1、前言
中國科學(xué)院工程熱物理研究所長期從事循環(huán)流化床鍋爐的研究和開發(fā)，1 991年開始與無錫華光鍋爐股份有限公司合作開發(fā)75t／h循環(huán)流化床鍋爐，并實現(xiàn)了批量生產(chǎn)。2002年開始了130～480t／h等級的循環(huán)流床鍋爐的合作開發(fā)。本文將介紹由兩家共同開發(fā)的150t／h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計原則、技術(shù)特點和鍋爐的運行情況，富通新能源銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
木屑顆粒機壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
2、150t／h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐
2.1 鍋爐設(shè)計參數(shù)、總體性能及布置
2.1.1 鍋爐的基本性能參數(shù)
額定蒸發(fā)量 150t／h
額定蒸汽壓力 9. 82MPa
額定蒸汽溫度 540℃
給水溫度 215℃
一次熱風(fēng)溫度 201℃
二次熱風(fēng)溫度 207℃
冷風(fēng)溫度 20'c
排煙溫度 132℃
鍋爐效率 90. 44%
2.1.2 鍋爐燃用煤種
鍋爐燃用煤種為山東淄博貧煤，元素分析如下：
收到基碳 46.55%
收到基氫 3.06%
收到基氧 6.11%
收到基氮 0.86%
收到基硫 1.94%
收到基灰分 32. 48%
收到基水分 9. 00%
干燥無灰基揮發(fā)分 18. 50%
收到基低位發(fā)熱量 4233 kcal／kg
2.1.3 鍋爐的整體布置
鍋爐采用高溫高壓蒸汽參數(shù)、單汽包自然循環(huán)、2根集中下降管、平衡通風(fēng)、汽冷旋風(fēng)分離器、兩級噴水調(diào)節(jié)汽溫和常規(guī)過熱器包墻的結(jié)構(gòu)。圖1為該鍋爐簡圖。
鍋爐采用支吊結(jié)合的固定方式，運轉(zhuǎn)層標(biāo)高為7000mm。三個給煤口位于爐膛前墻水冷壁下部，三個排渣口位于爐膛底部布風(fēng)板上，其中的兩個排渣口與滾筒式排渣機連接。
鍋爐采用了一個汽冷渦殼式高效旋風(fēng)分離器，它位于爐膛出口和尾部豎井煙道之間，旋風(fēng)分離器筒體采用整體膜式汽冷壁結(jié)構(gòu)，管內(nèi)流動介質(zhì)為鍋筒出來的飽和蒸汽。旋風(fēng)分離器下的一個返料器將旋風(fēng)分離器分離的物料送回爐膛。返料器的流化風(fēng)由羅茨風(fēng)機提供。
鍋爐采用床下點火啟動方式，兩只床下燃燒器布置在一次風(fēng)箱的后墻。燃燒器由油槍、高能點火器組成。
鍋爐整體呈左右對稱布置，支吊在鍋爐鋼架上。
鍋爐基本尺寸：
鍋筒中心標(biāo)高 36.7m
鍋爐運轉(zhuǎn)層標(biāo)高 7.Om
鍋爐左、右柱中心寬度 9.4m
鍋爐前、后柱中心深度 21.3m
爐頂大板梁標(biāo)高 41.Om
2.2 鍋爐技術(shù)特點
2.2.1 鍋爐爐膛
爐膛水冷壁采用膜式壁結(jié)構(gòu)，水冷壁管的規(guī)格為∮60×5mm，節(jié)距為80mm，懸吊于鋼架的頂部橫梁上。水冷壁由兩根集中下降管供水，由連接管與前墻、后墻和側(cè)墻下集箱連接，水冷壁上集箱經(jīng)汽水引出管與鍋筒連接，其中前墻水冷壁和后墻水冷壁進(jìn)入一個匯集集箱。
爐膛下部是密相區(qū)，前后墻在底部向中間收縮，形成水冷布風(fēng)板和水冷風(fēng)室。水冷布風(fēng)板的管規(guī)格是∮60×5mm，管節(jié)距為160mm。為防止水冷壁磨損，爐膛下部四周水冷壁和布風(fēng)板上均敷設(shè)耐磨可塑料，從管中心到耐磨可塑料壁面的厚度為80mm。爐膛上部靠近前墻布置了三片汽冷屏，在屏的下部也進(jìn)行了防磨處理，采用密焊銷釘和敷設(shè)耐磨可塑料。
為保證鍋爐長期連續(xù)運行的可靠性，放渣管采用了水冷結(jié)構(gòu)，冷卻水接入了鍋爐的自然循環(huán)水系統(tǒng)中。
