐火材料处。传热系数与销钉密度，耐火层厚度及耐火材料导热系数等都有关。耐火材料的热阻是主要热阻，不同的耐火材料可使该传热系数变动在2540 Kcal/m2h之间。 外置式热交换器内传热相当于鼓泡床锅炉埋管的传热系数，不同的是外置式热交换器内物料粒度要小得多，因而其传热系数也比常规鼓泡床锅炉大得多，可达300350 Kcal/m2h。但因在其内无燃烧，随着传热，床温要下降，因而各处温压是不均匀的。 尾部受热面的传热系数和常规锅炉也有差别，主要是其积灰程度、也就是污染系数大小，不仅受烟气速度和燃料影响，还受分离装置影响。分离装置分离效率高，飞灰粒子细，积灰就多，反之积灰就少。因此针对不同的分离效率，应采用相应的烟气流速，分离效率高时积灰是主要矛盾，一般不磨损，此时烟速可取得较高，反之应取较低的流速。随分离装置设计的改进，尾部烟速已从以前的67m/s提高到目前的1012m/s，但传热系数却比以前还低。因此计算很困难，要不断积累经验。1.3 循环流化床锅炉的特点1.3.1 燃烧效率高 如上所述，鼓泡床锅炉燃烧效率低，一般在90% 以下，锅炉效率不足80%，主要是飞灰含碳量高。为此曾采取加二次风、加分离回燃等措施，但由于鼓泡床烧室上部可燃成分少、烟温低、混合差等原因，收效甚微。而循环流化床锅炉由于采用分级燃烧，且由于流化速度高，循环量大，燃烧室上部有大量可燃物，二次风比例相应比较大，混合激烈、温度高，在整个燃烧室甚至分离装置内部继续燃烧。由于这样的燃烧工况，燃烧效率可达9599%，锅炉效率可达90% 左右。1.3.2 炉内脱硫 炉内加石灰石脱硫能确保烟气SO2排放达到环保要求。由于炉温可方便控制在脱硫反应最佳数值，且由于分离回送，可使加入石灰石充分反应，大大节约石灰石用量。1.3.3可有效控制NOx排放。 低温燃烧生成的NOx低，另外由于分级燃烧，燃烧室下部为还原气氛，燃料中N转化为NOx也很少，因此一般要求下，可不采取特殊脱NOx措施。NOx可保持在100200ppm。13.4燃烧室断面积小 由于流化速度高，约为鼓泡床的两倍，另外由于燃烧风分一、二次风，一次风仅占总风量5560%，故循环流化床锅炉，布风面积仅为鼓泡床30%左右。这有利于锅炉的大型化。1.3.5给煤装置相对较简单 由于高的流化速度，大量炉内及炉外循环，使床内物料的混合非常强烈，因而对给煤均匀性要求相对不象鼓泡床那么严，130t/h锅炉有2个给煤点、220t/h410t/h锅炉有4个给煤点已足够了，而鼓泡床锅炉，35t/h就有4个给煤点。给煤点的减少大大简化了系统，有利大型化。1.3.6负荷调节比大。 鼓泡床锅炉，由于流化速度限制，再加上受热面积绝大部分在床内，为了保证流化和燃烧温度，最低负荷一般为满负荷的50% 。而循环流化床锅炉由于流化速度高,且燃烧风分成一、二次风，受热面又远离床层，因此稳定燃烧负荷可低至25% 额定负荷。1.3.7负荷变化时汽温特性好。 煤粉炉，链条炉一般70% 以下负荷难以保持额定汽温，而循环流化床锅炉负荷低至50%也能保证额定汽温。这是因为随负荷变化，炉温和炉内灰浓度都相应变化，炉膛传热不仅随炉温变化，还随灰浓度而变化，这样同样的负荷变化，炉温相对变化就较小，从而保证了过热汽温相对稳定。1.3.8燃料适应性好 由于炉内保有大量高温物料，新加入燃料仅占很小部分，再加之物料流化混合强烈，因而循环流化床锅炉能燃烧各种燃料如煤矸石、煤泥、石油焦、生物燃料、垃圾、各种煤甚至油、气。当然这是指可以根据不同的燃料来进行设计，不是指同一台炉子可以烧任何燃料。对已运行锅炉也允许燃料有较大的变动，特别是带外置式热交换器的锅炉。 燃料变化主要是热值，挥发分、灰分、水份等的变化。燃料热值升高，灰分降低时，可以增加床层厚度，同时增加过量空气，提高炉内烟气速度，这样可以增加循环量，增强传热以减缓炉温升高，维持炉温在最佳范围。对于挥发分变化，循环流化床锅炉也不敏感。挥发分代表了燃料的反应性，循环流化床锅炉由于循环燃烧，使燃料停留时间大大延长，加之炉内燃料与空气相对运动速度高，扰动激烈，故对挥发分少的燃料也能很好燃烧。如循环流化床锅炉布置了外置式热交换器，则对燃料适应性更好，且可保持锅炉始终在最佳工况运行。这主要是外置式换热器可以根据燃料热值方便改变热循环回路的吸热量，如燃料热值高，则进入外置式的热灰量增加，以增加外置式热交换器的吸热量，这样可以保证炉温稳定。1.3.9灰渣可综合利用 由于低温燃烧，灰活性好，且因燃烧效率高，飞灰含碳低，灰可用作水泥的掺合料。 第二章 循环流化床锅炉的基本结构 循环流化床锅炉与其它类型锅炉在结构上有其相似之处，也有其独特之处，本文仅对其特有的一些结构加以介绍。2.1燃烧系统2.1.1.给煤系统 循环流化床锅炉燃用的煤先经过破碎 ，粒度一般控制在10mm以下。