(生产管理知识)第六章公用工程及辅助生产设施

循环流化床锅炉的应用及其烟风系统设计

张临峰中国石化集团兰州设计院

[内容摘要]本文以刘化热电厂4#锅炉扩建为例，阐述了循环流化床锅炉的原理、结构及其特点与应用，并着重就烟风系统的工程设计提出了一些看法和见解。

[关键词]循环流化床锅炉原理应用烟风系统设计

一．前言

循环流化床锅炉在国外是二十世纪六十年代研制成功投入运行的，目前大型循环流化床锅炉在电站的运行越来越普遍。国内从二十世纪八十年代开始研制循环流化床锅炉，虽然起步相对于国外较晚，但进步很快。许多科研单位和大专院校研究和发展了各具特色的循环流化床锅炉，并且从试验室走向了工业应用。目前，30t/h～130t/h循环流化床锅炉的设计、制造、运行技术已经比较成熟，而且正朝着更大容量和更高参数的方向发展。许多建设单位把循环流化床锅炉作为新建锅炉房的首选炉型。

刘家峡化工总厂是一个原产10万吨/年合成氨、16万吨/年尿素的中型化工企业。1997年通过技术改造将生产能力提高到15万吨/年合成氨、25万吨/年尿素。化肥生产规模增大后，经全厂热平衡，蒸汽有较大的缺口，为保证工艺生产装置的长期、安全、平稳的运行，根据国家有关热电联产的能源政策，刘家峡化工总厂决定在原热电厂（3台35t/h次高压链条锅炉和1台6000KV背压汽轮发电机组）内扩建1台75t/h的次高压蒸汽锅炉和1台12000KW汽轮发电机组。经各方面比较后，最终确定选用无锡锅炉厂生产的型号为UG-75/5.3-M次高压循环流化床锅炉1台和武汉汽轮机厂生产的型号为C12-4.9/1.37的12000KW抽汽凝汽式汽轮发电机组1台。

锅炉扩建投产后，生产运行平稳，各项指标均达到了设计的预期要求，为刘家峡化工总厂工艺装置的扩能改造提供了稳定的热能保证。该项目的设计工作由我院完成，作为我院设计的第一台次高压循环流化床锅炉项目，有许多需要认识和值得总结的方面。本人参加了该锅炉扩建的烟风系统设计及设计代表工作，下面是本人通过该工程设计后对循环流化床锅炉的应用及其烟风系统设计的一些认识。

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二．循环流化床锅炉的原理

循环流化床燃烧是近四十年来发展起来的新型燃烧技术，是对传统层燃炉燃烧和煤粉炉燃烧的一个重大革新。利用这种燃烧技术的循环流化床锅炉，其燃烧特性介于层燃炉和煤粉炉之间，它既不象煤粉炉那样要把燃煤磨成细粉吹进炉膛呈悬浮态下燃烧，也不象层燃炉那样把燃煤铺在炉排上燃烧，而是把燃煤破碎成小颗粒（一般≤12mm，随锅炉制造厂家的不同而略有不同），送进床层中呈流化态燃烧，床层中积存有大量呈炽热状态的惰性物料（如灰份、砂粒等），在鼓风压头的作用下呈流化状态，加入的燃料只占床料的很少一部分，床层温度保持在固定碳的着火温度和灰渣开始变形温度之间，一般为850℃～950℃之间。由于床料提供了大量的热量，燃料的着火条件好，气固混合均匀，床中热质交换强烈。燃烬后的灰渣从炉膛底部排渣口排出，烟气中携带的未燃尽的飞灰通过炉膛后部设置的飞灰分离器，被分离出来，经返料器送入炉膛内循环燃烧，这样使得飞灰含碳量大为降低，提高了锅炉的燃烧效率。通过向燃料或炉内添加脱硫剂（如石灰石、粒径≤2mm）的方式能脱除燃煤中85%以上的硫份，降低了锅炉尾部烟道的腐蚀，减少建设地区的二氧化硫的排放量，减轻了烟气对大气环境的污染。

三．循环流化床锅炉及其分离器的类型和结构特点

1.分离器的类型和结构特点

循环流化床锅炉物料循环量的大小受燃烧粒度、燃烧成灰特性、燃烧室的风速、排灰系统的设置、分离器的分级分离效率、物料回送系统的性能、床料层厚度等诸多因素影响，同时也受回灰温度的制约。而其中分离器的分级分离效率是首要因素。因此分离器是循环流化床锅炉的至关重要的部件，锅炉结构与其有着直接的关系。其有以下四种主要类型。

（1）高温热旋风筒分离器（见图1）

国内以济南锅炉厂为代表，国外以德国的Lurgi公司和芬兰的Ahlstrom公司为代表。其入口烟温在850℃左右，优点是技术成熟，锅炉燃烧效率高；缺点是体积庞大，密封和膨胀系统复杂、内衬厚、耐火材料及砌筑要求高、耐火材料用量大、费用高、启动时间长、运行中易出现故障。在燃用可燃性较强的煤种时，旋风筒内温度可能比炉膛温度更高，易引起旋风筒内超温而结焦等。这样就使得分离器内防磨材料磨损及启动热膨胀问题不易解决，分离器前后膨胀节是长期运行的隐患，分离器内运行结焦不易控制。

（2）中、低温热旋风筒分离器

以德国Babcock公司为代表，分离器入口烟温在450～550℃，可使旋风筒尺寸减小、内衬减薄，解决高温旋风筒分离器的一系列问题，但因炉膛采用塔式布置，炉膛上部布置有过热器和高温省煤器等，为减少磨损，设计烟速较低，而炉膛

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下部又全部涂敷卫燃带，因而比其它炉型高、重许多。另外循环灰温度低，循环灰浓度低，使得燃烧效率比较低。炉膛上部过热器和高温省煤器磨损问题需采用国外的专利技术来解决，国内无法满足。

（3）水（汽）冷旋风筒分离器（见图2）

国内以东方锅炉厂为代表，国外以美国Foster Wheeler公司为代表。水（汽）冷旋风筒分离器可吸收一部分热量，分离器内物料温度不会上升，甚至略有下降，并较好地解决了旋风筒防磨问题。但是该旋风筒制造工艺复杂、生产成本高、维修不方便；不能取消分离器入口、出口的膨胀节，给运行带来隐患。

（4）异型（方型）水冷分离器（见图3）

国内以四川锅炉厂为代表，国外以芬兰的Ahlstrom公司为代表。该分离器是四周用膜式水冷壁组成方形分离器，但烟气入口段用水冷壁管弯制成圆弧形加速段，是一种非方非圆的结构。其解决了水（汽）冷旋风筒分离器制造成本高的问题，保留了高温水（汽）冷旋风筒分离器的所有优点，还取消了分离器入口、出口的膨胀节，彻底解决了膨胀、密封及分离器内结焦问题。缺点是燃用低灰份煤时，回灰温度低，锅炉燃烧效率下降。

以上四种分离器是目前循环流化床锅炉发展的主流，从技术先进性来看，异型（方型）水冷分离器技术具有明显的优势。在国内，四川锅炉厂、无锡锅炉厂、哈尔滨锅炉厂等都向中国专利拥有者－清华大学购买了该技术。

2．国内循环流化床锅炉的结构型式和特点

以75t/h次高压锅炉为例，国内循环流化床锅炉基本上可分为三种结构型式，如图4、5、6所示。

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