1、引言
    中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，清潔煤燃燒技術(shù)受到高度重視。自20世紀(jì)80年代初，開(kāi)展循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)了一批75t/h及以下容量等級(jí)的具有中國(guó)特色的廉價(jià)循環(huán)流化床鍋爐。國(guó)家經(jīng)貿(mào)委在20世紀(jì)90年代支持的國(guó)產(chǎn)75t/h循環(huán)流化床鍋爐完善化示范工程的完成標(biāo)志著該容量等級(jí)的循環(huán)流化床鍋爐完全商業(yè)化。接著又相繼開(kāi)發(fā)了一批130t/h容量等級(jí)的中壓或高壓循環(huán)流化床鍋爐，并成功地投入商業(yè)運(yùn)行。這些經(jīng)驗(yàn)的積累以及進(jìn)一步詳細(xì)研究為220t/h的研制及工程設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。大量引進(jìn)技術(shù)設(shè)備的實(shí)踐也為開(kāi)發(fā)220t/h循環(huán)流化床鍋爐提供了條件。在此條件下，清華大學(xué)和無(wú)錫鍋爐廠成功開(kāi)發(fā)了220t/h水冷方形分離器循環(huán)流化床鍋爐，于2001年底在山東威海熱電廠投入商業(yè)運(yùn)行。本文介紹該爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行的基本情況，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。     入口帶有加速段水冷方形分離器成功地應(yīng)用于75 t/h循環(huán)床鍋爐，得到國(guó)內(nèi)外同行的關(guān)注。該爐型的運(yùn)行顯示了良好的性能，并具備優(yōu)異的放大潛力。在工業(yè)規(guī)模的鍋爐上進(jìn)行了一系列詳細(xì)的測(cè)試，積累了大量經(jīng)驗(yàn)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上研究開(kāi)發(fā)了220t/h循環(huán)流化床鍋爐。該鍋爐是我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造、具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、性能先進(jìn)、容量最大的循環(huán)流化床鍋爐之一。
    根據(jù)威海熱電廠的具體情況，鍋爐采用次高溫次高壓參數(shù)、緊湊式設(shè)計(jì)，半露天布置。該220t/h水冷方形分離循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)煤種為當(dāng)?shù)厝剂�，工業(yè)分析見(jiàn)表1；技術(shù)規(guī)范和主要的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。燃燒室設(shè)計(jì)溫度為912℃。
    鍋爐采用單鍋筒橫置式自然循環(huán)，兀型布置，自爐前向后依次布置燃燒室、分離器、尾部煙道。鍋爐采用雙框架結(jié)構(gòu)，爐前向后計(jì)4排柱。外形尺寸為高×寬×深-43600mmx21400mmx20700 mm;鍋爐中心標(biāo)高39600mm；運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高8000mm；左右內(nèi)柱距離12800mm，前后柱距離20700mm。
    爐膛由膜式水冷壁構(gòu)成，截面積約55m2，燃燒室凈高約為30m，爐膛下部前后墻收縮成錐形爐底，前墻水冷壁延伸成水冷布風(fēng)板并與兩側(cè)水冷壁共同形成水冷風(fēng)室。燃燒室下部水冷壁是磨損可能發(fā)生的重要部位之一，焊有密度較大的銷(xiāo)釘，敷設(shè)較薄的高溫耐磨材料。實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐都證明它是既經(jīng)濟(jì)有效的防磨措施，又有利于水冷壁的利用率。爐膛出口布置兩個(gè)膜式水冷壁構(gòu)成的方形分離器，分離器前墻與燃燒室后墻共用，分離器入口加速段由燃燒室后墻彎制形成；分離器后墻同時(shí)作為尾部豎井的前包墻，該屏水冷壁向下收縮成料斗，向上的一部分直接引出吊掛，另一部分向前至燃燒室后墻向上，構(gòu)成分離器頂棚和出口煙道前墻；分離器兩側(cè)墻水冷壁向上延伸形成出口區(qū)側(cè)墻；分離器出口區(qū)汽冷頂棚至轉(zhuǎn)向室后墻向下作為尾部豎井后墻，與汽冷側(cè)包墻、分離器后墻一起圍成膜式壁包墻．分離器、轉(zhuǎn)向室與尾部包墻結(jié)合起來(lái)成為一體，避免使用膨脹節(jié)，既保持緊湊型布置，又保證良好的密封性能。