对挥发分高的褐煤可放宽到13mm，而对贫煤、无烟煤最好8mm 以下。此外对其筛分也有一定的要求，小于0.1mm的煤粒燃烧后生成的灰较难分离，因而要求其份额最好不要超过10%，而大于5mm的颗粒燃烧时间长，其分额也希望小于10%，中间颗粒尤其是0.5-3mm份额应尽可能的多。以上仅是个大概要求，对不同煤质有不同的要求。煤的颗粒度对循环流化床的设计和运行影响很大，但在实际上又很难控制。 给煤系统可分为单级(图2-1)及双级给煤（图2-2）。 图 2-1 单级给煤 图 2-2双级给煤当煤仓离锅炉较近时，可以用单级给煤，煤由给煤机直接从煤仓送至锅炉前的落煤管。在煤仓离锅炉较远时，可用两级给煤，煤先由煤仓用输送机输送至锅炉附近再由给煤机送至炉前加煤管。 采用单级给煤时，由给煤机控制给煤量。采用两级给煤时，可用煤仓下的输送机控制给煤量，而给煤机则保持始终大于输送机的出力，如用给煤机控制煤量则两级之间应有缓冲小煤仓，根据此仓内的料位控制输送机的出力。前者控制较简单，但输煤机及给煤机都要求保持密封，且给煤机始终在较高转速下运行，后者控制较复杂但不要求输送机密封，而且给煤机的转速也可较低。 给煤遇到的最大问题是给煤堵塞，堵塞发生在煤仓下出口至输送机或给煤机的进口，有时在给煤机出口至锅炉的落煤管处也会发生堵塞。为防堵煤采取了很多措施，但至今也未彻底解决。堵煤很重要的原因是煤外在水分太高，一般外在水分超过8% 时堵煤常常发生，因此设置足够大的干煤棚，是防止堵煤的非常重要的措施。此外煤仓的倾角，内衬材料，下料口的形状，落煤管结构，输送风的设置等对堵煤都有影响。此问题后面还会详述。 给煤的另一个问题是密封问题，为了使给煤进入床层，一般给煤点离布风板高度都不到2m，此处锅炉往往有正压。在锅炉容量较小，分离效率较低时，可以靠提高炉膛负压，提高给煤点标高或降低料层等来保持给煤点处的负压。但随着锅炉容量增大，分离效率提高，炉内正压很高，给煤点附近可达1000甚至2000Pa，此时要再形成负压，整台锅炉的负压增加很多，除加大电耗外，也增加了漏风。但给煤点正压的存在，使炉烟反窜，不但污染环境，如用皮带给煤机还可能烧坏。为此必须将给煤机密封，并在其中通入密封风。该风一般由一次风机出口接来，使给煤机中保持一定的压力，此压力必须高于炉内给煤口处的压力，阻止烟气反窜。正压给料必须有可靠的隔离装置，以便给煤机故障时可不停炉修理。2.1.1.1.螺旋给煤机 螺旋给煤机结构简单，最初用于鼓泡床直接将煤送入密相床，是中小锅炉常用的给煤机。它的优点是自密封性好，可不用密封风，但输送距离长而量大时，由于其结构限制不太适用。另外，由于是挤压输送，其磨损严重，少则一两个月，多则半年，必须更换螺旋，还容易发生卡塞，目前在大型循环流化床锅炉上已很少采用。2.1.1.2 刮板给煤机刮板给料机相对螺旋给料机而言，可以输送距离长，与皮带相比也不易因烟气反窜而烧坏，它也有磨损，但较螺旋轻。刮板轴有时因刮板、链条带煤也会卡塞，但很少出现。它无自密封功能，其可靠性优于螺旋而不如皮带。2.1.1.3皮带给料机 最初皮带给料机因易被反窜的烟气烧坏，故只用于鼓泡床的负压给煤。由于负压给煤燃烧效率较低，故很长一段时间流化床锅炉不用皮带给煤机。由于锅炉容量的增大，给煤量也大，输送距离也长，因此，皮带给料机在大型锅炉中逐渐取代螺旋和刮板。它可靠性高，距离不受限制，可以称量，唯一要注意的是防止烟气反窜。因此给煤机必须密封，并在其中通入密封风。2.1.1.4 落煤管 落煤管是给煤机和锅炉之间的连接通道，看起来很简单但对锅炉的可靠性和经济性都有很大影响。给煤管内也经常发生堵煤，在给煤管的后方有输煤风，它防止下落的煤粘附在斜管上，它也有减少下落煤的冲力、减轻磨损的作用。在落煤管的下端还有播煤风，它将煤均匀播散入炉内，加强混合以提高燃烧效率。2.1.1.5 返料管内给煤 有不少大型循环流化床锅炉，尤其是国外奥斯龙技术的锅炉，给煤常常直接由给煤机进入返料管的斜管上，煤和返料混合后进入炉内。这种给煤方式，煤预先与高温灰混合，对提高燃烧效率有利。这仅是定性分析，并无实验数据比较。这种给煤方式给煤输送路线长，且返料点较给煤点低，此处背压高，给煤口必须很好密封并加密封风。有的锅炉在给煤出口管道上加叶轮机。但由于给煤中杂质多，叶轮机很容易卡住，现已拆除。2.1.2 布风系统2.1.2.1风室 流化床锅炉要求燃烧风沿整个燃烧室断面均匀分布，以保证物料流化良好。为此，流化床都有一布风系统，它由风室、风板、风帽等组成（图2-3）。 风室是布风板下的空间，风由此向上进布风风帽，对风室的要求是其中各处风压基本均匀，不能因动压差而产生太大的差压。在鼓泡床时，还考虑设计等压风室，而循环流化床锅炉由于布风板阻力加大，料层加厚，风室内各处的差压可以忽略不计，因此不需要特别的计算和设计，仅根据结构布置进行设计。 