循环流化床锅炉讲稿

循环流化床锅炉第一节

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→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1.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。2.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850－900℃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。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。四、宽筛分颗粒特性1、宽筛分颗粒定义：循环流化床（气固流化床）床料中的颗粒通常是料径由小到大的宽筛分布，由于颗粒的直径不同，其流动工况和规律也各不相同。这样就需要示出颗粒大小的分布规律，利用此规律来研究两相流动和燃烧，或者把分散相颗粒直径示平均值，以平均直径来代表分散相颗粒群的运动规律，粒径的分布规律是一个重要特性。除了要知道颗粒尺寸的分布规律外，还要了解各颗粒所占表面积的分布规律扩各颗粒重量的分布规律。2、宽筛分颗粒分类：Geldart根据在常温常压下对于一些典型固体颗粒的气固流态特性的分析，提出了一种颗粒分类法，即根据颗粒平均粒径和颗粒与气体的密度差的关系分类。依照这种分类法，所有的固体颗粒均可被分为A、B、C、D四类。如上图所示，为Geldart的颗粒分类图。C类颗粒这类颗粒粒度很细，一般都小于20μm，颗粒间相互作用力很大，很难流态化。A类颗粒这类颗粒粒度比较细。一般为20～90μm，通常很易流化。B类颗粒这类颗粒具有中等粒度，粒度范围为90～650μm，具有良好的流化性能。它在流体速度达到临界流化速度后就会发生鼓泡现象。D类颗粒这类颗粒粒度通常具有较大在粒度和密度，并且在流化状态时颗粒混合性能较差。大多数循环流化床锅炉内的床料和燃料均属于D类颗粒。3、宽筛分颗粒流化时的动力特性（1）密度小于流体密度的物体浮在床层表面，密度大于流体密度的物体会下沉。（2）床表面保持水平，形状保持容器的形状。（3）在任一高度的静压近似等于在此高度上单位床截面内固体颗粒的重量。（4）床内颗粒混合良好，加热床层时所有床料温度基本均匀。（5）床内固体颗粒可以象流体一样从底部或侧面的孔中排出。（6）几个流化床底部联通后，床层高度自动保持同一水平高度。四、循环流化床内的传热一、在循环流化床中存在着各种不同的传热过程：（1）颗粒与气流之间的传热。（2）颗粒与颗粒之间的传热。（3）整个气固多相流与受热面之间的传热。（4）气固多相流与入床气流间的传热。以下为循环流化床各部位的传热系数表：位置（部位）传热面方位传热系数［W/(m²?K)］可能出现的问题二次风下部水平或竖直300－500腐蚀、剥蚀、磨损、负荷调节性能差，阻碍颗粒间横向混合。二次风上部竖直150－250传热较好的受热面二次风上部悬吊受热面竖直150－250轻微剥蚀、磨损、减少颗粒间横向混合。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0～8mm），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。3.

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。4、循环流化床的脱硫与氮氧化物的排放控制SO2是一种严重危害大气环境的污染物，SO2与水蒸汽进行化学反应形成硫酸，和雨水一起降至地面即为酸雨。NOX包括NO、NO2、NO3三种，其中NO也是导致酸雨的主要原因之一，同时它还参加光化学作用，形成光化学烟雾，还造成了臭氧层的破坏。煤加热至400℃FeS2

+2H2

→2H2S+Fe

H2S

+

O2→H2

+SO2对SO2形成影响最大的因素是床温和过量空气系数，床温升高、过量空气系数降低则SO2越高。循环流床燃烧过程中最常用的脱硫剂就石灰石，当床温超过其煅烧温度时，发生煅烧分解反应：

