循环流化床锅炉结构原理及运行

循环流化床锅炉原理、结构及运行2007年5月12日一、循环流化床的发展历史循环流化床锅炉（CirculatingFludizedBedBoiler，以下简称CFB锅炉）作为一种煤的清洁、高效燃烧技术自八十年代初进入燃煤锅炉的商业市场以来，在中小型锅炉中循环已占有了相当的份额。并在技术日趋成熟的同时逐渐向更大容量发展。CFB锅炉的研究始于七十年代，它是从鼓泡床沸腾炉和化工行业的循环流化床工艺发展而来的。1982年，德国鲁奇（Lurgi）公司的第一台50t/h循环流化床锅炉投入运行宣告了循环流化床锅炉的诞生。此后，世界上的主要锅炉制造商均投入了CFB锅炉的研究和产品开发工作。国外在CFB锅炉的发展过程中也形成了几种技术流派，比较有代表性的有芬兰奥斯龙公司（Ahlstrom，现被福斯特·惠勒公司并购）的Pyroflow型循环流化床锅炉；德国鲁奇公司开发的Lurgi型循环流化床锅炉；德国巴布科克公司的Circofluid型循环流化床锅炉；福斯特·惠勒公司的整体化换热床（Intrex）；美国贝特尔实验室（Battele）的多固体型（Multisolid）循环流化床锅炉等等。•我国从八十年代开始研究开发CFB锅炉，中科院工程物理所、清华大学、浙江大学、华中理工大学和有关锅炉厂合作先后研制开发了10t/h、20t/h、35t/h、75t/h循环流化床锅炉。通过这些锅炉的研制、生产和运行，积累了不少经验。进入九十年代后，东方锅炉厂、哈尔滨锅炉厂和上海锅炉厂等又分别通过与美国福斯特·惠勒公司和美国PPC公司引进技术或合作生产的方式，开始生产制造130t/h、220t/h的循环流化床锅炉。并具备了生产更大容量CFB锅炉的能力。国内“八五”重点能源环保科研项目内江循环流化床示范电站从芬兰奥斯龙公司引进的410t/h循环流化床也已经投入运行。循环流化床锅炉主要有以下特点：•1、燃料适应性广•2、有利于环境保护•3、负荷调节性能好•4、燃烧热强度大•5、炉内传热能力强•6、灰渣综合利用性能好二、循环流化床锅炉的原理•1、流化燃烧：一定颗粒粒度的煤粒在炉床上保持一定的厚度，空气以适当的速度从底部通过炉床，将煤粒吹起，使煤粒悬浮于床层上一定高度范围。•物料由给料口进入炉膛密相区下部后，被高温物料包围而迅速着火，并在燃烧室中伴以高速风流在沸腾悬浮状态下进行燃烧。同时，高温烟气携带炉料和大部分未燃烬的煤粒飞逸出燃烧室顶部，经旋风分离器分离出的未燃烬燃料由返料器返送回炉膛底部，再次进入炉膛循环燃烧。二、循环流化锅炉的结构•锅炉是利用燃料放出热量加热工质生产具有一定压力和温度的蒸汽设备，分为“锅”和“炉”。•“锅”一般只汽水系统，如蒸发设备（汽包、下降管、水冷壁）、给水系统、对流受热面（过热器、省煤器）等。•炉一般只烟风系统，如燃烧设备（点火器、燃烧室、点火装置）、风道、烟道以及钢架结构。•锅炉结构简述：本锅炉系160t/h高温高压循环流化床锅炉，为单锅筒横置式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全钢架П型布置。炉膛采用膜式水冷壁，锅炉中部式蜗壳式绝热旋风风离器，尾部竖井烟道布置两级四组对流过热器。过热器下方布置两组膜式省煤器及一、二次风各三组空气预热器。1、燃烧系统中，给煤机将煤送入落煤管进入炉膛，锅炉燃烧所需空气分别由一，二次风机提供。一次风机送出的空气经一次风空气预热器预热后由左右两侧风道引入炉下水冷风室，通过水冷布风板上的风帽进入燃烧室，二次风机送出的风经二次风空气预热器预热后，通过分布在炉膛前后墙上的喷口喷入炉膛，补充空气，加强扰动与混合。新入炉的煤在炉膛内与流化状态下的循环物料掺混燃烧，床内浓度达到一定值后，大量物料在炉膛内呈中间上升，贴壁下降的内循环方式沿炉膛高度与受热面进行热交换，随烟气飞出炉膛的众多细小颗粒经蜗壳式绝热旋风分离器，绝大部分物料又被分离出来，从返料器返回炉膛，再次实现循环燃烧。而比较洁净的烟气从尾部排出。