2.2.2 旋風(fēng)分離器
鍋爐采用了渦殼進(jìn)口型式的汽冷旋風(fēng)分離器，采用了比較低的煙氣進(jìn)口速度，使煙氣阻力減小，分離效率達(dá)到非常高的水平。汽冷旋風(fēng)分離器由上、下環(huán)形集箱和膜式壁管組成，它是過熱器的一部分。采用汽冷旋風(fēng)分離器具有如下優(yōu)點：
(1)分離器內(nèi)襯的耐火防磨層厚度比較小，管子外側(cè)則采用輕型保溫結(jié)構(gòu)，所以熱慣性小，鍋爐啟停和變負(fù)荷速率較快，分離器的整體重量大幅度減少，簡化了整體支吊結(jié)構(gòu)。
(2)內(nèi)壁采用很薄的高性能耐火防磨層，具有良好的導(dǎo)熱性能，材料不易損壞、不易開裂和脫落，大大減輕了鍋爐維修量。采用汽冷分離器的某130t]h循環(huán)流化床鍋爐至今己運行4年，其汽冷旋風(fēng)分離器內(nèi)的耐磨層沒有維修過，比絕熱旋風(fēng)分離器有很強的優(yōu)勢。
(3)旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣湍流強烈，后燃現(xiàn)象不可避免，汽冷旋風(fēng)分離器的吸熱可有效降低旋風(fēng)分離器和返料器內(nèi)的溫度。
2.2.3 尾部煙道
高溫過熱器和低溫過熱器均為純對流型、順列逆流布置，均采用二管圈布置。高溫過熱器材料為12CrlMoV，最上一排管圈采用鋼研102。低溫過熱器下級材料為20G，上級材料采用了15CrMo材料。高溫過熱器和低溫過熱器由省煤器懸吊管支吊。整個過熱器部分的煙道采用了過熱器包墻，密封性非常好。
省煤器布置在低溫過熱器下部區(qū)域，由省煤器管夾支吊。整個省煤器分成三個管組，均采用膜式壁結(jié)構(gòu)、單管圈繞制、錯列布置。省煤器的進(jìn)出口聯(lián)箱全部布置在煙道里面，避免了由省煤器管的穿墻帶來的漏風(fēng)現(xiàn)象。
空氣預(yù)熱器采用臥式結(jié)構(gòu)，分為三流程，順排布置。煙氣在管間縱向流動，空氣在管內(nèi)流動。一、二次風(fēng)的冷風(fēng)風(fēng)道分別從爐后方向引入，熱風(fēng)風(fēng)道從爐前方向引出。
2.2.4 可靠的膨脹密封設(shè)計
由于循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)存有大量的循環(huán)灰，尾部煙道內(nèi)的負(fù)壓較高，因而鍋爐的膨脹和密封設(shè)計顯得尤為重要，具體的設(shè)計原則如下：
(1)鍋爐深度方向上的膨脹零點分別設(shè)置在爐膛后墻水冷壁管的中心線、分離器的中心線和尾部煙道的中心線上，寬度方向上的膨脹零點設(shè)置在爐膛中心線上。垂直方向上的膨脹零點都設(shè)在鍋爐頂部。
(2)旋風(fēng)分離器與爐膛、回料器、尾部煙道之間均采用了非金屬膨脹節(jié)，既消除了膨脹差產(chǎn)生的位移，又嚴(yán)格保證了密封。
(3)爐膛水冷壁、汽冷旋風(fēng)分離器和尾部過熱器煙道包墻均為膜式壁結(jié)構(gòu)，具有良好的密封性。水冷壁和過熱器包墻四周外側(cè)沿高度方向設(shè)置剛性梁，以增加水冷壁剛度和承受爐內(nèi)壓力的波動能力。省煤器的進(jìn)出口聯(lián)箱布置在煙道里面，爐墻的密封結(jié)構(gòu)得到簡化，也減少了煙氣泄漏。
(4)鍋爐的給煤管和二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)管上均設(shè)置了不銹鋼金屬膨脹節(jié)。床下啟動點火燃燒器和返料器采用恒力彈簧支吊。
2.2.5 鍋爐的防磨措施
循環(huán)流化床鍋爐的防磨結(jié)構(gòu)歷來是著重考慮的問題。在進(jìn)行150t／h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計時，根據(jù)我們長期的研究結(jié)果和積累的實際經(jīng)驗，采取如下防磨措施。
(1)在爐膛底部易磨損區(qū)域采用密集銷釘并敷
設(shè)防磨材料。在防磨層和光管的交界處采用水冷管向外讓的結(jié)構(gòu)。