风室最初一般是用钢板围成的，但是近来随着床下热烟气点火的普遍使用、锅炉容量的加大和对密封要求的提高，风室一般采用水冷壁围成，和燃烧室水冷壁为一体。膨胀密封都大为简化。水冷风室内有保温层，减少水冷壁在点火时的吸热，以节约点火燃料。 图2-3 风室、风板 图2-4钟罩式风帽2.1.2.2布风板 布风板用来固定风帽。布风板最初都用厚钢板制作， 在其上有耐热耐磨浇注料。近来由于床下热烟气点火的普遍采用，布风板也用膜式水冷壁制成，在其上有耐热耐磨浇注料，下面有保温浇注料。2.1.2.3风帽 风帽的作用是形成均匀的阻力，保证流化风的均匀性。在鼓泡床设计时由于流化速度低，二次风作用很小，物料混合差，因此风帽数量多，开孔率小，一台35t/h锅炉风帽达3000个左右。随着锅炉的大型化，加上循环流化床锅炉流化速度高，二次风混合作用大，还有大量的返料，因此采用了较大的风帽，加上床面积减少，风帽数量大大减少，75t/h锅炉仅500个左右。 风帽设计上主要考虑布风均匀性，还有磨损和灰的反窜。为了保证布风均匀，防止局部流化不良，最主要的方法就是增加风帽的阻力。阻力大，电耗增加。风帽阻力一般为风室压力的1/31/5。高的偏于运行安全，低的偏于节电。 由于物料在床内上下翻腾不断撞击风帽，因而风帽磨损是不可避免的。我们能做的是尽可能减轻磨损，并采取适当的防磨措施。如降低小孔出口速度、降低每股气流的动量、增加风帽壁厚、提高材料耐磨性、加防磨鳍片等。另外，尽量缩小煤的粒度尤其是粗粒的比例，采取措施减少风压波动等都可降低磨损速度。 灰从风帽孔反窜进风室，也是风帽设计中必须解决的问题。反窜除与风帽结构有关外，还与流化状况，尤其是风压波动、床料的粒度等有关。在未能控制反窜时，在风室上必须加放灰管。 风帽形式很多，最普遍采用的是圆柱形风帽。比较典型的还有定向风帽、猪尾巴风帽，最近又有一种钟罩式风帽（图2-4）。圆柱形风帽是顶部封闭中空的圆柱体，在顶部四周开孔，这种风帽结构简单，布风也均匀，但对大块沉积物料不能移到排渣口，时间长，积多了会影响流化。FW公司为此采用定向风帽，单个出口，气流动量大，可根据预先设计好的方向，将大块沉积物料移至排渣口。但该风帽安装时方向性要求高，方向偏移会引起严重磨损。猪尾巴风帽是Ahlstrom公司技术，它的主要优点是风帽磨损小，灰不会反窜，但易堵塞。为防反窜最近设计了一种钟罩式风帽，因反窜是压力波动的结果，我们只要设法让在压力升高时反窜的灰，在压力降低时又回到炉内，这就是钟罩式风帽的原理。反窜时灰在夹层内往上走，但还未走至顶点，或是已至顶点，与顶部碰撞后又随风回落进入炉内，从而防止反窜。2.1.3出渣 煤燃烧后有少量大块灰留在燃烧室下部，由于粒度大，它们不会带出炉外，随着时间的延长，其数量愈来愈多，床层厚度会愈来愈高，风室压力会超过风机容许压头，风量会逐渐下降，最后直至不能流化。因此，必须不断排出，以保持炉内一定的物料储量或一定的静止床高。2.1.3.1出渣管 最简单的出渣方式是通过打开出渣管上闸板定期人工排放。出渣管一般用耐热钢管，其上端与布风板齐平，下端穿过风室；也有用水冷夹套作放渣管的，其中的水与水冷壁内水串联。 直接放出的渣温度高，一方面劳动环境差，同时也是热损失，为了改善劳动条件，也为了利用其物理热，必须将渣冷却。冷渣器的形式很多，冷渣器使用中最主要的问题就是其可靠性和热量回收。2.1.4一次风 一次风占总风量5565%，其压头较其它锅炉大得多。一次风机是锅炉耗电最多的辅机，其压头主要有三部分组成，即预热器、布风板和炉室物料形成的压差。预热器约10001500Pa，布风板30005000Pa，物料800010000Pa，其它500Pa，总计约1300017000Pa，小型锅炉可取较低值，大型锅炉可取较高值。 由于一次风压高，所以预热器一般用卧式，空气在管内，烟气在管外，这样密封性好。一次风大部分从风室通过布风板上风帽进入燃烧室，有部分锅炉的给煤机密封风、输煤风、播煤风也用一次风，小型锅炉也有返料风用一次风的。在低负荷时可不开二次风机。一次风也供床下点火燃烧器作燃烧风、混合风。 由于一次风压高，其风道设计要有足够的强度，其上的膨胀节也要有足够的强度。2.1.5二次风 二次风占总风量3545%，二次风在循环流化床锅炉中的作用不仅是燃烧，它也可控制污染、调节床温，对炉内传热也有影响。二次风压头要克服预热器阻力、喷嘴阻力和炉内背压，二次风口位置愈低炉内背压愈大，此外炉内灰浓度愈大炉内背压也愈大。二次风压头一般为60009000Pa，其风速一般为6080m/s。二次风在布风板上不同的高度送入燃烧室。2.1.6点火燃烧器 流化床的点火曾经是一大难关，积几十年的经验，从最初的木柴固定床点火、到油枪床上分床点火和目前的床下油枪热烟气点火。 