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第四章循环流化床锅炉主要设备第一节燃烧设备带有惯性分离器分离物料的循环流化床锅炉与Ⅱ形布置的煤粉炉在结构上大致相同，如图所示。循环流化床锅炉燃烧设备主要由燃烧室、点火装置、一次风室、布风板和风帽、给煤机等组成。一燃烧室结构形式目前循环流化床锅炉燃烧室的结构主要有如下几种：（1）圆形炉膛；（2）方形炉膛，又分正方形和长方形两种；（3）下圆上方形炉膛。圆形炉膛或下圆上方形结构的炉膛，圆形部分一般不设水冷壁受热面，完全由耐火砖砌成；内衬耐热且防止炉内或密相区内水冷壁受热面的磨损。燃料进入炉内燃烧放出的热量被物料和烟气带出炉膛，经高温分离器分离后，物料返回炉内，带有少量飞灰的烟气进入布置有受热面的烟道内进行热量交换。这种结构在运行中，因炉内为正压，高温物料和烟气常常向外泄漏，影响安全运行及环境卫生。立式方形燃烧室是最常见的炉膛结构，炉膛四周由水冷壁围成。为了防止烟气和物料向外泄漏，一般采用膜式水冷壁。方形结构燃烧室的优点是密封好，锅炉体积相对较小，锅炉起动速度快。这种结构的缺点是水冷壁磨损较大。随着循环流化床锅炉容量的不断增大，单一炉床和布风板已不能满足大容量的要求。为了获得良好的流化状态和增加蒸发受热面的布置，近几年又出现了多种炉膛结构，如图所示。无论是圆形结构还是方形结构的炉膛，大多数采用不等截面积形式，即炉膛中、上部截面积较大，下部较小，如图所示。下部烟气截面流速大于上部流速，其主要目的是为了使炉膛下部形成一个密相区，以利于燃烧和降低上部截面烟速，减小受热面磨损，增大物料在炉内的停留时间，提高燃烧效率。二布风装置1布风板的作用流化床锅炉燃烧室下部的炉篦被称为布风板。布风板的主要作用有三个：一是支承静止的炉内物料。二是给通过布风板的气流以一定的阻力，使在布风板上具有均匀的气流速度分布，合理分配一次风，使通过布风板及风帽的一次风流化物料，使之达到良好的流化状态。三是以布风板对气流的一定阻力，维持流化床层的稳定。布风装置的正确设计是流化床锅炉燃烧达到稳定与安全运行的一项关键技术。2布风装置形式与结构目前，流化床锅炉采用的布风装置主要有两种形式，即风帽式和密孔板式。风帽式布风装置是由风室、花板、风帽和隔热层组成，通常把花板和风帽合称为布风板。在我国流化床锅炉中广泛应用的是风帽式布风板。图中所示为风帽式布风装置。布风板的结构型式主要有V型布风板、回字型布风板、水平型布风板和倾斜型布风板四种，如图所示。这两种结构的布风板一般为非水冷式，在低流化速度的锅炉上使用。水平型和倾斜型布风板采用有利于水冷式结构布置，因此常由拉稀膜式水冷壁构成。这两种结构形式的布风板是循环流化床锅炉中最常见的形式。由于炉内流化速度较高，物料本身掺混能力很强，一般不再采用非均等配风方式。风帽式布风装置的工作过程：由风机送入的空气从位于布风板下部的风室通过风帽底部的通道，从风帽上部径向分布的小孔流出，得到具有较高的速度和动能的气流，进入床层底部，使风帽周围和帽头顶部产生强烈的扰动，并形成气流垫层，使床料中煤粒与空气均匀混合，强化了气固间热质交换过程，延长了煤粒在床内的停留时间，建立了良好的流化状态。因此，对布风装置的布风要求是：（1）能均匀密集地分配气流，避免在布风板上形成停滞区。（2）能使布风板上的床料与空气产生强烈的扰动和混合，要求风帽小孔出口气流具有较大的动能。（3）空气通过布风板的阻力损失不能太大。（4）具有足够的强度和刚度，能支撑本身和床料的重量，压火时防止风板受热变形，避免风帽烧损，并考虑到检修清理方便。布风板的结构如下：（1）花板：花板的作用是支撑风帽和隔热层，并初步分配气流。（2）风帽：风帽总结起来主要分为两大类，即小孔径风帽和导向风帽。导向风帽是一种开孔方向特定的风帽，能使炉底形成的气流将大颗粒床料吹向排渣口，以达到锅炉连续有选择性地排除冷渣。布置有导向风帽的水冷式布风板对于大容量的常压循环流化床锅炉尤其重要。从风帽小孔喷出的空气速度称为小孔风速，是布风装置设计的一个重要参数。