(2)上部爐膛出口側(cè)和后側(cè)水冷壁管處采用銷釘并敷設(shè)防磨材料。
(3)爐膛上部水冷壁光管區(qū)域不布置測點，所有溫度和壓力測點均布置在有耐磨層的區(qū)域，以防止由于水冷管讓管造成磨損。
(4)高溫汽冷旋風(fēng)分離器的內(nèi)側(cè)面及入口通道采用了耐磨可塑料防磨。
(5)尾部豎井內(nèi)的受熱面管子兩邊彎頭處設(shè)置阻流板，防止形成煙氣走廊。各段受熱面首排管子設(shè)有防磨護板。
3、150t／h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐使用情況
山東巨能電力集團金玉米開發(fā)有限公司位于山東省壽光縣，主要生產(chǎn)賴氨酸和淀粉，生產(chǎn)需要大量的蒸汽。2002年12月該廠從無錫華光鍋爐股份有限公司訂購了一臺150t／h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐。該項目于2003年5月開始動工，鍋爐的安裝單位是江蘇溧陽市金馬工程總公司，電廠的設(shè)計單位是河北邯鄲市北冶建設(shè)工程設(shè)計有限公司。一次風(fēng)機、二次風(fēng)機和引風(fēng)機為濟南風(fēng)機廠設(shè)計制造，靜電除塵器由浙江諸暨市天地環(huán)保工程有限公司設(shè)計制造。
山東巨能電力集團金玉米開發(fā)有限公司原有2臺無錫華光鍋爐股份有限公司設(shè)計制造的75t／h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐，他們對于鍋爐的調(diào)試運行有著豐富的經(jīng)驗，因此150t／h鍋爐的調(diào)試就由他們自己進(jìn)行。
150t／h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐從2004年1月4日首次啟動后就達(dá)到了滿負(fù)荷，過熱蒸汽的參數(shù)全部達(dá)到設(shè)計值，并連續(xù)滿負(fù)荷運行到2004年2月6日（論文截稿止）。爐膛、返料器的煙氣溫度基本一致。
150t／h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐具有較高的燃燒效率，根據(jù)初步的化驗結(jié)果，在燃用淄博貧煤時，爐渣的含碳量在1%～2%，飛灰的含碳量在6%～8%。底渣和飛灰的活性較好，含碳量低，全部就地利用，用作水泥摻和料，不需配備堆放灰、渣的專用場地，不會造成新的污染，綜合經(jīng)濟效益顯著。
5號鍋爐已經(jīng)順利投運，現(xiàn)在開始進(jìn)行6號鍋爐的安裝，仍然是無錫鍋爐廠生產(chǎn)的150t／h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐。
4、結(jié)論
中國科學(xué)院工程熱物理研究所和無錫華光鍋爐股份有限公司進(jìn)行了150t／h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐的研制，并在山東開發(fā)有限公司成功地投入了運行。初步的運行數(shù)據(jù)表明該爐完全達(dá)到了設(shè)計要求，進(jìn)一步考驗還有待于長期運行結(jié)果。
該鍋爐結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，充分考慮了鍋爐的密封和膨脹密封等問題，它匯集了兩家單位多年從事循環(huán)流化床鍋爐的豐富設(shè)計、運行經(jīng)驗，是優(yōu)質(zhì)高效的鍋爐產(chǎn)品，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，而且還銷售木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)鍋爐專用生物質(zhì)顆粒燃料。
相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機產(chǎn)品：
1、
生物質(zhì)蒸鍋
2、
秸稈壓塊機
3、
木屑顆粒機