木柴点火不用点火燃烧器，床上和床下油点火都需要点火燃烧器。2.1.6.1床上点火燃烧器 这种点火燃烧器比较简单,就是装在水冷壁侧墙上的普通油燃烧器，一般用压力雾化，离布风板高度可根据锅炉容量，从800到2500mm，床上点火由于热损失大，故油枪容量较大，约为锅炉额定输入热量的2030%，容量大的油枪用于难点火的煤如无烟煤。2.1.6.2床下点火燃烧器（图2-7） 床下点火燃烧器比较复杂，由于热烟气必须经过风室风帽进入燃烧室，为风帽安全，其进入炉室的烟温一般控制在800以下，但在这样的低温下油燃烧不好，因此燃烧器必须有一耐火材料衬里的燃烧室，在此燃烧室，燃烧温度可达1300左右，燃烧室后加冷风混合至800以下进入风室，通过风帽进入炉膛。油枪有机械雾化也有压缩空气雾化的。前者系统简单，但调节比有限，低流量时，雾化质量差。后者系统复杂，但低流量时，雾化质量好。图2-7 床下点火燃烧器2.2 分离器 分离器是循环流化床锅炉的关键部件，分离器的形式、布置对锅炉性能影响很大。 在循环流化床锅炉的发展过程中，出现了多种形式的分离器。对分离器的要求主要是有高的分离效率，另外对可靠性、阻力、成本以及对锅炉本体的影响，都要综合考虑。 循环流化床锅炉的分离效率和一般分离器分离效率的概念不一样。因为它分离下来的物料又送入锅炉内进行循环，长时间累积使物料中可分离部分数量增加，因而分离效率大大提高。此外分离效率还与入口物料粒度有关。循环流化床炉内流速一般在5m/s以上，而鼓泡床锅炉，仅3m/s左右，因而循环流化床锅炉出口粒度较鼓泡床锅炉出口粒度粗，由于以上原因，同样分离器，循环流化床锅炉分离效率大大提高，有时可达99%。 分离效率或者循环倍率并不是越高越好。循环的目的有二：一为提高燃烧效率和脱硫效率，一为增加炉内传热。循环又分炉内循环和炉外循环。在炉内物料沿炉中部上升而沿四周下降，正是这种炉内循环增强了水冷壁的吸热，便炉内上下温度更趋均匀，加强了混合，增加了停留时间。而外部循环则一方面延长了物料停留时间，同时外部分离循环又是内部循环赖以存在的必备条件。 分离循环要消耗动力。而随着循环倍率的提高，到一定程度其所带来的效益和所耗将达到平衡，此时再提高循环倍率就得不偿失。2.2.1旋风分离器 旋风分离器是最常用的一种分离装置，但在循环流化床锅炉中的旋风分离器有它的特点。其中的介质，除Circofluid的旋风分离器为中温烟气，共余一般为高温烟气。粒子浓度高，而且也粗。因而它的结构与常规旋风分离器有较大区别。如由于锅炉高度的限制和成本的考虑，分离器筒体的高度比常规的分离器短很多。中心筒的长度一般仅为进口的一半左右。此外试验证明蜗壳进口的分离效率高于切向进口，有时为了简化设计也有用切向进口，但中心筒则偏心设置。2.2.4.1绝热旋风分离器（图2-8） 绝热旋风分离器是由钢板外壳内衬耐磨材料和保温材料制成，总计厚度达300400mm，其中耐火材料120160mm，中质保温材料如漂珠砖或保温浇注料约140180mm,轻质绝热材料如硅酸铝纤维4060mm。其中内衬耐火材料使用温度最高不超过1100，正常在1000以下，但对耐磨和热震性能要求高，以抗高速和高浓度灰的磨损和频繁启动炉带来的温差应力。 图2-8绝热旋风分离器筒壁结构 图2-9 气冷旋风筒 2.3返料装置 分离装置分离下的物料必须送回炉内，为了提高返料效果，返料一般必须进入炉室下部的密相区。在该处，炉内一般为正压，达几千帕，而分离内为负压，要防止炉内烟气反窜，同时又要将物料从低压送至高压处，由于烟温高不能采用机械装置，只能采用一种非机械性的返料阀。作用相当阀，但却无阀门常有的闸板。 这样的装置也有多种形式，最常用有L阀和U阀（国外叫Loop Seal）。 L阀是可控阀，可以用输入风量大小来调节输送物料量。但这需要一储灰仓，同时还要仓内物料料位控制，防止物料满仓或吹空导致反窜。由于控制复杂，易出故障，现在已基本不用。现在普遍采用的是自平衡的U型阀（图2-11）。U 型阀由两个室，物料在其中一个室下降，是移动床，在另一室上升，是鼓泡床。两个床下分别通风，中间有一隔板。返料室上面隔开下面相通，物料由下部通道由一室到另一室。返料室供风，对容量较小的锅炉直接用一次风，对大容量锅炉用罗茨风机。2.4受热面 受热面的布置与常规锅炉有很多相似之处，尤其是尾部受热面，基本相同。但是也有一些特殊结构。2.4.1水冷壁 由于炉内下部正压很大，现在的循环流化床锅炉基本上全是膜式水冷壁。 炉膛下部水冷壁一般前后墙向内倾斜，使底部布风板面积约为炉室截面积的一半。收缩的目的主要是保持下部有足够的流化速度，将下部物料向上输送，对形成炉内物料中间上升，沿边下降有一定作用。 由于循环流化床锅炉炉膛下部为还原气氛，且粒子浓度大，冲刷强烈。