由于采用了循环流化床燃烧方式，通过向炉内添加石灰石，能显著降低烟气中SO2的排放，采用低温和空气分级供风的燃烧技术能够显著抑制NOx的生成。其灰渣活性好，具有较高的综合利用价值。•炉膛水冷壁系统•(1)炉膛断面尺寸为7330mm×4850mm，炉膛四周由管子和扁钢焊成全密封膜式水冷壁。前后及两侧水冷壁分别各有91-φ60×5与60-φ60×5根管子。前后水冷壁下部密相区处的管子与垂直线成一夹角，构成上大下小的锥体。锥体底部是水冷布风板，布风板下面由后水冷壁管片向前弯与二侧墙组成水冷风室。布风板至炉膛顶部高度为31.47m，炉膛烟气截面流速5m/s。•(2)后水冷壁上部两侧管子在炉膛出口处向分离器侧外突出形成导流加速段，下部锥体处部分管子对称让出二只返料口。前水冷壁下方有3只加煤口，炉顶设有检修孔和一个加煤泥口,侧水冷壁下部设置供检修用的专用人孔，炉膛密相区前后侧水冷壁还布置有一排二次风喷口。•(3)前、后、侧水冷壁分成四个循环回路，由汽包底部水空间引出2根φ426×28集中下降管，通过16根φ159×12的分散下降管向炉膛水冷壁供水。其中两侧水冷壁下集箱分别由3根分散下降管引入，前后墙水冷壁下集箱分别由5根分散下降管引入。两侧水冷壁上集箱相应各有4根φ159×12连接管引至汽包，前后墙水冷壁上集箱有10根φ159×12引至汽包。•物料循环系统：包括旋风分离器、立管和回料阀•旋风分离器•（1）分离器是循环流化床锅炉的重要组成部件，本锅炉采用的是中科院工程热物理研究所的高效蜗壳式汽冷旋风分离器专利技术，在炉膛出口并列布置两只旋风分离器，分离器直径φ3600mm，用10mm钢板作为旋风分离器的外壳，并采用蜗壳进口的方式形成结构独特的旋风分离器。具有分离效率高的优点。旋风分离器将被烟气夹带离开炉膛的物料分离下来。通过返料口返回炉膛，烟气则流向尾部对流受热面。整个物料分离和返料回路的工作温度为930℃左右；•（2）分离器内表面采用轻型炉墙,选用高强度耐磨浇注料,使整个分离器的内表面得到保护,从而使分离器具有较长的使用寿命,以保证锅炉安全可靠运行；•（3）分离器出口管采用高温耐热合金制造，材质为1Cr25Ni20；•（4）分离器入口开设检修门，并保证其密封性；•回料立管：•分离器与回料阀之间个回料管立管，是输送物料，体统密封，产生一定的压头防止回料风或炉膛烟气从分离器下进出。•与回料阀配合使物料能够由低压向高压出连续稳定的输送。•回料阀•通过改变通气量改变回料量。•属于自平衡阀，即流出量根据流入量自动调节。•.燃烧系统•燃烧系统主要有给煤装置、排渣装置、给石灰石装置、硫回收装置尾气及合成驰放气燃烧系统、布风装置和点火系统。•（1）给煤装置•给煤装置为3台刮板式给煤机。给煤机与落煤管通过膨胀节相连，解决给煤机与炉膛水冷壁之间的膨胀差（膨胀值120mm）。给煤装置的给煤量能够满足在一台给煤装置故障时，其余2台给煤装置仍能保证锅炉100%额定出力。一定粒度的燃煤经给煤机进入布置在前墙的三根矩形间距为2.2m的落煤管，落煤管上端有送煤风，下端靠近水冷壁处有播煤风，给煤借助自身重力和和引入的送煤风沿着落煤管滑落到下端在距布风板1500mm处进入炉膛。给煤量通过改变给煤机的转速来调整，给煤机内通入一次风冷风作为密封风，由于给煤管内为正压（约有5000Pa的正压），给煤机必须具有良好的密封。播煤风管连接在每个落煤管的端口，并应配备风门以控制入口风量。•（2）布风装置•风室由向前弯的后水冷壁及两侧水冷壁组成，风室内浇注100mm厚的中质保温混凝土。防止点火时鳍片超温，并降低风室内的水冷度。•燃烧室一次风从左右两侧风道引入风室。风室与炉膛被布风板相隔，布风板系水冷壁与扁钢焊制而成，布风板的横断面为7330×2580，其上均匀布置有666只风帽。一次风通过这些风帽均匀进入炉膛，流化床料。风帽采用耐磨耐高温合金，风帽横向纵向节距均为160mm。为了保护布风板，布风板上的耐火浇注料厚度为150mm。