流化床锅炉主要部件的形式和结构

图2-1 风帽型布风装置 图2-2 密孔板型布风装置 图2-3 猪尾巴型布风装置 1—风;2—保护层;3—布 1—小直孔；2—布风板； 1—小弯管；2—保护层 风板;4—冷渣管;5—风室3—风室 3—布风板；4—风室
二、风室的结构
风室连接在布风板底下，起着稳压和均流的作用， 使从风管进入的气体降低流速，将动压转变为静 压。 对风室的设计要求： (1) 具有一定的强度和较好的气密性，在工作条件 下不变形、不漏风； (2) 具有较好的稳压和均流作用 (3) 结构简单，便于维护检修，且风室应设有检修 门和放渣门。 流化床的风室主要有两种类型：分流式风室和等 压风室。
为了使流化床锅炉运行稳定，床料静止高度 应维持在500700mm，相应的料层阻力为5100-6100Pa。这样通过上 面的公式就可以计算出风帽小孔的气流速度。 在实际设计中，一般是根据经验来设计风帽小孔的尺寸和 选取风帽小孔风速，然后利用上面的公式来检验设计的合 理性。 风帽的数量由布风板的尺寸和风帽尺寸及风帽的布置方式 来确定。风帽小孔数m应取偶数。风帽的计算要进行多次 反复计算。为了排除床料中沉积的粗渣和杂物，在布风板 上每1.3-1.5m2面积开设一个109-160的冷渣孔。把靠 近炉墙的2-3排风帽小孔直径加大或孔数增多，使其小孔 流通面积比中间部分风帽的多20%左右。对冷渣孔四周 的风帽也作同样处理。
图2-8 有定向风帽的水冷布风板结构 1—水冷管；2—定向风帽；3—耐火层
七、布风板的保护层
为了防止布风板受热挠 曲变形，在花板上必须 敷设一定厚度的保护隔 热层。其厚度根据风帽 小孔离花板高度而定， 一般是100-150mm。 在水冷布风板上也需敷 设保护层，不过保护层 的厚度比非水冷布风板 的保护层要薄。
六、水冷布风装置
为了消除热负荷快速变化对 流化床燃烧系统带来的不利 影响，采用水冷布风装置是 十分必要的。 水冷布风装置包括水冷布风 板和水冷风室。 水冷布风板上的风帽尺寸要 大于非水冷布风板的风帽尺 寸。水冷布风板的风帽可以 是定向风帽(图2-8)，也可以 是侧孔式风帽，还可以用猪 尾巴形的小弯管代替风帽。 为了避免在运行时产生汽水 分层，水冷布风板应与水平 方向有一个夹角。 等压风室为水冷风室在循环 流化床锅炉中应用较普遍。
评价指Leabharlann Baidu：
评价分离器工作的性能，有各种指标，如分离效率、阻力、 处理气量、投资和运行费用等。在选择分离器时，必须综合 加以考虑，其中以分离效率和阻力这两项指标最为重要。 1、分离器的分离效率 分离器的分离效率是指含尘气流在通过分离器时，捕 集下来的物料量占进入分离器的物料量的百分数，即
mc / mi 100%
图2-4 分流式风室 (a) 有分流罩；(b) 有导流板
图2-5 等压风室 1—风室；2—布风板
分流式风室借助于分流罩或 导流板进入风室的气流均分 为多股气流，使接近于正方 形的风室截面获得均匀的布 风。结构较复杂，且只适用 于正方形截面的流化床锅炉， 因而只在小型流化床锅炉上 得到应用。 等压风室的结构特点是具有 倾科的底面，这样能使风室 内的静压沿学度保持不变， 有利于提高布风的均匀性。 气流在风室的上升速度不应 超过1.5m/s，进入风室的气 流速度应低于10m/s。一般 选用4mm厚的钢板制成风室。
图2-10 高温耐火材料内砌成浇 灌的旋风分离器 (a) 砖砌结构；(b) 浇灌结构
美国FW公司开发这种新型结构的汽 (水 )冷旋风分离器。 优点：(1) 旋风筒内只敷上一层约10 －50mm的薄耐火材料层，不仅能 缩短启停时间和承担一定的热负荷， 而且还大大降低了耐火材料量，也 降低了维护费用。(2) 减少了高温 管道和膨胀节，从而减少了维修费 用。(3) 可以采用标准的保温，使 外表温度下降，有效地减少了散热 损失，可节约燃料费用约0.25%－ 0.5%。(4) 分离器的重量和尺寸均 有所减小。(5) 能在制造车间装配 好，整体或分片出厂，减少了现场 工作量。 图2-11 汽(水)冷旋风分离器 缺点：制造比较复杂、工艺要求高， 因此成本较高。