    省煤器之前的所有爐墻均為膜式壁吊掛結(jié)構(gòu)，鍋爐從水冷風(fēng)室到尾部包墻采用了膜式壁結(jié)構(gòu)，聯(lián)為一體，采用剛性平臺(tái)固定中心，鍋爐的膨脹、密封得到了很好的解決；省煤器之后為輕型護(hù)板爐墻，支撐結(jié)構(gòu)。
    燃燒室上部布置有三屏翼形墻蒸發(fā)受熱面和六屏翼形墻過(guò)熱器，作為高溫過(guò)熱器，充分利用了翼形墻受熱面吸熱量隨循環(huán)量和燃燒室溫度變化的特點(diǎn)，使得鍋爐負(fù)荷大范圍變動(dòng)時(shí)蒸汽參數(shù)保證達(dá)到額定值。低溫過(guò)熱器布置在尾部汽冷包墻內(nèi)。由于該爐為次高溫次高壓參數(shù)，因此過(guò)熱器相對(duì)于高溫高壓條件下較少，因此省煤器也位于汽冷包墻內(nèi)。若為高溫高壓參數(shù)，低溫過(guò)熱器和省煤器下移，在汽冷包墻內(nèi)增加末級(jí)過(guò)熱器。
    鍋爐燃燒所需空氣分別由一、二次風(fēng)機(jī)提供。一次風(fēng)經(jīng)預(yù)熱后，由左右兩側(cè)風(fēng)道引入水冷風(fēng)室中，流經(jīng)安裝在水冷布風(fēng)板上的風(fēng)帽進(jìn)入燃燒室，保證流化質(zhì)量和密相區(qū)的燃燒；二次風(fēng)經(jīng)預(yù)熱后位于燃燒室四周兩層二次風(fēng)口進(jìn)入爐膛，補(bǔ)充燃燒空氣并加強(qiáng)擾動(dòng)混合。燃料在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生的大量煙氣攜帶物料經(jīng)分離器的入口加速段加速進(jìn)入水冷方形分離器，煙氣和物料分離。分離的物料經(jīng)料斗、料腿、回灰閥再返回爐膛；煙氣自分離器的中心筒進(jìn)入分離器出口區(qū)，流經(jīng)轉(zhuǎn)向室、低溫過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器后排出。大渣由爐底水冷排渣管排渣。
    鍋爐給水經(jīng)省煤器加熱后進(jìn)入汽包；汽包內(nèi)的飽和水經(jīng)集中下降管、分配管分別進(jìn)入燃燒室水冷壁、水冷屏和分離器水冷壁下集箱，加熱蒸發(fā)后流入上集箱，然后進(jìn)入汽包；飽和蒸汽流經(jīng)頂棚管、后包墻管、側(cè)包墻管，進(jìn)入低溫過(guò)熱器入口集箱，由低溫過(guò)熱器加熱后進(jìn)入減溫器調(diào)節(jié)汽溫，然后經(jīng)布置在燃燒室頂部的高溫過(guò)熱器將蒸汽加熱到額定汽溫汽壓，進(jìn)入集汽箱至主汽閥和主蒸汽管道。
    分離器是循環(huán)流化鍋爐的核心部件之一，它直接影響循環(huán)流化床鍋爐的性能。由膜式水冷壁組成當(dāng)量直徑為5400mm的方形分離器，與爐膛組成一個(gè)整體。分離器膜式壁的磨損是一個(gè)需要著重考慮的問(wèn)題。借鑒國(guó)外水冷圓形旋風(fēng)筒成功的防磨經(jīng)驗(yàn)，采用壁面密焊銷(xiāo)釘涂一層很薄的耐磨澆注料的方法，由于較薄并受冷卻，具有更強(qiáng)的防磨性能。在捕集物料的同時(shí)對(duì)物料冷卻，保證回灰不發(fā)生結(jié)焦。
    采用了水冷風(fēng)室及水冷布風(fēng)板，床下點(diǎn)火；而較薄的防磨內(nèi)襯對(duì)鍋爐的啟動(dòng)要求較低，可以快速啟動(dòng)，節(jié)約啟動(dòng)用油；負(fù)荷變化速度不再受耐火材料的穩(wěn)定性限制。
    返料裝置是循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵部件之一。返料裝置由灰斗、料腿、U型閥構(gòu)成。根據(jù)分離器的設(shè)置，采用兩套返料裝置。料腿為圓柱形，懸吊在水冷灰斗上。自平衡U型閥是一高流率小風(fēng)量自平衡回灰閥，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、安全可靠。回灰閥的松動(dòng)風(fēng)取自高壓風(fēng)機(jī)。
    尾部煙道自上而下依次布置低溫過(guò)熱器、省煤器、=次風(fēng)空預(yù)器和一次風(fēng)空預(yù)器。低溫過(guò)熱器為光管順列布置；省煤器分兩組錯(cuò)列布置；空氣預(yù)熱器為臥式管式。
3、初步運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)