CaCO3→CaO

+

CO2

─183KJ/mol脱硫反应方程式为：

CaO+

SO2+1/2O2

→CaSO4影响循环流化床脱硫效率的各种因素：（1）Ca/S摩尔比的影响Ca/S摩尔比是影响脱硫效率的首要因素，脱硫效率在Ca/S低于2.5时增加很快，而继续增大Ca/S比或脱硫剂量时，脱硫效率增加得较少。循环流化床运行时Ca/S摩尔比一般在1.5－2.5之间。（2）床温的影响床温的影响主要在于改变了脱硫剂的反应速度、固体产物分布及孔隙堵塞特性，从而影响脱硫率和脱硫剂利用率。床温在900℃左右达到（3）粒度的影响采用较小的脱硫剂粒度时，循环流化床脱硫效果较好。（4）氧浓度的影响脱硫与氧浓度关系不大，而提高过量空气系数时脱硫效率总是提高的。（5）床内风速的影响对一定的颗粒粒度，增加风速会使脱硫效率降低。（6）循环倍率的影响循环倍率越高，脱硫效率越高。（7）SO2在炉膛停留时间的影响脱硫时间越长对效率来说越不利，应该保证SO2在床内停留时间不少于2－4秒。（8）负荷变化的影响当循环流化床负荷变化在相当大的范围内时，脱硫效率基本恒定或略有升降。（9）其它因素的影响床压的影响：增加压力可以改善脱硫效率，并且能够提高硫酸盐化反应速度。煤种的影响：灰份对脱硫效率并无不利影响。（10）给料方式的影响石灰石与煤同点给入时脱硫效率最高。虽然循环流化床的脱硫作用很强，但在床温达到850℃，即脱硫效率最高的温度时，NOX的生成量却最大，对环境造成极大的破坏。这是我们所不愿看到的。所以一定要把床温控制在850－900（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850－900℃之间，空气中的氮氮一般不会生成NOX；二分段燃烧，抑制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/m2，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。八、(一)以XX锅炉厂为代表的75t/h循环流化床锅炉与以东方锅炉厂为代表的440t/h循环流化床锅炉的比较1、前者旋风分离器为中温分离，其工质温度在425℃与450℃之间。由于分离器温度低，可以采用较薄的保温层，大缩短锅炉启动时间，在保温相同的条件下，减小散热损失，分离器内部不会发生二次燃烧，也不会超温结焦。但分离器处的烟所含物料量较大，固体颗粒也较粗，增加了过热器的磨损。后者旋风分离器为高温汽冷式，其床温与床温相差不大，旋风分离器布置有膜式结构过热器。外壳由汽冷弯制、焊装而成，取消了绝热旋风分2、调整循环灰量是前者燃烧调整的关键和调节床温的重要手段；而后者调整床温的主要手段是调整风煤配比和一次风风量，一旦正常运行，循环灰量是恒定的。3、由于容量的差异，前者的蒸发吸热量比重比较大，所以在炉膛内布置了部分蒸发管束。后者过热吸热量比较大，在炉膛内布置屏式过热器和屏式再热器用来吸收炉膛的辐射热；另外由于后者热负荷太大，在炉膛设置了中间隔墙，以增加蒸发吸热量。4、给煤方式不同。前者设置了前置式和后置式给煤机，给煤机分为皮带式给煤机和埋刮式给煤机两种，给煤时先启动后置式给煤机，正常后再启动前置式给煤机。始终控制后置式给煤转速大于前置式给煤机。后者全部采用皮带式给煤机，而且给煤点全部布置在前墙。前者的后墙给煤时采用回料阀给煤系统，这样煤在炉膛内能够充分混合并可以对煤进行预先加热，但当煤种水分太少时会出现煤提前燃烧造成烧烘坏输煤管。5、冷渣器种类不同。前者往往采用螺旋输送式冷渣器，其螺旋叶片轴为空心轴，内部通冷却水，外壳也是双层结构，中间有水通过，炉渣进入冷渣器后，一边被螺旋搅拌输送，一边被轴内和外壳层内流动的冷却水冷却。这种冷渣器的主要问题在于叶片容易变形，造成卡住或机械故障；在绞笼进口和外壁处易磨损，导致水夹套磨穿漏水，冷渣器内的灰易结块，增加了灰处理的难度，不可以进行选择性排渣。这种冷渣器的好处是：由于不往冷渣器内送风，灰渣发生燃烧的可能性很小。后者采用多仓风水冷选择流化床式冷渣器，这种冷渣器的优点是：可以实现选择性排放灰渣，是补充循环物料的技术措施之一；灰渣的冷却效果较好；提高了进入炉膛内的二次内温度，加热了给水温度，提高了锅炉热效率；缺点是：冷渣器内埋管易磨损，所以必须采取严格的防磨措施；灰渣易再次燃烧，造成结渣；风系统与一次风共用时容易影响一次风系统的调节。（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、N2O排放较高。流化床燃烧技术可有效抑制NOX、SO2的排放，但流化床低温燃烧是产生N2O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。目前我国采用不同的分离器及循环模式，形成了20、35、65、75t/h系列循环流化床锅炉产品，现在的主力机组是35t/h和75t/h锅炉，220t/h类型锅炉和440t/h也陆续投入运营。其中尤其是哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂和上海锅炉厂三大制造厂家为代表的产品已经开始制造配135MW级发电机组的大型循环流床锅炉正趋于成熟。日前，在四川白马电厂的300MW循环流化床示范工程已经正式动工建设，标志着我国循环流化床锅炉朝大型化发展。但大型循环流化床锅炉在保证锅炉的吸热量的前提下如何布置受热面、各部件的防磨、脱硫率的提高等问题也变得越来越突出，国外研究表明：循环流化床的单机容量以400MW为宜。循环流化床锅炉另外一个发展方向是增压循环流化流床燃气－蒸汽联合循环发电技术的应用，它具有优良的环保性和高循环效率性。其主要技术特点是：（1）系统压力（1.2－1.5MPa）增加，气固两相的接触和反应明显改善，增加了气体和细粒子在床内的停留时间，提高了燃烧效率和脱硫率，其他烟气污染的排放也达到了很低的水平。（2）可与燃气轮机配合构成蒸汽－燃气联合循环系统，使发电效率提高几个百分点（3）燃烧室截面热负荷可提高一个数量级，炉内受热面的传热系数也大为提高，钢材消耗量明显降低。

