循環(huán)流化床鍋爐是使用循環(huán)流化床清潔燃燒技術的一種高效節(jié)能、低污染產品，其主要特點是:

　　(1)鍋爐爐膛內含有大量的物料，這些物料循 環(huán)帶來了高傳熱系數，使鍋爐熱負荷調節(jié)范圍廣，對燃料的適應性強，能夠改善鍋爐燃燒的能源結構。

　　(2)循環(huán)流化床鍋爐運行溫度常在870——910℃ ，這是個理想的脫硫脫硝溫度區(qū)間，可以使脫硫效率達到96%左右，爐內脫硫后SO2的排放量可以達到100mg/m3 ( 標態(tài)) 以下。同時循環(huán)流化床采用低溫分級送風燃燒，使燃燒始終在低溫低過量空氣系數下進行，大大降低了NOx的生成和排放，采用低溫燃燒分級送風后鍋爐本身的NOx排放量可以達到100mg/m3(標態(tài))以下，實現(xiàn)了環(huán)保節(jié)能和諧并存，這是其他爐型無法實現(xiàn)的。

　　(3)循環(huán)流化床鍋爐具有高燃燒效率、可以燃用劣質燃料、灰渣易于綜合利用等優(yōu)點，因此在世界范圍內得到了迅速發(fā)展。隨著環(huán)保要求日益嚴格，循環(huán)流化床鍋爐成為目前最實用和可行的高效低污染燃煤設備之一。

　　下面以一臺160t/h的次高溫次高壓節(jié)能環(huán)保型循環(huán)流化床鍋爐為例，簡單介紹該種鍋爐的開發(fā)設計。

　　1 鍋爐概況

　　1.1 主要設計參數

　　1.2 設計燃料

　　(1)設計煤質：AⅡ，燃料特性如下：

　　(2)煤的粒徑范圍：0——13mm，50%切割粒徑d50=1.5 mm，小于200μm的份額不大于10%，粒度大于13mm的不大于10%。

　　1.3 脫硫劑

　　脫硫劑為石灰石，成分見表1

　　該臺鍋爐創(chuàng)造性地在二次風管內設置了獨立的石灰石接口，通過氣力輸送設備噴入爐膛進行脫硫， 并控制脫硫時的溫度場，即流化床燃燒溫度一般應控制在870——910℃ 。石灰石的粒度范圍在0——2mm，50%切割粒徑d50=250μm，入爐粒徑級應滿足表 2 的要求。

　　1.4 鍋爐基本尺寸

　　1.5 理論計算風量、風壓

　　理論計算風量、風壓見表3。

　　1.6 鍋爐結構簡介

　　該鍋爐為單鍋筒橫置式，單爐膛、自然循環(huán)、懸吊結構，全鋼架π型布置 ，集中下降管。運轉層設置在8m標高，操作層5,4m設置鋼平臺。如圖1所示。

　　鍋爐燃燒系統(tǒng)主要由爐膛、絕熱旋風分離器、自平衡回料閥和尾部對流煙道組成。爐膛采用全膜式水冷壁，鍋爐中部是絕熱旋風分離器，尾部豎井煙道布置兩級三組對流過熱器，過熱器下方布置兩組光管省煤器，省煤器下部布置一二次風各三組空氣預熱器，同時在爐膛上部沿爐膛高度在爐膛前側設置有屏式蒸發(fā)受熱面，使鍋爐負荷大范圍變動時蒸汽參數保持穩(wěn)定，改善爐膛溫度場的均勻性，提高鍋爐的低負荷運行能力。

　　鍋爐的給水經過水平布置的兩組光管省煤器加熱后由導水管進入鍋筒。合格的飽和蒸汽從鍋筒頂部的蒸汽連接管引至吊掛上集箱、吊掛管束、過熱器管系、高溫過熱器出口集箱，最后引向汽輪機。

　　2 鍋爐設計特點及主要構成介紹

　　2.1 設計特點

　　該鍋爐設計按照“定態(tài)設計、圖譜指導、流態(tài)重 構”的理論指導，通過“物料平衡、顆粒級分、低床壓貧氧運行”的措施，達到“節(jié)能高效、低硫低氮”的效果。

　　該鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒方式，固體物料 (灰、未燃盡碳)在整個循環(huán)回路內反復循環(huán)燃燒， 提高燃料的燃盡率及鍋爐熱效率。

