1、前言
    循環(huán)流化床燃燒技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用日趨廣泛，具有很好的發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)主要鍋爐制造廠（如上海鍋爐廠有限公司等）引進(jìn)了國(guó)外循環(huán)流化床技術(shù)，鍋爐的性能計(jì)算采用引進(jìn)的程序，其它鍋爐廠采用國(guó)內(nèi)研究所或大學(xué)開發(fā)的程序做性能計(jì)算。有關(guān)循環(huán)流化床鍋爐的傳熱計(jì)算都是采用經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)，具體的方法很少公開報(bào)道。
    中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所長(zhǎng)期從事循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)的研究開發(fā)工作。采用工程熱物理研究所技術(shù)、由無錫華光鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)制造的220t/h循環(huán)流化床鍋爐于2004年2月28日在河南洛陽華潤(rùn)熱電有限公司投入商業(yè)運(yùn)行。2004年11月29日～2004年12月1日，上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所火電設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心對(duì)鍋爐進(jìn)行了產(chǎn)品性能測(cè)試，分別進(jìn)行了50%、75%、100%、110%鍋爐負(fù)荷的性能考核，并著重在100%負(fù)荷下進(jìn)行了鍋爐效率運(yùn)行考核。本文作者對(duì)此次測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得出了一些規(guī)律性的結(jié)果，現(xiàn)將鍋爐熱力分析的主要結(jié)果在本文中發(fā)表，供從事循環(huán)流化床燃燒技術(shù)工作的科技工作者參考，富通新能源銷售生物質(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。
2、220 t/h鍋爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
2.1鍋爐的主要性能設(shè)計(jì)參數(shù)
    鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒方式，布置有4個(gè)渦殼式汽冷旋風(fēng)分離器，爐膛前墻下部有4點(diǎn)給煤，布風(fēng)板上有3點(diǎn)排渣，其中2根接入滾筒式排渣機(jī)。鍋爐爐膛內(nèi)布置有4片蒸汽屏和2片水冷蒸發(fā)屏，底部布置有防漏渣內(nèi)嵌逆流柱型風(fēng)帽。高溫過熱器、低溫過熱器、三級(jí)膜式省煤器和空氣預(yù)熱器依次布置在尾部豎井煙道之中。鍋爐總體布置見圖1。
3、鍋爐熱效率的測(cè)定
    在鍋爐性能測(cè)試中使用的煤來自山西晉城，元素分析和工業(yè)分析見表2。鍋爐熱效率測(cè)試數(shù)據(jù)匯總于表3。
    由表3得知飛灰的含碳量較高，鍋爐效率也達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，超過了鍋爐熱效率保證值。同樣的鍋爐產(chǎn)品在南京協(xié)鑫熱電有限公司和河南焦作煤業(yè)集團(tuán)馮營(yíng)電力有限責(zé)任公司也已投運(yùn)，鍋爐燃用混煤時(shí)飛灰含碳量?jī)H為1%～4%。
4、鍋爐運(yùn)行
    鍋爐測(cè)試時(shí)進(jìn)行了2個(gè)4h滿負(fù)荷性能考核試驗(yàn)，期間的煙氣溫度和蒸汽、給水流量曲線如圖2、圖3所示。
    由于采用了汽冷旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)，分離器有效地吸收了循環(huán)物料后燃放出的熱量，使得整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的煙氣溫度基本上一致。由圖2可見，鍋爐的燃燒溫度控制在950℃左右，有效地降低了飛灰含碳量，保證了鍋爐具有較高的燃燒效率。
    由于鍋爐燃燒性能穩(wěn)定，使得鍋爐的汽水流量也較為穩(wěn)定（見圖3）。循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明如果鍋爐的加煤和排渣穩(wěn)定，鍋爐的燃燒和汽水參數(shù)的穩(wěn)定性就能得到有效地保證。
5、氣固分離器的性能分析
    這臺(tái)鍋爐迄今已運(yùn)行了一年多，尾部煙道受熱面沒有磨損，卻嚴(yán)重積灰，導(dǎo)致調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度的減溫水流量接近0，主要原因是旋風(fēng)分離器的氣固分離效率較高。
    一般經(jīng)驗(yàn)判斷分離器效率的主要指標(biāo)是飛灰的粒度分布。這臺(tái)鍋爐的飛灰粒度分布見圖4.50%的切割粒徑dso為24um，90%的切割粒徑d90僅為65um�？梢娺@臺(tái)鍋爐的氣固分離器的分離效率非常高。
    這臺(tái)鍋爐的運(yùn)行結(jié)果再次證實(shí)：循環(huán)流化床鍋爐能夠在30%～100%之間的負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒，在40%負(fù)荷時(shí)就能夠保證額定的過熱蒸汽參數(shù)。主要原因是旋風(fēng)分離器的分離效率在很寬的負(fù)荷范圍內(nèi)能夠保持在很高的水平。根據(jù)爐膛上部稀相區(qū)煙氣差壓值估計(jì)出不同負(fù)荷下的分離效率（見圖5）。由圖5知，當(dāng)煙氣進(jìn)口速度為19m／s～24 m／s時(shí)，分離效率都在99%以上。
6、鍋爐水冷壁及過熱蒸汽器屏傳熱系數(shù)
    根據(jù)這臺(tái)鍋爐的測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算了不同負(fù)荷下膜式水冷壁和過熱蒸汽屏的傳熱系數(shù)，結(jié)果見圖6（面積為投影面積）。圖6中將不同負(fù)荷轉(zhuǎn)變?yōu)闋t膛上部的煙氣速度。值得注意的是，過熱蒸汽屏的傳熱系數(shù)比膜式水冷壁的要大15W／(m2．℃)左右，原因是貼近水冷壁有大量的下降物料，使?fàn)t膛與水冷壁之間的傳熱熱阻增加，而過熱蒸汽屏靠近爐膛的中部，物料下降流減少，熱阻降低。
7、膜式省煤器的傳熱系數(shù)
    在尾部受熱面的設(shè)計(jì)計(jì)算中，參照前蘇聯(lián)1973年的鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)130t/h循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行結(jié)果加以修正。
    省煤器采用膜式錯(cuò)排結(jié)構(gòu)，積灰不嚴(yán)重，這是鍋爐的排煙溫度始終控制在130℃以下的原因。根據(jù)不同負(fù)荷下的省煤器進(jìn)口、出口水溫和煙氣溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算出傳熱系數(shù)（受熱面積采用全面積計(jì)算而不打任何折扣），見圖7。
8、結(jié)論
    采用國(guó)內(nèi)自主技術(shù)的220t／h循環(huán)流化床鍋爐順利投入商業(yè)運(yùn)行，燃用山西晉城無煙煤的鍋爐熱效率達(dá)到了91.22%。介紹了鍋爐基本結(jié)構(gòu)，總結(jié)了鍋爐在不同工況下的分離器分離效率，給出了爐膛、汽冷屏、膜式省煙器的傳熱系數(shù)，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)有參考價(jià)值，富通新能源不但生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，而且還大量銷售生物質(zhì)鍋爐燃燒專用的生物質(zhì)顆粒燃料。