循环流化床锅炉的计算机控制系统

随着计算机技术和自动化技术的发展，现在在大型火电机组中的应用越来越广泛。现在在火电厂中应用最广泛的是DCS即DisytributedControlSystem的简称，即微机分散控制系统。这是一种基于控制技术、计算机技术、通信技术、图形显示技术的控制系统。用来对火电生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。它使得系统控制危险性分散、可靠性高、投资减小、维护方便。实现集中监视、操作和管理。使得管理与现场分离，管理更能综合化和系统化，采用网络通信技术，这是DCS的关键技术，它使得控制与管理都具实时性，并能随时解决系统的扩充与升级问题。这种控制技术在煤粉锅炉中取得了很好的应用效果。近年来，随着大型循环流化床锅炉的发展，DCS也不无例外的应用在了这种燃烧方式中来。循环流化床锅炉和煤粉锅炉一样，在燃烧过程中，各项技术指标都要求限定在一定范围内。为了保证燃烧过程的稳定、可靠和经济运行，在应用中不仅采用了先进的变频调整技术与计算机技术，各DCS厂商还应用了人工智能控制技术。国内比较成熟的厂商有新华、和利时等。国外有ABB、HONEYWELL、SIMENSE等。DCS自动化主要有以下四个方面组成：热工检测、模拟量控制、顺序控制和热工保护。DCS能否稳定运行不仅和所采用的硬件有关，还和设计者的设计思想有关。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850℃－900℃床温调节的目的是优化和减少烟气中SO2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。

给水、蒸汽系统的控制

循环流化床锅炉的汽水系统与常规的煤粉锅炉差异不大，其控制系统的设计也大同小异。大型循环流化床锅炉多是单元制机组，给水、蒸汽系统的自动控制系统也比较成熟。和常规的煤粉锅炉一样，也分为汽包水位的调节和过热、再热蒸汽的调节。汽包水位的调节（1）汽包水位的稳定程度反映了给水流量与蒸汽流量之间的平衡关系。锅炉汽包的水位一般规定在汽包中心线以下100~200mm处，允许波动范围为±50mm。汽包水位的高低直接影响锅炉的安全运行和蒸汽品质。水位过高，汽包的汽空间就会减小，破坏了汽水分离装置的正常工作，使蒸汽带水过多，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏设备。水位过低，锅炉的水循环会被破坏或部分受热面干烧而过热损坏。对于大型锅炉来讲，汽包的汽、水空间相对较小，保持汽包水位在允许的范围内波动对整个机组的安全运行有着重要的意义。（2）为了保持汽包水位的稳定，必须对给水流量进行调节。在调节时应保持给水流量小范围的波动，给水流量的剧烈波动不但会影响给水管道和省煤器的安全运行还会加重给水泵的负荷。给设备造成不必要的损坏。汽包锅炉的汽水流程如下图：锅炉用水经给水泵加压后，在省煤器中吸热后进入汽包。并经过水循环管吸收炉膛中产生的热量而变成汽水混合物在汽包中进行汽水分离产生饱和蒸汽，再经过热器加热后生成合格的蒸汽到汽轮机中做功。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850℃－900床温调节的目的是优化和减少烟气中SO2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。