　　該鍋爐采用獨創(chuàng)的脫硫脫氮技術，實現(xiàn)鍋爐的低排放目標：鍋爐根據噴射和擴散混合的原理，在二次風風管內設置了獨立的石灰石接管，通過氣力輸送設備提供的高動力，把石灰石高速噴入爐膛進行脫硫，加強了石灰石和燃料的混合擾動效果，提高了脫硫效率及石灰石的利用率，在不投入其他額外設備的情況下保證鍋爐的SO2初始排放在100mg/m3(標態(tài))以下。通過調整鍋爐一次風比例，控制鍋爐的過量空氣系數達到貧氧燃燒;在保證鍋爐循環(huán)燃燒的情況下，創(chuàng)造性地通過在鍋爐返料灰中加入冷 灰的方法，調節(jié)鍋爐爐膛燃燒溫度，保證鍋爐爐膛的低溫均勻，為鍋爐的低氮排放提供了充分條件;僅通過鍋爐本身的燃燒調整保證鍋爐的NOx初始排放在100mg/m3(標態(tài))以下。相比其他的循環(huán)流化床鍋爐需要配備額外脫硝脫硫設備，并且這些設備運行和維護費用很高，通過開發(fā)利用該鍋爐具有自身特色結構，通過燃燒調整，達到了國家要求的環(huán)保指標，實現(xiàn)鍋爐節(jié)能低氮環(huán)保目的。

　　2.2 鍋爐主要構成介紹

　　2.2.1 主要設計特點

　　鍋筒、鍋筒內部設備及附屬部件

　　(1)鍋筒：鍋筒內徑直徑1600mm，厚度為46mm，筒身長約9400mm，全長約11360mm，兩端采用球形封頭，材料為Q345R。

　　(2)鍋筒內部設備：鍋筒內采用單段蒸發(fā)系統(tǒng)， 布置有旋風分離器、清洗孔板和頂部百葉窗等內部設備，它們的作用在于充分分離汽水混合物中的水， 并清洗蒸汽中的鹽，平衡鍋筒蒸汽負荷，以保證蒸汽品質。

　　(3)附屬部件：鍋筒上還設計有加藥管、緊急放水管、連續(xù)排污管等管座。鍋筒采用兩個U型吊架，將鍋筒懸吊在頂板梁上，吊點對稱布置在鍋筒兩端，鍋筒可向兩端自由膨脹。

　　2.2.2 水冷系統(tǒng)

　　(1)爐膛水冷壁

　　根據定態(tài)設計理論的原則，考慮到合理的爐膛 流化速度，爐膛截面尺寸設計為8610mm×4530mm ，呈長方形結構，爐膛設計流速控制在5m/s以下，以提高燃料的一次燃盡率。同時在爐膛的中前上部布置有屏式蒸發(fā)受熱面。沿爐膛水冷壁高度方向上布置剛性梁(含三層止晃導向裝置)，以增加整個爐膛的剛性和抵抗爐內正壓燃燒引起的水冷壁變形。主燃燒室工作溫度870——910℃，由于煙氣攜帶大量循環(huán)物料，其熱容量很大，故整個爐膛溫度較均勻，利于燃料和石灰石的混合，兼顧低氮燃燒，降低污染物排放。

　　鍋爐前后水冷壁下部密相區(qū)處管子與垂直線成一定夾角收縮，形成上大下小錐體。錐體底部是水冷布風板組成水冷流化床，布風板上布置低阻力、不倒灰鐘罩式風帽，保證鍋爐的低床壓運行，實現(xiàn)節(jié)能目的。

　　爐膛中、上部，爐膛截面尺寸為8610mm×4530 mm。采用讓管及敷設耐磨澆筑料的方法防磨。

　　鍋爐爐膛風帽、爐膛截面、爐膛讓管的結構設計 考慮了運行時低床壓、低流速、低磨損，為鍋爐低耗電創(chuàng)造了物質基礎。鍋爐的低床壓配合高穿透力的二次風，達到最低的過量空氣系數、合適的爐膛燃燒溫度，為鍋爐的低氮燃燒創(chuàng)造了條件。氣力輸送的脫硫劑，加強了燃料和脫硫劑的充分混合，配合冷灰調節(jié)爐膛燃燒溫度，為鍋爐的低硫、低氮、達標排放創(chuàng)造了條件。

　　(2)固定裝置及其他

　　水冷壁全部重量都通過吊桿裝置懸吊在頂板上。水冷屏則通過其出口集箱上吊桿懸吊在頂板上。為了運行和檢修的需要，水冷壁上在不同高度設置了人孔、看火孔、溫度測點、壓力測點，水冷壁頂部設置了檢修繩孔。

　　2.2.3 過熱器系統(tǒng)及汽溫調節(jié)

　　鍋爐采用懸掛管吊掛形式，在尾部煙道布置有對流過熱器并配一級噴水減溫器的過熱器系統(tǒng)。其 中，高溫過熱器位于尾部煙道的最上部，雙管圈光管 水平順列布置;低溫過熱器位于高溫過熱器下部，共有二級，雙管圈光管水平順列布置;在低溫過熱器與高溫過熱器之間設置有一級給水噴水減溫器進行氣溫調節(jié)。這種布置方式，煙氣流動均勻，減少煙氣渦流產生額外能量消耗.