小孔风速越大对流化床的运行越有利。但风帽小孔风速过大将使风机电耗增加。反之，小孔风速过低，容易造成粗颗粒沉积，底部流化不良，冷渣含碳量增大，尤其当负荷降低时，往往不能维持稳定运行，造成结渣灭火。所以，小孔风速的选择，应根据燃煤特性、颗粒筛分特性、负荷调节范围和风机电耗等全面综合考虑。风帽小孔直径和孔数设计一般用开孔率表示，所谓开孔率就是各风帽小孔面积的总和与花板有效面积之比值，即开孔率通常对于鼓泡床锅炉，取2％～3％，对煤的真实密度大、粗颗粒份额多者取低限，反之取高限。而对于循环流化床，由于采用高流化风速，对布风条件相对宽松，故开孔率有时设计得较高。fbA%100bAf开孔率与布风板的阻力以及与床层流化特性相关联。根据大量的运行经验，布风板阻力为整个床层阻力（布风板阻力加料层阻力）的25％～30％才可以维持床层稳定的运行。3耐火保护层为避免布风板受热而挠曲变形，在花板上必须有一定厚度的耐火保护层，如图所示。保护层厚度根据风帽高度而定，一般为100～150mm.风帽插入花板以后，花板自下而上涂上密封层、绝热层和耐火层，直到距风帽小孔中心线以下15～20mm处。4风室与风道为了使布风板上方的气流速度能够分布均匀，要求布风板对气流具有一定的阻力。气流阻力的大小是与布风板下风室中的气流分布不均匀性成正比的，因此应使风室中的气流能够在出口有较好的分布，以便在一定的布风板压降下使布风板上的气流分布更为均匀。风室的布置就是围绕上述目的而进行的，一般要求下述三点：1）具有一定的强度、刚度及严密性，在运行条件下不变形，不漏风。2）具有一定的容积使之具有一定的稳压作用，消除进口风速对气流速度分布不均匀性的影响，一般要求风室内平均气流速度小于1.5m/s。3）具有一定的导流作用，尽可能地避免形成死角与涡流区。下图是几种常见的风室布置方式。风道是连接风机与风室所必需的部件。为使风道中的压力损失减小，应减少不必要的风道长度、转折和截面变化，在必须转向时尽可能采用逐渐弯曲的弧形转向形式，使总的阻力系数较小，避免采用过高的气流速度。对于金属管道而言，在估计风道截面时，通常取用的流速在10～15m/s。三点火方式与点火装置流化床燃烧首先要解决把室温下静止状态的底料转变为流化状态正常燃烧着的床料的问题。流化床的点燃比较困难，因为从点燃底料到正常燃烧是一个动态过程，燃用的通常又是难以着火的劣质煤。点火初期的颗粒和风的温度都低，同样尺寸的颗粒达到流化状态的风量要比热态正常运行时约大1倍；而根据点火时颗粒燃烧和传热的要求，则又希望风量小些以减少热损失。流化床燃烧锅炉的整个点火启动过程一般可分成三个阶段。（1）底料加热：用外来燃料作热源，把底料从室温加热到引燃温度。（2）底料着火爆燃：底料达到一定温度后，启动风机引燃底料，用它本身燃烧放热进一步使床温急剧上升。（3）过渡到正常运行：用风量控制床温，并适时给煤，调节好风煤比，逐步过渡到正常运行参数。流化床锅炉的点火方式主要有流态化点火和固定床点火。流态化点火又分为上点火和下点火。上点火和下点火以炉床为界。流态化点火方式是循环流化床锅炉的最常用最基本的点火方式。床料在流化状态下被加热，效率高，加热均匀，不易结焦。四给煤机与给煤方式燃煤循环流化床锅炉，成品煤的颗粒范围通常在0～25mm之间，而且水分较煤粉炉大得多。常用的给煤机械有螺旋给煤机，埋刮板给煤机和皮带给煤机等，给煤机型式的选择，应根据锅炉容量和给煤点的设计及具体的技术要求来确定。给煤方式循环流化床锅炉给煤方式分正压给煤和负压给煤两种，正压给煤就是给煤口处炉膛产压力大于大气压，负压给煤为小于大气压力，如图所示。正压给煤还是负压给煤，是由炉内气－固两相流特性决定的。对于炉内呈湍流床和快速床的中高循环倍率的锅炉采用正压给煤。负压给煤方式结构简单，对给煤粒度、水分的要求均较宽。第二节物料循环系统物料循环系统是循环流化床锅炉独有的系统，亦属锅炉燃烧系统范畴，是锅炉本体的一个组成部分。该系统主要包括物料分离器、立管和回料阀三部分，其作用是将烟气携带的大量物料分离下来并返逆回炉内形成循环床燃烧。