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。给水、蒸汽系统的控制循环流化床锅炉的汽水系统与常规的煤粉锅炉差异不大，其控制系统的设计也大同小异。大型循环流化床锅炉多是单元制机组，给水、蒸汽系统的自动控制系统也比较成熟。和常规的煤粉锅炉一样，也分为汽包水位的调节和过热、再热蒸汽的调节。汽包水位的调节（1）汽包水位的稳定程度反映了给水流量与蒸汽流量之间的平衡关系。锅炉汽包的水位一般规定在汽包中心线以下100~200mm处，允许波动范围为±50mm。汽包水位的高低直接影响锅炉的安全运行和蒸汽品质。水位过高，汽包的汽空间就会减小，破坏了汽水分离装置的正常工作，使蒸汽带水过多，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏设备。水位过低，锅炉的水循环会被破坏或部分受热面干烧而过热损坏。对于大型锅炉来讲，汽包的汽、水空间相对较小，保持汽包水位在允许的范围内波动对整个机组的安全运行有着重要的意义。（2）为了保持汽包水位的稳定，必须对给水流量进行调节。在调节时应保持给水流量小范围的波动，给水流量的剧烈波动不但会影响给水管道和省煤器的安全运行还会加重给水泵的负荷。给设备造成不必要的损坏。锅炉用水经给水泵加压后，在省煤器中吸热后进入汽包。并经过水循环管吸收炉膛中产生的热量而变成汽水混合物在汽包中进行汽水分离产生饱和蒸汽，再经过热器加热后生成合格的蒸汽到汽轮机中做功。二、过热、再热蒸汽的调节过热（再热）蒸汽温度是火力发电厂生产过程中的一个重要参数，保证过热（再热）汽温蒸汽温度稳定对经济生产和安全生产有着重要的意义。大型循环流化床锅炉的蒸汽系统大多为高温高压或超高压参数，过热蒸汽和再热蒸汽的温度是全机组汽水工质的最高温度。它们的温度一般接近金属材料的允许最高温度。因此，过热蒸汽和再热蒸汽的温度上限一般不能超过额定值的5℃；如果汽温偏低就会影响机组的热效率和汽轮机的安全运行。所以在运行中，过热蒸汽和再热蒸汽的温度应维持在规定范围内。影响过热蒸汽和再热蒸汽的温度的因素很多，例如，蒸汽流量、炉膛热负荷、烟气温度、烟气所含物料的浓度、烟气的流速、过热蒸汽侧与再热蒸汽侧的烟气分配、减温水量等都会影响过热（再热）汽温的变化。在汽温调节中，可用改变烟气侧或减温水侧工况的方法。一般采用烟气侧作为粗调而减温水侧作为细调的方法。循环流化床锅炉的汽温调节和常规的煤粉锅炉的汽温调节基本相同。一般取调速级前汽温变化作为前馈，通过修正后和设定值进行比较。其控制流程如下：如果锅炉的汽温调节中有烟气挡板，还应加入烟气挡板的调节控制逻辑。其中再热蒸汽温度的调节与过热蒸汽温度的调节控制逻辑基本相同。三、FSSS保护系统FSSS系统是FurnaceSafeguardSupervisorySystem简称，即炉膛安全监控系统。是专用于火力发电机组锅炉的安全保护和燃烧器管理，它在锅炉启动、运行、停止的各个阶段连续地监测锅炉的有关运行参数，根据锅炉防爆规程规定的安全条件，不断的进行逻辑判断和运算，并经过逻辑判断、合理地发出动作指令，同时与有关主辅机信号合理地联锁，以保证整个机组的安全、经济、稳定、可靠的运行。对于DCS系统来说，它已经是不可或缺的组成部分。是锅炉热工保护的一个组成模块。循环流化床锅炉的安全保护侧重于燃料投运操作的正确顺序和联锁关系，以保证循环流化床锅炉稳定燃烧。按照煤粉锅炉的习惯仍将有关循环流化床锅炉的保护功能称作炉膛安全监控系统FSSS。循环流化床锅炉的FSSS保护系统和常规的煤粉锅炉相似，有以下主要功能：主燃料跳闸MFT；循环流化床锅炉吹扫；启动油系统泄漏试验；循环流化床锅炉冷态启动（建立流化风和初始床料）；循环流化床锅炉升温控制；循环流化床锅炉热态启动；风道油燃烧器控制；启动油燃烧器控制；油燃烧器火焰检测；（10）煤及石灰石系统控制；（11）一次、二次风机、高压风机、引风机、播煤风机联锁控制；（12）锅炉水系统的保护；（13）机炉协调保护；一、循环流化床锅炉的MFT大型循环流化床锅炉的启动一般采用床下点火方式，利用热烟气加热床料使冷床料流化并循环的状态下加热升温。在保证床下点火燃烧器无故障（经过油泄漏试验）的情况下才可以投运床下点火燃烧器。在达到燃料安全着火温度时（根据燃料试验得到）才可以投煤。如只靠床下点火燃烧器不能作到时，可考虑投运床上点火燃烧器。