分离效率是衡量分离器分离气流中固体颗粒的能力。 它除了与分离器结构尺寸有关外，还取决于固体颗粒 的性质、气体的性质和运行条件等因素。 分级效率就是指分离器对某一粒径颗粒的分离效率。 表示为 ：

d i 0
( d ) f ( d )
i i

或


0
(d i ) f ( d i )d ( d i )
6、中温下排气旋风分离器
瑞典Studsvik循环床锅炉采用槽钢分离器。该
7、槽钢分离器
分离器由多排错列悬挂布置的U形槽钢构成，在颗粒浓 度较高(如10kg/m3)时，可获得较高的分离效率。但是 当浓度(如100g/m3)低时，其分离效率不够理想。该分 离器的分离效率与粒子浓度和气流速度有关。 德国Steinmü ller循环床锅炉采用了形状为“∏”的斜 槽式分离器。该分离器一般分三排错列布置在炉内，采 用Eng Gr300或硬质NiCr钢制成，以防磨损。 这种分离器有效地防止了气流对已分离颗粒的再夹带， 可望获得较高的分离效率。其效率与粒子浓度关系不大， 主要取于颗粒直径。这种斜向布置的型式容易造成粒子 浓度分布不均和局部严重磨损。
5、中温旋风分离器
华中理工大学研究开发了中温下排气旋风分离器。这种 新型分离器的独特之处在于采用了新颖的结构形式向下 排气以及特殊结构的导流体。 优点： ①与采用上排气旋风分离器相比，锅炉整体结构更为合理， 总体结构尺寸明显减小(可减小锅炉占地面积30%左右)， 锅炉结构紧凑，布置更方便，系统阻力也明显减小，从 而降低了锅炉及其厂房的造价和运行费用。 ②与采用惯性分离器相比，这种分离器的分离效率高，易 于满足循环倍率的要求，有利于细小颗粒的燃尽，提高 燃烧效率，也有利于提高脱硫效果，减少脱硫剂的消耗， 更不会给锅炉受热面的布置带来结构上的困难。 ③与采用高温分离器相比，分离器的体积缩小、分离效率 提高、耐温耐磨材料易于解决、成本降低、热惯性小、 运行调节灵活，还提高了锅炉运行的安全可靠性。
一、粒子分离装置的基本原理和 性能指标
根据所利用的分离机理不同，循环床锅炉的粒 子分离装置可分为惯性分离器和旋风分离器两 大类。 基本原理： ①惯性分离器主要是依靠气流方向突然改变时， 粒子由于惯性作用继续按原来气流的方向运动， 碰撞到某些挡板上而被捕集下来。 ②旋风分离器则是利用旋转气流对粒子产生的 离心力使其从气流中分离出来。
图2-9 布风板保护层 1—风帽；2—耐火层；3—绝热 层；4—密封层；5—花板
第二节 粒子分离装置的种 类和结构
粒子分离装置是循环床锅炉的关键部件之一。它的性能 直接影响到锅炉的安全和经济运行。 分离器的结构型式和布置位置，决定了循环床锅炉的整 体布置型式与紧凑性，成为区别循环床锅炉技术流派的 重要标志之一。 分类：①按工作温度或布置位置可分为：高温分离装 置(800℃左右)、中温分离装置(500℃左右)和 低温分离装置(300℃以下) ②按分离机理或结构型式可分为：惯性分离装 置和离心(即旋风)分离装置。 优点：必须具有足够高的分离效率，提供足够多的物料 进行循环，以保证锅炉在燃烧、传热、脱硫和负荷调节 等方面的需要。另外，还应具有阻力小、磨损轻、结构 简单、布置紧凑等优良性能，以降低锅炉造价与运行维 护费用。
4、高温方形(异形)旋风分离器
Pyropower公司和国内清华大学均有所研究。 这种特殊结构的旋风分离器是基于常规旋风分离 器的一些缺陷，并借鉴方形循环床内四壁特别是 四角处粒子浓度很大的特点而提出并开发的。 采用方形结构可以方便地利用水冷壁形成分离器， 结构简单，布置方便。
这种分离器对于10m以上的颗粒分离效率较高 当床料平均粒径为330m时，分离效率可达 99%以上，其阻力与常规旋风分离器相当。
三、风帽型布风板的设计
布风板包括花板和风帽两 部分。花板的作用是支承 风帽和隔热层，初步分配 气流。选用钢板或铸铁板 制成 。 布风板的有效面积的确定 在流化床锅炉设计中占有 重要的地位。布风板有效 面积的大小直接与锅炉的 负荷特性有关。 布风板的形状根据炉型或 组织燃烧的需要而定，有 圆形、矩形等。 循环床没有溢流口。给煤 点、石灰石的供给点以及 返料点的布置也较灵活。