啟動(dòng)油槍加熱床料，約100 min后，床料加熱到450℃以上，即可開(kāi)始少量給煤；根據(jù)床溫的變化速度和排煙氧氣含量判斷是否著火。煤著火燃燒后床料從整體的暗紅色逐漸轉(zhuǎn)向亮紅色。床溫開(kāi)始明顯上升后，迅速調(diào)整風(fēng)量和給煤量，維持床溫為900℃左右，此時(shí)主蒸汽壓力和溫度也接近額定參數(shù)。當(dāng)主蒸汽溫度和壓力達(dá)到汽輪機(jī)的要求后并汽。逐漸增大給煤量，提高鍋爐負(fù)荷。啟動(dòng)過(guò)程中燃燒室的溫度與啟動(dòng)時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖2。冷態(tài)啟動(dòng)到滿(mǎn)負(fù)荷的時(shí)間約為3～4 h。床溫升溫速率平均為8℃/min，最大為24℃/min。
    帶到需要的負(fù)荷后，運(yùn)行穩(wěn)定，各主要參數(shù)見(jiàn)表2，運(yùn)行燃料見(jiàn)表1。負(fù)荷根據(jù)供熱情況變化，按給水溫度修正后見(jiàn)圖3。鍋爐出力穩(wěn)定，有20%的超負(fù)荷能力。
    鍋爐密封性能好，沒(méi)有泄漏�；鼗伊鲿常�分離器水冷受熱面的吸熱使回灰溫度明顯下降，回灰溫度比分離器進(jìn)口溫度低，一般為40℃左右，見(jiàn)圖4。分離器、料腿、返料裝置從未出現(xiàn)高溫結(jié)焦現(xiàn)象。燃燒室上下溫度均勻，典型的主循環(huán)回路溫度見(jiàn)圖5。從主循環(huán)回路的溫度分布以及負(fù)荷情況來(lái)看，該爐循環(huán)量較大。
    該爐的燃燒效率比較高，飛灰含碳量為6%~10%；底渣及靜電除塵器3個(gè)電場(chǎng)飛灰的燒失量見(jiàn)圖6。與其他技術(shù)的循環(huán)流化床鍋爐相比，這一結(jié)果是比較理想的。
    主循環(huán)回路工作穩(wěn)定、可靠，為鍋爐長(zhǎng)期安全連續(xù)運(yùn)行提供保證。為了解主循環(huán)回路的性能，對(duì)底渣、循環(huán)灰、飛灰粒徑進(jìn)行取樣篩分，其分布見(jiàn)圖7。這些粒度分布情況與其他等當(dāng)量直徑圓形旋風(fēng)筒的循環(huán)流化床鍋爐燃燒相近煤種的情況是完全一致的。這也表明當(dāng)量直徑為5400mm的方形分離器的分離效果能夠滿(mǎn)足循環(huán)流化床鍋爐的需要。
    220t/h水冷方形分離循環(huán)流化床鍋爐于2001年11月19日一次點(diǎn)火成功，12月1日正式投入商業(yè)運(yùn)行。截至2002年7月15日，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間己逾5200h。該爐的蒸發(fā)受熱面設(shè)計(jì)裕量偏大，減溫水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉不嚴(yán)，使低負(fù)荷主蒸汽溫度偏低。尾部對(duì)流受熱面煙氣流速偏低，積灰嚴(yán)重加大了這一趨勢(shì)。圖8為不同負(fù)荷下的主蒸汽溫度，在低負(fù)荷下低于額定值。因此，在下一臺(tái)鍋爐上取消了爐膛中的水冷屏，改為過(guò)熱屏。
    我國(guó)的220t/h循環(huán)流化床鍋爐的調(diào)試期一般較長(zhǎng)，多為3～6個(gè)月。但該爐由于技術(shù)比較成熟，設(shè)計(jì)比較仔細(xì)，安裝質(zhì)量較好，調(diào)試期非常短，僅為12天，隨即投入商業(yè)運(yùn)行。良好的分離性能和優(yōu)越的密封性能，使之迅速達(dá)到較高的可用率，用戶(hù)對(duì)此非常滿(mǎn)意。
    經(jīng)過(guò)7個(gè)月的運(yùn)行，停爐檢查發(fā)現(xiàn)受熱面的表面沒(méi)有任何磨損，還有一定的積灰。分離器的耐火材料表面完好如初。
4、結(jié)論
    (1)該鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，鋼材和耐火材料消耗量低。
    (2)密封性好，啟動(dòng)迅速。
    (3)運(yùn)行安全穩(wěn)定可靠，可用率高。
    (4)鍋爐熱效率較高，可滿(mǎn)足電力行業(yè)的要求，富通新能源不但生產(chǎn)銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，而且還大量銷(xiāo)售木屑顆粒機(jī)壓制的楊木木屑生物質(zhì)顆粒燃料，生物質(zhì)顆粒燃料主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。