直到达到必须的温度时才可以逐步投煤，以保证锅炉的安全运行。由此看来，循环流化床锅炉的FSSS保护主要体现在MFT（）主燃料切除保护上，循环流化床锅炉的MFT主要有以下内容组成：1、引发MFT动作的条件；2、对燃油系统的控制；3、MFT动作后复归的条件；4、热态启动的条件；5、首出记忆。（一）以下任何条件满足都将触发MFT动作：手动MFT；床温高于990℃水位异常（水位高高或水位低低）；炉膛压力高（一般取+2489Pa延时5s）；炉膛压力低（一般取-2489Pa延时5s）；所有引风机跳闸；所有一次风机跳闸；所有高压流化风机跳闸；所有播煤风机跳闸且旁路门未开（加一定时间延时）；汽轮机主汽门关闭；所有一次风机出口总风量小于25%额定风量延时5s；床温低于650℃且无超过启动时间3600s（指启动燃烧器的启动时间：在3600s内没有着火）；DCS电源消失；MFT动作后将引发以下动作：1、跳闸所有给煤机；2、跳闸燃油来油速断阀；3、跳闸石灰石给料系统；4、关闭汽轮机主汽门；5、关闭减温水总门且闭锁开指令；6、如没有“热态启动”的条件存在，则发出“锅炉吹扫”逻辑。二、对锅炉燃用油的控制循环流化床锅炉的燃用油系统并不比煤粉锅炉的简单，它主要的作用是在锅炉启动初期对锅炉内的固体物料进行加热，使固体物料的温度能达到煤的安全燃用温度。如果油系统存在泄漏或启动燃烧器事故熄灭后不能正确及时的关闭相应的油阀门，则有可能造成点火风道或炉膛爆炸。因此对燃用油的控制是必要的。循环流化床锅炉的燃用油控制包括油系统泄漏试验、燃烧器熄火保护及锅炉的点火功能。1、油系统泄漏试验主要是对锅炉的燃用油管道、阀门、管道上的流量计和一些附带承压部件的压力试验。以检验其承压性能和严密性。2、燃烧器的熄火保护是为了如果油燃烧器熄灭（火检检不到火）后能及时的关闭该油燃烧器的进、回油速断阀并开启其蒸汽吹扫阀，进行油管道的程控吹扫，这个吹扫称为后吹扫。在后吹扫时应进行高压打火，以便管道中的积油在吹出管道时着火，避免燃油在管道中长时间积存或油吹出管道后在点火风道（炉膛）中积存，造成不必要的爆炸或爆燃。在油燃烧器投用前也应对该油燃烧器进行程控吹扫，这个吹扫称为前吹扫。在前吹扫时可以不进行高压打火,主要是对管道中的杂质进行吹扫，以保证管道的畅通。在这个过程还可以对油燃烧器进行预热使燃烧器能更顺利的着火。3、在燃油压力（适用于机械雾化）低于雾化压力时，燃油控制系统应关闭该油系统的来油速断总阀。4、点火助燃风丧失（低于一定值）时，燃油控制系统应关闭该油系统的来油速断总阀。5、在锅炉MFT信号发出时，燃油控制系统应关闭该油系统的来油速断总阀。6、在来油速断总阀关闭时，燃油控制系统应联锁关闭各油燃烧器（油枪）的各进、回油速断阀及各进、回油管道的吹扫蒸汽阀。7、锅炉的点火功能是在锅炉满足点火条件后能进行程控点火。在锅炉点火前，应具备点火条件，这些条件有：（1）油压正常；（2）油系统泄漏试验成功；（3）风量满足要求；（4）MFT复归（5）火检器冷却风正常当点火条件满足后，可以通过自动或手动点火。自动方式：可按事先选择的程序实现自动点火。在控制显示画面上单击油枪编号，启动点火键，点火将按如下顺序自动进行，即进油枪（如为固定式油枪则无此步）→开吹扫阀→吹扫延时→关吹扫阀→开进油阀同时启动点火器打火→打火延时如果油枪点燃，测为点火成功，否则为点火失败，点火失败后自动按照关油阀→开吹扫阀→启动点火器打火→吹扫延时→关吹扫阀→退出油枪（如为固定式油枪则无此步）。点火成功后则自动退出点火器。手动点火方式即将上述步骤远方手动进行或就地手动进行，为保证点火安全，其步骤不可省略。三、必须满足以下条件才能使MFT复归：1、完成锅炉吹扫。锅炉的吹扫目的是在点火前要吹去炉膛、点火风道和烟道内可燃混合物，以防止点火时引起爆燃，在启动吹扫前，应满足炉膛吹扫许可条件，这些条件有：（1）、必须是MFT动作15s后进行；（2）、锅炉无任何MFT动作条件存在；（3）、锅炉无任何燃料进入炉膛或点火风道；（4）、进入锅炉的风量符合要求；（5）、MFT未复归；2、锅炉具备热态启动的条件；3、锅炉无任何MFT动作条件存在；四、锅炉的热态启动应满足以下条件：锅炉无任何MFT动作条件存在；床温不低于650℃流化风量符合要求；播煤风量符合要求；五、MFT动作后，应在监视器上显示其动作触发的原因称为首出记忆，以便运行人员及时的对事故作出判断和进行事故处理。