正确设计，使布风板具有恰当的阻力特性。 布风板的阻力特性是布风板阻力和料层阻力之比， 。 布风板阻力主要包括风帽进口局部阻力、风帽沿程阻力、 风帽出口局部阻力和风帽帽隙出口局部阻力。风帽沿程阻 力和风帽帽隙出口局部阻力可忽略不计，布风板阻力为 ：
五、布风板阻力
式中：ξ i、ξ o分别为风帽进、出口局部阻力系数；μ i为风帽 进口气体平均速度，m/s；μ o为风帽出口小孔气体平均速 度，m/s；ρ g为气体密度，kg/m3。
2、分离器的阻力 它表示气流通过分离器时的压力损失，是衡量 分离器的能耗和运行费用的一个指标。 分离器的阻力不仅取决于其自身的结构尺寸， 还与运行条件等有关。分离器分离效率的提高 是以阻力增加为代价的 。 分离器的阻力是以分离器前后管道中气流的平 均全压差来表示的。其计算式为：
p g u 2 / 2
为了克服高温旋风分离器的某些缺点，Babcock 公司在其Circofluid型循环床锅炉中采用了中温 旋风分离器，将分离器置于对流受热面之后，入 口温度为400℃左右。
优缺点：由于烟温明显下降，所以分离器的尺寸 明显减小，烟气黏性也得以下降，这两点将有助 于分离效率的提高。由于采用中温分离器，回料 温度较低，有利于床温调节，也提高了锅炉运行 的安全性。但为了防止受热面的磨损，不得不采 取较低的循环倍率。与高温旋风分离器一样，其 结构布置与尾部烟道的布置不相协调。
风帽型布风装置是由风室、布风板、风帽和保护层组成。 密孔板型布风装置是由风室和密孔板构成，所需的风机压头较小，电耗较少。 但是，其均匀性较差，床内颗粒还会从小孔漏入风室。其应用没有风帽型布 风装置那样普遍 ； 猪尾巴型布风装置是由风室和带猪尾巴形小弯管的布风板组成，增大了布风 板的阻力，提高了布风的均匀性。同时，也避免了细颗粒漏入风室。 在布风装置的设计中，均匀布风是追求的主要目标。
第二章 循环流化床锅炉主要部件 的形式和结构
第一节 布风装置的结构 第二节 粒子分离装置的种类和结构 第三节 回料器的种类及特点 第四节 高温灰渣冷却装置 第五节 影响流化床燃烧的主要因素
第一节 布风装置的结构
一、布风装置的结构、作用和种类
布风装置的组成：主要由布风板、风室和风帽组成。
布风装置的主要作用： (1) 支承床料 (2) 使空气均匀地分布在整个炉膛的横截面上，并提供足 够的动压头，使床料和物料均匀地流化，避免勾流、腾 涌、气泡尺寸过大、流化死区等不良现象的出现； (3) 把那些已基本烧透、流化性能差、在布风板上有沉降 倾向的大颗粒及时排出，避免流化分层，保证正常流化 状态不被破坏，维持安全生产。 布风装置的种类：风帽型、密孔板型和猪尾巴型等。
图2-6 风帽型布风板结构
四、风帽的结构
风帽的作用在于使进入流化床 的空气产生第二次分流并具有 一定的动能，以减少初始气泡 的生成和使底部粗颗粒产生强 烈的扰动，避免粗颗粒的沉积， 减少冷渣含碳损失。风帽还有 产生足够的压降、均匀布风的 作用。小直径的风帽可以使布 风更加均匀，有效地改善流化 图2-7 风帽的结构形状 (a) 蘑菇型；(b) 圆柱型 质量，提高燃烧效率。 目前广泛采用的是侧孔式小风帽，它有带帽头的蘑菇型和 无帽头的圆柱型两种型式，如图2-7所示。 风帽外表尺寸、内孔直径、小孔直径和小孔风速的选取要 根据布风板有效面积和布风板阻力特性来确定。
2、汽(水)冷高温旋风分离器
3、炉内卧式高温旋风分离器
芬兰Eco Fire公司及国内清华大学、东北电力 学院分别开发炉内卧式旋风分离器。这种分离 器由水冷壁延伸弯曲而成，双面用耐磨材料覆 盖，布置在炉膛上方出口处。 优缺点：具有启停时间短、散热损失小等优点。 另外，锅炉结构也很紧凑，但分离器制造复杂、 检修十分不便，大型循环床锅炉使用有困难。
式中：ρ g为气流密度，kg/m3；u为气流速度，m/s。
二、国内外循环床锅炉各种 分离器简介
1、高温耐火材料内 砌或浇灌的旋风分 离器
Lurgi型、Pyroflow型、 MSFB型循环床锅炉中 普遍采用这种分离器。 优点：具有技术成熟、 使用可靠、分离效率高 (可达99%以上)等优点。 缺点：体积庞大、热惯 性大，由此而带来的一 系列的布置、支撑、启 停运行等问题。