为保护管子，必须有保护层，现在一般在管子上焊销钉，再浇耐磨浇注料或可塑料，厚度6080mm。 在下部耐火混凝土和上部光管水冷壁交界处，会发生严重磨损，为此采取了多种方法。如喷涂耐磨合金，堆焊金属或特殊的弯管结构（图2-12）。 图2-11 自平衡的U型阀 图2-12 防磨弯管结构水冷壁内侧不允许有向炉内空出部分，尤其是接近下部，包括所有管子对接焊缝都应磨平。 炉膛出口接近旋分筒进口四周也应采取防磨措施，其方法一般也是焊销钉敷耐火可塑料。 2.5耐火内衬2.5.1耐火材料的重要性 耐火材料对循环流化床锅炉是非常重要的，因为循环流化床锅炉炉内，及分离器内有大量的高温粒子，不但有磨损问题，还有因温度变化引起的交替应力，从而引起开裂、剥落。循环流化床锅炉事故停炉，由耐火材料引起的占很大的比例。此外循环流化床锅炉耐火材料量大，一台130t/h锅炉，耐火材料高达600多吨。而且质高，价格也很昂贵，价格是普通耐火材料的十倍甚至20倍，其成本相当于锅炉本身价格的15%左右。耐火材料不但初投资高，而且维修工作量大。因此设计好循环流化床锅炉的耐火结构，对循环流化床锅炉是至关重要的。2.5.2耐火材料的重要问题。 目前耐火材料主要有两类问题要特别关注。一类是敷在受热面上的浇注料，可塑料。如炉膛下部水冷壁，炉膛出口旋风分离器进口水冷壁，汽冷和水冷分离器内壁。这部分耐火内衬用销钉固定于管子上，厚度仅5080mm，由于厚度小，再加上销钉传热，因而内外温差小，但由于管子受热膨胀，与耐火材料膨胀不一致，容易引起开裂或鼓胀，最好是根据金属和耐火材料温度和膨胀系数,以膨胀量相等原则计算出耐火材料膨胀系数,以作为选耐火材料的依据,但这往往是很难的，因为不仅要考虑到膨胀还要考虑耐火耐磨性能，同时膨胀系数还随温度变化，因而选材时要综合考虑。另一类主要耐火材料是用于绝热旋风分离器、返料装置及旋风筒出口烟道的内衬。这种内衬，目前有两种结构，一种是定形砖，即在耐火材料厂预制的砖，性能较稳定，但成本高，一种是不定形的浇注料，成本相对较低，对施工有严格的要求，否则性能相差很大。这种内衬由于无受热面冷却，所以内外温差很大。一般由耐火耐磨层，隔热层，保温层组成。耐火层厚100160，隔热层140200， 保温层2060总厚度300400。对内层，使用温度很少超过1000，最高不超过1100 ，但要求耐压强度、耐热震性好，还要求导热系数稍大一些，能减少内外层温差应力。中间隔热层要兼顾强度、耐火度及导热系数，而外层保温层则主要要求导热系数小。2.5.3保证耐火材料安全使用的途径 要保证循环流化床锅炉中耐火内衬长期可靠的使用，延长大修时间，要求各方面协调努力才能实现。 首先是技术方面的问题，也就是设计，要根据锅炉各部分对耐火材料的不同要求来选择材料，而不是一味的追求高性能。同时要根据不同部位运行工况设计相应的结构，包括厚度、膨胀缝、金属锚固件等。第二步就是耐火材料的施工，包括配料、砌筑、浇注都要求严格按要求进行，施工结束还有烘炉也要认真进行。第三步就是严格按锅炉使用规程中规定的启停时间启停炉，切不可抢速度，快启、快停。 第三章 循环流化床锅炉的运行 循环流化床锅炉的运行与常规煤粉炉及链条炉有许多不同之处,这是因为它的燃烧和传热的特性决定的,本章仅对其特殊之处作阐述。3.1烘炉 如前所述耐火材料在循环流化床锅炉中占有很重要的地位，其烘炉好坏对锅炉的可靠性有很大的影响。往往设计、材料、施工都很好，因烘炉不注意而前功尽弃，有的耐火材料运行后很快变形脱落，有的甚至在烘炉阶段即爆裂脱落。 循环流化床锅炉烘炉的重点部位是绝热旋风分离器，回料装置，旋风筒出口烟道及点火燃烧器。因这几个区域烟气温度高，内衬总厚达300400mm，水份含量大，不易析出，因而烘炉时要特加注意。烘炉前，对耐磨内衬外有保温浇注料的装置，外壳应钻孔810mm，间距500500mm，以供烘炉时水份排出。由于炉膛内耐火材料比较薄，且有管内热水加热，故应在旋风筒进口设临时挡板，迫使烟气沿返料装置上升，对回料装置和旋风分离器进行烘烤。 烘炉初期一般用木柴小火加热，后期可用点火油燃烧器。点火油燃烧器本身，在未点火前一定要先用木柴烘烤。 含水率低于7%可以开始煮炉，在煮炉期间甚至72小时运行期，仍可能有水汽从开孔处排出，一定要在水汽排完，才可将孔封死。3.2密封实验 如前所述，密封不但是为了减少热损失，减少风机电耗，还是为了防止磨损。循环流化床锅炉炉内正压，尾部负压都很高，炉膛密封不好，烟灰漏出严重影响环境，还会磨坏水冷壁。尾部密封不好，漏入风速可能很高，有时会将附近受热面磨损。另外也常常发生预热器空气侧密封不好，空气漏入烟道影响锅炉带负荷，很短时间磨坏预热器的例子。 密封实验可以用正压，也可用负压。一般用负压环境较好，这种方法可检查烟气通道的漏风。