第三章

循环流化床锅炉本体

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Ф60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870℃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Ф82.55mm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Ф60，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，同时作为偖热装置。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CaSO4，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（1）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。（2）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-Ⅱ2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-Ⅱ2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Φ42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Φ273。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：（1）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300~400mm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。（2）

耐火材料用高密度销钉固定，不易脱落，运行安全可靠。（3）

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。（4）

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。（5）

与炉膛之间胀差小，结构简单，具有更可靠的密封性。（6）

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。

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。（2）

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。（3）

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-Ⅱ2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。“J”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-Ⅱ2型循环流化床锅炉采用的即是大直径г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∑f与布风板有效面积Ab的比值，以百分率表示，即η=（∑f/Ab）×100%)。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的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-Ⅱ2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。

第二节汽水系统及烟风系统一、

DG440/13.7-Ⅱ2型循环流化床锅炉的汽水系统，图：锅炉汽水系统回路包括尾部省煤器、汽包、水冷系统、汽冷式旋风分离器进口烟道、汽冷式旋风分离器，HRA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、屏式再热器及连接管道。锅炉给水首先被引至尾部烟道省煤器进口集箱两侧，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，通过省煤器引出管到锅筒。在启动阶段没有给水流入锅筒时，省煤器再循环系统可以将锅水从锅筒引至省煤器进口集箱，防止省煤器管子内的水停滞汽化。DG440/13.7-Ⅱ2型锅炉为自然循环锅炉，锅炉的水循环采用集中供水，分散引入、引出的方式。给水引入锅筒水室间，并通过集中下降管和下水连接管进入水冷壁和水冷分隔墙。锅水在向上流经炉膛水冷壁、水冷分隔墙的过程中被加热成为汽水混合物，经各自的上部出口集箱通过汽水引出管引入锅筒进行汽水分离。被分离出来的水重新进入锅筒水空间，并进行再循环，被分离出来的饱和蒸汽从锅筒顶部的蒸汽连接管引出。饱和蒸汽从锅筒引出后，由饱和蒸汽连接管引入汽冷式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汽冷式旋风分离器下联箱，上行冷却分离器筒体之后，由连接管从分离器上集箱引至尾部竖井侧包墙上集箱，下行冷却侧包墙后进入侧包墙下联箱，由包墙连接管引入前、后包墙下集箱，由包墙连接管引入前、后包墙下集箱，向上行进入中间包墙下联箱，即低温过热器进口联箱，逆流向上对后烟道低温过热器管组进行冷却后，从锅炉两侧连接管引至炉前屏式过热器进口联箱，流经屏式过热器受热面后，从锅炉两侧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由高温过热器出口联箱两侧引出。再热蒸汽从汽机高压缸排汽来，从尾部竖井前烟道低温再热器进口联箱引进，流经两组低温再热器，由低温再热器出口降箱引出，从锅炉两侧连接管引至炉前屏式再热器进口联箱，逆流向上冷却屏式再热器后，合格的再热蒸汽从炉膛上部屏式再热器出口联箱两侧引出，到汽机中压缸中联门去。锅筒位于炉前顶部，横跨炉宽方向。锅筒起着锅炉蒸发回路的贮水器的功用，在它内部装有分离设备以及加药管，给水分配管和排污管，锅筒内部设备的设置如图所示。锅筒内径为1600mm，筒身直段长12.3m(不包括球形封头)。其内部设备主要有:卧式汽水分离器---共94只，两排平行布置。干燥箱--------------“W”型立式波形板干燥箱，共34只。给水分配管--------给水管单端引入锅筒，用三通接出两根沿锅筒长度的多孔管分配水。连续排污管--------为多孔管，在锅筒中部用三通汇成单根后由一端引出。加药管--------------与汽包等长，在其底部开有小孔。特殊的化学物质，通常为磷酸三钠经外部化学品供给系统的泵进入锅筒，并与炉水在锅筒中彻底混合，以实现所要求的化学控制指标。沿整个锅筒直段上都装有弧形挡板，在锅筒下半部形成一个夹套空间。从水冷壁汽水引出管来的汽水混合物进入此夹套，再进入卧式汽水分离器进行一次分离，蒸汽经中心导筒进入上部空间，进入干燥箱，水则贴壁通过排水口和钢丝网进入锅筒底部。钢丝网减弱排水的动能并让所夹带的蒸汽向汽空间逸出。蒸汽在干燥箱内完成二次分离。由于蒸汽进入干燥箱的流速低，而且汽流方向经多次突变，蒸汽携带的水滴能较好地粘附在波形板的表面上。并靠重力流入锅筒的下部。经过二次分离的蒸汽流入集汽室，并经锅筒顶部的蒸汽连接管引出。分离出来的水进入锅筒水空间，通过防漩装置进入集中下水管，参与下一次循环。锅筒水位控制关系到锅炉的安全运行，因此，这里必须对锅炉的几个水位作一下说明。由于锅筒是静止设备组合，如卧式分离器、百叶窗分离器等，对于这些设备，操作员都不能直接操作。操作员只能调节给水泵或给水调节阀，控制汽包水位来影响锅炉运行。本锅炉正常水位在锅筒中心线下76mm处，高于或低于此水位的长期运行将影响分离器的性能。如果锅筒水位高于正常水位的125mm（最高安全水位或高报警水位），DCS发出警报；如果高于200mm（最最高水位或高水位跳闸），锅炉自动停炉。低水位时也会使分离器效率降低，湿蒸汽离开汽包进入过热器系统。如果锅筒水位低于正常水位的200mm（最低安全水位或低警报水位），DCS发出警报；如果低于280mm（最最低水位或低水位跳闸），锅炉自动停炉。蒸汽夹带的水份会导致固体杂质沉积在过热器管壁和汽轮机叶片上，对汽轮机的安全经济运行产生重大影响。故DCS和操作员应经常监视锅筒水位。高水位引起卧式分离器内水泛滥，降低汽水分离能力。为正确监视锅筒水位，锅筒设置了：三个单室平衡容器水位计：锅筒筒身上一个，左右封头上各一个，与压差变送器配套使用，对汽包水位进行监控，并对外输出水位变化时的压差信号。