一物料分离器循环流化床的物料分离器主要作用是将大量高温固体物料从气流中分离出来，送回炉膛，以维持燃烧室的快速流化态状态，保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应。循环流化床锅炉物料分离器根据其分离器布置方式不同分为惯性分离器和旋风分离器两种。1惯性分离器惯性分离器结构简单，热惯性小，运行费用低，广泛应用于循环流化床锅炉中。在惯性分离器内，主要是使气流急速转向或冲击在挡板上后急速转向，其中颗粒由于惯性效应，运动轨迹与气流轨迹不同，从而使两者获得分离。气流速度高，这种惯性效应越大。气流回转半径越小，回转角越大，效率就越高。惯性分离器大体上可分为两大类，即无分流式惯性分离器和分流式惯性分离器。前者依靠较为急剧的转折，使颗粒在惯性效应下分离出来；后者是使任意一股气流都有较小回转半径及较大回转角，可以采用各种挡板，包括采用典型的百叶挡板构成的百叶窗分离器和采用迷宫式挡板的撞击式分离器。(1)烟气转弯的惯性分离器：在锅炉炉膛出口，通常利用结构布置组成烟气转弯的惯性分离器，属于无分流式惯性分离器。(2)百叶窗分离器：是一种分流式惯性分离器，主要部分是一系列平行排列的对来流气体呈一定倾角的叶栅。百叶窗分离器的叶片分为平板型和波纹型。实验表明，波纹型叶片分离效率高于平板型。撞击式分离器：撞击式分离器是惯性分离器的一种类型，它依靠撞击横向布置在气体通道上的分离体来分离固体。撞击式分离器通常用于分离粗颗粒和阻力较低的场合，特别适用于大型循环流化床锅炉。撞击式分离器分离机理是：当气－固两相流流经撞击式分离器时，气流可绕着分离体流动，固体颗粒由于携带的动量要比气体大，它们得以继续按原来方向运动，因而偏离主气流方向，最后撞击在分离体上。平面流惯性分离器：最常见撞击式分离器布置在炉膛出口水平烟道区段，属于惯性高温分离器，也称平面流惯性分离器。平面流分离器由许多耐火材料制成的异型砖砌筑而成。炉内惯性分离器：炉内惯性分离器是将惯性分离器布置在炉内。与受热面相结合的撞击式分离器：是国内提出的特殊结构的鳍片管束撞击式分离器，其分离元件是由鳍片焊在锅炉中垂直布置的过热管束或对流管束上构成的。这种结构可望解决由于分离元件的高度增大而导致颗粒的二次夹带增加的问题。另外，因有管束的支撑，不会出现分离元件较长时墙片变形弯曲等现象而导致分离效率的下降，这一特点为现有的几种惯性分离器所不具备。2旋风分离器旋风分离器结构简单，分离效率高，广泛用于循环流化床锅炉中，典型结构有耐火材料制成的高温旋风分离器和水冷、汽冷高温旋风分离器。（1）典型旋风分离器：用于循环流化床锅炉的典型旋风分离器以上圆下锥、气流切向进入为基本形式。由于没有转动部件，结构简单，效率高，运行性能稳定，维护方便，特别适合于循环流化床锅炉。（2）高温旋风分离器：高温旋风分离器通过一短烟道与炉膛连接，根据锅炉结构差异及分离器台数的多少布置于炉室后侧、前墙或侧墙，但布置于炉后者较多。分离器内衬为高温耐火材料，外设保温层隔热，耐火材料用量较大。所以热惯性大，使启动时间增长，费用增加，有的锅炉采用水冷或汽冷式旋风分离器，虽然基本解决了热惯性大的问题，但制造工艺比较复杂。（3）中温旋风分离：中温分离分离器入口介质温度较低，一般不高于600℃。与高温分离相比，有如下几方面特点：1）尺寸可以减小，提高分离器效率。2）保温层较薄，缩短锅炉起停时间，减小散热损失。3）分离器内不会发生燃烧，也不会超温结焦。4）对保温材料的耐温要求降低，可以降低成本。5）分离下来的物料温度较低，对抑制炉床超温，防止炉床发生结渣以及对负荷调整有利。（4）下排气式的旋风分离器：由于循环流化床的燃烧室较高，将此分离器设置于尾部烟道上部是比较合适的。尾部烟道一般尚有足够的高度布置受热面，所以采用这种分离器可以缩小锅炉的外部尺寸，从而降低造价。（5）水冷式高温旋风分离器：清华大学提出了一种带收集袋的水冷旋风分离器，设置了多个旋涡收集装置，对宽筛分物料实