至于预热器空气侧漏风也可用负压法，即打开锅炉操作层两人孔门，关闭好一、二次风道挡板，仅开引风机，在预热器处形成-50-100mm水柱负压，打开联通箱人孔门，如有风漏入说明预热器泄漏，可进风道仔细检查漏风处。用这种方法检查卧式预热器很方便。还有一个易忽视的问题即炉门的密封。不但新锅炉启动前，而且每次停炉打开人孔门，都要重新密封炉门，曾发生炉门泄露磨坏受热面的情况。3.3冷态试验 本文仅介绍流化床的冷态实验。包括布风板阻力试验，流化床均匀性试验，冷态临界流化风量试验。3.3.1布风板阻力试验 在布风板全部清理后，关闭炉门，开启引风机和一次风机，维持炉膛下部压力 -100pa，逐渐开大风机，记下风量和风室压力，布风板阻力等于风室压力加100Pa。绘制布风板阻力和风量座标图（图3-1）。运行时由于空气温度高，同样的空气量，其阻力要有增加。图3-1 布风板阻力3.3.2流化均匀性试验 先在布风板上均匀铺500mm、粒度05mm的流化床锅炉床料。开引风机和一次风机，并逐渐开大风量至完全流化状态，然后迅速停止风机，看布风板上底料是否平整，如有高低不平，应找出原因，一般可能是风帽堵塞。在风量由小渐渐加大时，有时会发现布风板左右两侧流化状态有差别，一边流化好一些，一边差一些，这说明两侧布风不均。一般是由于风道的不对称布置，两边风量相差较大，也可能由两边风门的开关方向不对称引起（图3-2）。 图中左右风门开关方向一致，在开度较小时，风速高，左侧大部分气流向上直冲布风板，而右侧大部分气流向下直冲风室底部，由于这种旋转方向，布风板左侧流化要好一些 ，右侧则差一些。随着风门开大，不均匀情况会有所改变，而在运行时料层厚、风温高，布风板和料层阻力加大，同时床温高流化也改善，因此这种初期的不均匀一般不会影响运行。3.3.3临界流化风量 临界流化风量，又称最小流化风量，是指物料开始全部流化时的风量。由此开始随着风量的增加，料层压差保持不变。 接着流化均匀性试验，确认流化均匀后，重新启动引风机、一次风机，逐渐增加风量，记录下不同风量时风室压力。炉室下部压力还是保持-100Pa。绘出风室压力（布风机阻力和料层阻力之和再加100Pa）与风量关系曲线。与空板阻力曲线绘在同一张图上，再将两曲线相减，得出的就是料层的阻力随风量变化的曲线。该曲线水平与倾斜线的交点所对应的风量即为临界流化风量（图3-3）。临界流化风量可做运行的参考，但实际运行情况与此差别较大。图3-2 风室风门的布置 图3-3 临界流化风量 临界流化风量与粒子大小 、形状、重度，流体的重度、温度等有关，与床层厚度无关。运行时床温高，烟气粘度大，虽然重度小，但临界流化风量还是大大的减少。运行时床料粒径和重度与燃料及制备系统有关，也与旋风分离器分离效率有关。因此实际上冷态试验对运行指导意义不大，一般用冷态临界流化风量作最低运行风量，流化是安全的，这是指同样床料的情况。 3.4 点火 冷态流化试验结束，锅炉可以点火启动。3.4.1 木柴点火 木柴点火曾是鼓泡床锅炉广泛采用的点火方法，它不需要点火燃烧器和油系统，节约初投资。但木柴点火对操作熟练程度要求高，尤其是新工人需经多次反复实践才能掌握。因此，流化床锅炉初期，其点火往往是锅炉运行的一大难关。经过多年的实践，木柴点火也已相当成熟，现在仍在一些小锅炉上应用。在流化床锅炉初期所用床料，都有一定的热值，约1000大卡/公斤，一般是在运行床料中混一部分烟煤，因为单靠木柴的热量很难将煤加热到着火温度，且木柴燃烧很快，一旦流化起来，底料冷却很快。有了烟煤以后，煤中挥发分先析出着火燃烧，提高床温至碳粒子着火温度。 点火过程大致如下：先在400mm左右厚底料上铺一层木柴，厚200300mm，要求中等粗细，洒一些柴油，点着以后开引风机，打开一次风门及鼓风机挡板，少量通风，燃烧约2小时。其间可添加木柴，要留下一层未燃烬的炭火。开大引风机和鼓风机，将床料流化，使表层未燃烬炭火与床料混合，很快停鼓风机，引风机不停，然后再在上铺木柴，燃烧至剩余一层炭火。此时，床温已升至400左右，开大鼓风机将床料流化，此时床内烟煤开始着火，床温升高迅速，要根据床温升高速度不断调整风量，一般不待床温升至最高（如1000）开始下降时再加煤，而是在升温速度趋缓，氧量加大时开始少量加煤，否则加进的煤来不及燃烧，床温已降至煤着火点以下。不断调整煤量和风量使床温渐渐稳定在90050，点火过程即告结束。 由于床内有大量的煤，一旦着火升温很快，因此，点火时间很短，控制困难，稍不留意不是结渣就是熄火。这种点火方式不但成功率低，而且温升速度难以控制，对炉膛耐火材料热冲击大，这也是鼓泡床锅炉炉墙故障的主要原因。随着锅炉的大型化，这种点火方式已被油点火所取代。 目前，在小型锅炉还有一种改进型的木柴点火方式，点火时底料就用流化床锅炉排渣，含碳量一般在2以下。