　　2.2.4 省煤器

　　省煤器布置在低溫過熱器之后，共有兩級，單管圈水平錯列、逆流布置。采用雙側進水、雙側出水， 最大限度地降低水泵的電耗。省煤器通風梁支撐梁結構獨立支撐在尾部護板的框架上。

　　2.2.5 空氣預熱器

　　在省煤器后布置有三級空氣預熱器，管束臥式順列布置，一次風和二次風管箱分別交錯并列平行布置。一二次風空氣預熱器分上、中、下三個管箱，僅最末一級空預器管箱管子采用直徑50mm ×2mm的耐腐蝕的10CrNiCuP(考登管)?？諝忸A熱器的支撐通過箱形梁將其重量傳遞至鍋爐尾部鋼架上。

　　2.2.6 燃燒系統(tǒng)設備

　　燃燒系統(tǒng)設備主要有給煤裝置、布風裝置、排渣

　　裝置、二次風裝置、床下點火燃燒器等。爐膛前墻布置3個耐壓稱重式密閉皮帶(或鏈式)給煤機，以滿足爐膛微正壓燃燒的需要。布風板上均勻布置鐘罩式風帽。

　　經過空預器預熱的二次風由爐膛前墻、后墻分兩層分別送入爐膛下部空間內以強化燃燒和供氧。

　　2.2.7 石灰石脫硫裝置

　　該鍋爐創(chuàng)造性地在二次風管上設置了獨立的石灰石接口。為了達到低硫排放標準，石灰石的粒徑一般控制在0——2mm，同時控制流化床燃燒溫度(一般應控制在870——910℃)。石灰石宜通過倉泵等設備單獨由氣力輸送系統(tǒng)噴進爐膛，燃料及脫硫劑經多次循環(huán)，反復進行低溫燃燒和脫硫反應，加之爐內湍流運動劇烈，Ca/S摩爾比為2——2.2時，可以使脫硫效率達到96%以上，SO2 的排放量經過爐內脫硫即達到100mg/m3(標態(tài))以下。

　　2.2.8 鍋爐脫硝系統(tǒng)

　　通過燃燒調整降低NOx排放主要有兩種措施：一是控制燃燒過程中氧量的供給，從根本上抑制NOx的產生：二是采用合適的爐膛溫度，降低熱力型NOx的產生。

　　該鍋爐采用低溫分級送風的爐內低氮燃燒技術，在確保一次風滿足床料流化需要的前提下，合理地將二次風管噴嘴沿爐膛高度方向分兩層分別送入爐膛下部空間內。運行中通過調節(jié)一二次風的風量及上下級二次風的風量來控制燃燒，可以使燃燒始終在低過量空氣下進行，從而大大降低了 NOx的生成;同時通過返料裝置上設計的冷灰入口，通過爐外冷灰的量控制爐膛溫度在870——910 ℃(這個溫度主要兼顧SOx的排放)，經過以上措施，在鍋爐額定負荷下，氮氧化合物排放一般能夠達到100mg/m3甚至70mg/m3以下。

　　由于爐內低氮燃燒技術的局限性，對于燃煤鍋爐，采用改進燃燒技術可以達到一定的NOx效果，但滿足國家將來的超低排放標準還有一定的差距。為了進一步降低NOx的排放，必須對燃燒后的煙氣進行脫硝處理。因此，鍋爐在設計時考慮了包括選擇性非催化還原法(SNCR)和選擇性催化還原法(SCR)、SNCR/SCR混合法工藝等接口和空間，以供用戶選擇。

　　2.2.9 分離返料系統(tǒng)

　　分離器是循環(huán)流化床鍋爐的核心組成部件，該鍋爐采用高效絕熱式旋風分離器技術，在爐膛出口并列布置兩只絕熱式旋風分離器，采用中心筒偏置方式及進口煙道下傾式結構，這樣既結構簡單，分離效率又高。

　　絕熱旋風分離器與爐膛岀煙口之間、旋風分離器的返料裝置與爐膛之間、絕熱旋風分離器與分離器岀煙口之間分別裝有非金屬膨脹節(jié)，以補償其脹差。

　　每個絕熱旋風分離器料腿的下部均裝有一個小風量、低壓頭、高流率的自平衡返料系統(tǒng)，以使物料順暢地返回爐膛。

　　3 結束語

　　該鍋爐已經在河南某地投入運行，在鍋爐負荷165 t/h工況下，鍋爐爐膛溫度為885℃，鍋爐排煙溫度約為132℃，過量空氣系數為1.25，尤其是SOx的監(jiān)測排放量為82mg/m3(標態(tài))，NO 的監(jiān)測排放量為65mg/m3(標態(tài))，達到國家標準要求的100mg/m3(標態(tài))以下，而鍋爐系統(tǒng)的自耗電低到了每噸汽9.4度，環(huán)保及節(jié)能效果明顯。鍋爐其他各項參數也達到了設計要求，鍋爐運行狀況良好，說明在設計上比較成功，尤其是鍋爐的低阻力風帽設計，相對較大的床面積及爐膛截面積設計，從結構上保證了鍋爐的低能耗; 鍋爐的低床壓運行，較低的一次風供給量和較高二次風流速，配合爐膛內的水冷屏設計及冷灰調溫的理念，使鍋爐運行達到了合適的爐膛溫度，保證了鍋爐較低污染物排放，為下一代節(jié)能環(huán)保型的循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)設計提供一個有益借鑒。