•（3）排渣装置•底渣从水冷布风板上的三根φ219水冷放渣管排出炉膛，其中两根接冷渣机，每台冷渣机按5t/h冷渣量配置，另一根做事故排渣管。水冷放渣管中的水参与锅炉水循环，不需另接冷却水源。底渣通过滚筒式冷渣器，可实现连续排渣。出渣量以维持合适的风室压力为准。通常运行时的风室压力为13000Pa。定期排渣的大渣含碳量较低，能小于1.5%，而连续排渣的大渣含碳量会有所升高。•（4）给石灰石装置•本台锅炉按添加石灰石脱硫设计，石灰石通过斗提机、刮板机、石灰石仓、送至刮板给煤机送入炉膛。脱硫的石灰石耗量每小时3吨，按钙硫比2.5计算。脱硫效率为90%。•（5）二次风装置•二次风通过分布在炉膛前后墙上的二次风管喷嘴送入炉膛下部空间。喷口风速70m/s。运行时二次风压一般不小于6000Pa。为了精确控制风量组织燃烧，一、二次风总管上装设电动风门及测风装置。•（6）床下点火燃烧器•两台床下点火燃烧器并列布置在炉膛水冷风室后侧。由点火油枪、高能电子点火器组成。点火油枪为压缩空气雾化，燃料为0#轻柴油。每支油枪出力500kg/h，油压0.5MPa，油枪所需助燃空气为一次风。空气和油燃烧后形成850℃左右的热烟气。从水冷风室上的布风板均匀送入炉膛。为了便于了解油枪点火情况，点火燃烧器设有观察孔。•（8）硫回收装置尾气及合成驰放气燃烧系统•硫回收装置尾气入口位于二次风总管上,随二次风进入锅炉脱硫；合成驰放气入口布置于锅炉后墙二次风管上（共两点），随二次风进入锅炉燃烧；硫回收装置尾气及合成驰放气应在锅炉正常运行后投入，炉膛内无明火时严禁投入；锅炉点火前应确保锅炉内无可燃性气体，必要时应吹扫炉膛，以防暴燃。•空气预热器•（1）管式空气预热器采用卧式、顺列结构，沿烟气流程一、二次风交叉布置，各有三个行程,每两组空气空气预热器之间均留有800㎜以上空间,便于检修和更换；•（2）空气预热器管子迎烟气面前三排管子采用φ42×3.5的厚壁管,其余采用φ40×1.5的管子；•（3）每级空气预热器及相应的连通箱均采用全焊接的密封框架，以确保空气预热器的严密性；•汽水系统：•给水管道→省煤器→汽包→下降管→水冷壁→汽包→尾部汽冷包墙管→低温过热器→一级喷水减温器→炉内屏式过热器→二级喷水减温器→高温过热器→集汽集箱•给水管道•给水操纵台为二路管道给水.给水通过给水操纵台从锅炉右侧引入省煤器进口集箱。•省煤器：•是利用锅炉排烟的热量加热锅炉给水的热交换装置，是锅炉给水的主要受热面。•省煤器布置在尾部对流烟道内，呈逆流、水平、顺列布置。省煤器的给水由入口集箱两端引入，经省煤器受热面逆流而上，进入省煤器中间集箱，然后由吊挂管引至省煤器出口集箱，再由省煤器出口集箱通过连接管引至锅筒。•尾部竖井烟道中设有二组膜式省煤器，均采用φ32×4的管子，错列布置，横向节距90mm，具有较好的抗磨性能。省煤器管的材质为20G/GB5310高压锅炉管；•省煤器管束最上排装设防磨盖板，蛇形管每个弯头与四周墙壁间装设防磨罩。省煤器的平均烟气流速控制在8m/s以下；•在汽包和下级省煤器之间设有再循环管道，以确保锅炉在启动过程中省煤器有必要的冷却；•汽包•是汇集炉水和饱和蒸汽的圆筒形容器，具有一定的水容积。与下降管、水冷壁相连，组成自然循环系统。汽包既接受省煤器来的给水，向过热器输送饱和蒸汽。汽包是加热、蒸发、过热三个过程的分界点。•汽包内装有旋风分离器，多孔板、波形板等汽水分离装置。还设有加药、排污装置，减少蒸汽中的含盐量，保证蒸汽品质。另外装有水位计、压力表、安全阀等安全附件。•过热器系统及其调温装置•辐射和对流相结合，并配以二级喷水减温器的过热器系统。饱和蒸汽从汽包由4根φ159×12的管子引至尾部包墙的两侧上集箱，随后下行，流经两侧过热器包墙。再由转角集箱进入后包墙、顶包墙和前包墙（包墙管均为φ51×5），前包墙出口下集箱作为低温过热器入口集箱，低温过热器φ38×5光管顺列布置。过热蒸汽从低温过热器出来后，经连接管进入一级喷水减温器进行粗调，减温可以通过调节减温水量来实现。过热蒸汽经一级减温后进入屏式过热器，屏式过热器布置