开始的步骤和上面的差不多，但在第二次烧木柴后将床料微流化，在炭火上铺厚100mm左右木炭，将床料流化至正常状态。此时床温不断升高，当达500左右即可加入烟煤，同时调整风量，使床温缓慢升至900。由于木炭燃烧时间长，火焰温度高，给加煤升温着火有宽裕的时间，而且如果床温不够，还可再加一些木炭。另外，由于床料内含碳很少，不会发生爆燃结渣，这种方法易操作，成功率高，升温时间可适当延长，对炉子热冲击减少。 点火时风量控制非常关键。若底料内有煤，则床温升高到煤着火温度以后，床料必须良好流化。即使底料不含煤，含碳在2以下，但一旦底料达煤着火温度并开始加煤后，也必须保持床的良好流化。床是否良好流化可以从风量看出，但风量测量往往不准确，且随着床温变化良好流化所需风量也不断变化。而判断是否良好流化的最简单方法就是看床温。离布风板高250和600沿前后墙或侧墙布置有多个床温热电偶，这两个高度温度分别称为沸下、沸中温度，流化良好时，沸下和沸中温度的差一般不超过50，流化不好时，大粒沉积在下部，因此沸下温度不断下降，温度大大低于沸中温度，此时必须加大风量，否则很快会结渣。 3.4.2油枪床上点火早期的35t/h、75t/h循环流化床锅炉多采用此种点火方法。点火油燃烧器的高度要适当，因为底料静止高400mm左右，流化后也仅600800mm高，油枪离布风板高度可取8001000mm，向下倾斜15，使大部分火焰贴近床层上部。太低时，油雾喷入床内，由于点火初床料温度低，油不能燃烧仅能气化，火焰在床层上部，甚至发生油气在过热器处燃烧，烧坏过热器的情况，而床温升的很慢。燃烧器太高时，床层吸热少，升温也慢。床上点火，由于火焰对空间的辐射，部分火焰位于料层之上，热量利用率不高，需要油枪容量达锅炉容量2025才能满足点火需要。 点火时，铺好400mm床料，做好冷态试验后，开引风机和一次风机，使床料处于微流化状态。返料开始时量很少，返料装置可不运行，待加煤时再打开。不过为了预热返料装置，也可一开始即开返料装置。点油燃烧器，控制油量在最终油量的1/31/2，缓慢加热至少2小时。后再逐渐开大油量，慢慢升高床温，对于绝热分离装置，加热时间不得少于6小时，汽水冷却分离装置加热时间可缩短为4小时。加热阶段即将床料从室温加热到煤的着火温度，对于烟煤约450左右，无烟煤550650。如床温达不到煤的着火温度，可适当减少风量，但要保证良好流化，可用沸下、沸中床温差值来判断，记下该最小风量作为以后点火时控制风量下限。由于此时床中可燃物很少，即使不流化也不会结渣，但是加煤后就不可再减风量。 床温达煤的着火温度且稳定不再升高或升高很慢，记下此时床温和氧量后，即可加煤。开始可少量间断加煤，加煤后观察床温和氧量变化，如床温升高，氧量下降，证明煤已着火,可接着再加煤，可用加煤速度控制床温升高速度。加煤后返料温度升高很快，对于汽水冷却分离器，由于耐火材料薄，升温速度可适当提高，从加煤到稳定床温可控制在一小时左右，而对绝热分离器则至少得2小时以上。 燃烟煤床温达800，无烟煤床温达900时，可逐渐减少油量，增加煤量，维持床温稳定，当油量剩下不足最高油量1/3时，即可停油枪，同时适当增加煤量，点火即告成功。3.4.3 油枪床下点火 所谓床下点火其实并不确切，点火还是在床上，仅是在风送入床层前预先用燃烧器加热。由于热烟气全部先通过床层，热损失小，因而这种方法可节约点火燃料，油燃烧器仅需1015锅炉出力即足够。 由于热烟气必须经过风帽，为防风帽烧坏，一般热烟气温度不超过800，但是油在此温度下燃烧不好，目前是在专用的油燃烧器内燃烧产生高温烟气，温度达1300左右，再用冷空气混合，混合后烟气温度800900。床下点火，控制好混合后烟温很重要，有不少锅炉运行初期都因温度过高而烧坏风帽的。床下点火由于高温燃烧仅在燃烧器内，因而对炉内衬热冲击小。 床下点火与床上点火过程基本相似。点火时，风室主风门仅开很小缝隙，通少量风，冷却主风门，其余风全作燃烧风和混合风。由于流化风是热风，故布风阻力较大，但点火时料层薄，故风机风压余量很大。 床下点火由于烟气由下而上通过料层，故不论料层是否流化，床温总是均匀的，故不能用床温判断流化好坏。但未加煤时，流化好坏，没有什么影响，而加煤以后又可从床温判断流化好坏了。 点火结束油枪熄灭后，应将风切换到主风门，但应留少量燃烧风冷却油枪，混合风则应切换以免大量冷风急速冷却耐火内衬。切换时应保持总风量不变，保证流化正常。 用油枪点火，一旦火焰熄灭或未点着，则必须关断油阀，用风吹扫5分钟，以防再点火时油雾爆炸。3.5燃烧调整3.5.1 一、二次风调整 循环流化床锅炉，风的控制点比较多。有从风室经风帽送入的一次风，从布风机上不同点送入的二次风，还有给煤密封风，输煤风及播煤风和返料风。对燃烧影响大的主要是一、二次风和播煤风。