其工作原理是：单室平衡容器水位计由水位－压差转换装置（平衡容器）和差压测量仪表两部分组成。平衡容器将水位的变化转换成压差的变化，用差压计测出压差，并将压差转换成电信号，显示出汽包水位值。需要注意的是，这种水位计在锅炉启、停时误差特别大而不能使用，只有在锅炉的各种参数趋于稳定时才能正确反映汽包水位值。水位自动中水位值指的是平衡容器水位计表示的值。无盲区云母双色水位表：选用了长春锅炉仪表厂的B69H－16－W型，安装于锅炉汽包两侧，左右封头各一，作就地水位计，监视、校核汽包水位；电接点水位计：选用了长春锅炉仪表厂的DQS-76型，安装于锅炉汽包两侧，左右封头各一，有24个电接点，具有声光报警，闭锁信号输出等功能，作为高低水位报警和指示、保护用。电接点水位计的优点是：在锅炉启、停时，即压力额定值时，它也能够正确反映汽包水位；另外其构造简单，体积小，维修量小。其工作原理是利用汽与水的导电率不同来测量水位的，由水位容器、电极和测量显示器和测量线路组成。低温过热器位于尾部对流竖井后烟道下部，低温过热器由一组沿炉体宽度方向布置的92片双绕水平管圈组成，顺列、逆流布置，管子规格为Æ51mm。低温过热器管束通过固定块固定在尾部包墙上，随包墙一起膨胀，蒸汽从中间包墙下集箱引入，与烟气呈逆向流动经过低温过热器管束后进入低温过热器出口集箱，再从出口集箱的两端引出。低温过热器采取常规的防磨保护措施，每组低过管组入口与四周墙壁间装设防止烟气偏流的阻流板，每组低过管组前排管子迎风面采用防磨从低温过热器出口集箱至位于炉膛前墙的屏式过热器进口集箱之间的蒸汽连接管道上装设有一级喷水减温器。其内部设有喷管和混合套筒。混合套筒装在喷管的下游处,用以保护减温器筒身免受热冲击。减温水管路上装有温度和流量测量装置以测量进入减温器的喷水量和减温器前的温度。筒体规格为Æ325mm。屏式过热器共六片，布置在炉膛上部靠近炉膛前墙，过热器为膜式结构，管子节距76.2mm,，每片共有36根Æ42mm的12Cr1MoVG管，在屏式过热器下部3450mm范围内设置有耐磨材料，整个屏式过热器自下向上膨胀。炉膛上部布置有Æ325mm的屏式过热器出口集从屏式过热器出口集箱至位于尾部对流竖井后墙的高温过热器进口集箱之间的蒸汽连接管道上装设有二级喷水减温器。过热蒸汽温度在二级喷水减温器中进一步得以调整。二级减温器的结构与一级减温器基本上是相同的。筒体规格为Æ325mm。蒸汽从二级喷水减温器出来经连接管引入布置在尾部后烟道上部的高温过热器进口集箱。高温过热器为Æ51mm双绕蛇形管束，管束沿宽度方向布置有92片。高温过热器管束通过固定块固定在尾部包墙上，随包墙一起膨胀，蒸汽从炉外的高温过热器进口集箱的两端引入，与烟气呈逆向流动经过高温过热器管束后进入高温过热器出口集箱，再从出口集箱的两端引出。高温过热器采取常规的防磨保护措施，每组高过管组入口与四周墙壁间装设防止烟气偏流的阻流板，每组高过管组前排管子迎风面采用防磨盖板。在低温再热器进口集箱之前装设有二次汽事故喷水减温器。其内部设备和过热器系统喷水减温器相同，目的是为了保护再热器不超温。减温水管路上同样装有温度流量测量装置以测量进入减温器的喷水量和减温器前的温度。筒体规格：Æ426mm，低温再热器管束通过固定块固定在尾部包墙上，随包墙一起膨胀，由汽机过来的低压蒸汽由两端引入低温再热器进口集箱，与烟气逆流向上流动经过低温再热器管束后进入低温再热器出口集箱，再从出口集箱的两端引出。低温再热器由两组沿炉体宽度方向布置的92片三绕水平管圈组成，顺列、逆流布置，管子规格Æ57mm。低温再热器采取常规的防磨保护措施，每个管组入口与四周墙壁间装设防止烟气偏流的均流孔板，管组第一排管子迎风面采用防磨盖板。从低温再热器出口集箱两侧至位于炉膛前部的屏式再热器进口集箱之间的蒸汽连接管道上装设有二次汽微喷减温器，作为微调和尾部烟道烟气挡板一起对再热汽温起到调节作用。二次汽微喷减温器的结构与二次汽事故减温器基本上是相同的。筒体规格为Æ426mm。屏式再热器共四片，布置在炉膛上部靠近炉膛前墙，再热器为膜式结构，每片共有29根Æ76mm的管子，在屏式再热器下部3050mm范围内设置有耐磨材料，整个屏式再热器自下向上膨胀。屏式再热器进、出口集箱采用Æ426mm。一、

DG440/13.7-Ⅱ2型循环流化床锅炉的烟风系统，如图。从一次风机出来的空气分成三路送入炉膛。第一路，经一次风空气预热器加热后的热风进入炉膛底部的水冷风室，通过布置在风板上的风帽使其流化，并行向上通过炉膛的气固两相