但对一、二次风的配置如各自比例，二次风位置的高低，风口的大小和播煤风口的结构等因素对燃烧的影响，各公司都作为技术秘密，几乎没有文献介绍。国内外锅炉很多，设计也是各种各样，而且也没有系统的实验进行比较。 各厂家根据锅炉运行情况，根据经验进行设计，虽然无确切完整的结论，但对一、二次风可以提出一些调整方向。 一次风，其数量首先要保证床料良好流化。根据目前我国煤的破碎粒度，在锅炉最低负荷为25额定负荷时，全部用一次风，一般可保证流化安全，燃烧稳定，但蒸汽参数一般无法达到。随着负荷增加，在50负荷以下，一般仍可用一次风。此时，由于炉内风速低，循环物料少，二次风加入不但不能升高炉室上部温度，反而可能降温，对燃烧不利。负荷继续增加时，可适当加入二次风。但负荷较低时，二次风较少，不能全开所有二次风门，否则压头很低，混合能力差，对燃烧不利。此时可开少量下层二次风管，压头保持在5000Pa以上。随着负荷的上升可逐渐开大二次风，其原则是尽可能保持较高的炉膛出口温度。一次风控制床温，二次风可以细调氧量，有关氧量控制见后。 以上是一、二次风与负荷关系。一、二次风与燃料也有关系。在鼓泡床中床层以上燃烧份额很少，尤其是无烟煤，仅少数挥发分高的煤要加二次风，一般不加二次风。而循环流化床锅炉情况不一样，炉室上部温度高，可燃物浓度高，混合也好。与鼓泡床锅炉相反，燃无烟煤时，往往炉室上部，甚至分离返料内的温度反而高于炉室下部，因而对于无烟煤，上部二次风应多一些，位置也可高一些，以保证燃烧充分。 此外，一、二次风还与炉内循环有关，在相同过量空气时，一次风增加可使炉上部浓度提高，降低床温，提高炉子出口温度。当然，此调整是在一定限度内，超过一定限度可能适得其反。 总之，一、二次风调整对循环流化床锅炉是重点，也是难点，在运行中应根据实际情况进行调试，反复比较，找出最佳工况。3.5.2播煤风 给煤密封风为防止烟气反串，输煤风防止煤堵塞，对燃烧作用不大，而播煤风则是为了使煤在床内更均匀的分布，这与给煤点和料层的高低，播煤风的角度及数量，速度等有关。往往播得远（角度小）比较均匀，但煤播散过程中，煤中细颗粒易给上升气流带走。播得近（角度大）均匀性差，但煤深入料层，细粒子停留时间长。随着分离效率提高，炉子上部浓度提高，燃烧条件改善，煤播散的影响相对减小。播煤风的影响究竟如何，并未有详细试验比较，锅炉运行时可进行对比试验。3.5.3氧量控制 循环流化床燃料与空气混合比较好，在密相区高的流化速度，大量炉内外物料循环，使固体间及气固间混合均匀，因而，单燃烧而言需要过剩空气系数可低一些，一般取1.2，折合氧量3.5%。 煤粉炉、链条炉，对不同的负荷，不同的燃料有不同的过剩空气系数，但对循环流化床却没有这样的要求。在燃烧的三要素中，温度这一项在循环流化床锅炉中的变动不能太大，尤其在使用石灰石脱硫时；扰动这一项一般比较强，仅要注意二次风的穿透力；变化大的是时间，循环流化床由于分离循环燃烧，燃料燃烧时间很长，故不要求氧量有较大的变动。但在实际运行时，很多因素便使氧量偏离设计值，其目的主要是为了维持比较恒定的床温。 在燃料热值和灰份偏离设计值较多时，例如，燃料热值偏高，灰份减少，此时灰循环量也减少，水冷壁传热减少，炉膛温度升高，为保持稳定的床温，此时必须加大过剩空气系数也就是加大氧量。 此外，如设计计算误差也可能导致氧量变化。例如，分离器分离效率低，循环量少、床温高时必须加大氧量。水冷壁受热面积设计偏小时，要能达到设计出力也要加大氧量。3.6负荷控制 锅炉设计时，根据燃料、锅炉参数设计足够的受热面，以满足锅炉负荷的需要。但运行中由于燃料性质变化或设计偏差往往不能满足负荷需要，这时可能需要作一些调整。 负荷即受热面的传热量，从传热公式 Q=kHt看，三个传热因素中，锅炉一经安装完毕，受热面H即不会变化。循环流化床锅炉的炉室温度也可作一些变化，但变化范围有限，太低燃烧不好，太高脱硫效果差，变化范围在850-900之间，故t变化也不大。影响负荷的主要是传热系数。链条炉和煤粉炉炉内传热主要是辐射，而循环流化床锅炉除辐射外，粒子的对流传热也占较大比例，负荷变化时床温变化不大，炉膛出口温度变化稍大，辐射放热有一定的变化，变化最大的是粒子的对流传热。为了对负荷作调整，最有效的方法就是调整循环灰量。调整循环灰量有以下几种方法： 升高床层高度，增加炉内物料储量，这样可以使沿床高粒子浓度增加。 总风量不变时，加大一次风，减少二次风，尤其是减少上层二次风，可增加循环灰量。 加大总风量，提高炉内风速，使更多的粒子参加循环。 采用底灰分选系统时，可调整分选床风速，以送回不同粒子的循环物料。 对于外置式热交换器中有蒸发受热面时，可调节进入灰量，改变其传热温差从而改变负荷。 正常负荷调整时，主要调整煤量和风量，加负荷时先加风再加煤，减负荷时先减煤再减风，床温