循环流化床锅炉项目行业解决方案--本科毕业论文.doc

循环流化床锅炉行业方案 行业方案系列循环流化床锅炉项目行业解决方案 浙江浙大中控技术有限公司2003年12月目 录一、前言41.1 我国的能源结构及状况41.2 煤的燃烧造成的污染问题41.2.1燃用高硫煤的危害51.2.2 N0x的排放和危害51.3 流化床锅炉的出现既节约能源又能缓解污染问题6二、工艺介绍82.1 形成历史82.2 国内循环流化床锅炉产品比较92.2.1 济南锅炉厂YG型CFBB102.2.2四川锅炉厂112.2.3杭州锅炉厂75TH分级分离（百叶窗分离器）循环流化床锅炉112.2.4北京锅炉厂与美国RELAY STOLER公司合作引进的CIRCOFLUID型CFBB122.3 国外循环流化床锅炉的发展与比较132.3.1 AHLSTOM公司流化床锅炉简介132.3.2 FW公司流化床锅炉简介132.3.3锅炉受热面的统计142.3.4燃料粒度的决定142.3.5受热面的磨损及防止152.3.6炉膛干排灰系统162.4 其他国外公司162.4.1德国Lurgi公司162.4.1.1 Lurgi型循环床锅炉的特点182.4.1.2 Lurgi型循环床锅炉的优点182.4.1.3 Lurgi型循环床锅炉的主要缺点192.4.2德国Babcock和VKW公司192.4.2.1主要结构与特点 ：192.4.2.2 Circofluid锅炉的优缺点 ：202.5循环流化床锅炉原理212.5.1概念212.5.2流化机理212.5.3燃烧方式的特点212.5.4脱硫222.5.5与其他种类锅炉的比较222.6循环流化床锅炉的基本结构及工艺特点24三、相关设备253.1循环流化床锅炉分类263.2分离装置的分类263.2.1分离装置的位置区分263.2.2分离装置的方式区分273.3回料装置的分类303.3.1可控型阀303.3.2不可控型阀303.3.3外置式换热器31四、工程设计314.1系统设计314.1.1供电314.1.2接地314.1.3通讯314.1.4系统标识324.1.5测点组态规范324.1.6流程图制作324.1.7趋势画面制作334.1.8分组画面定义334.1.9报表制作334.2控制方案设计334.2.1顺序控制系统（SCS）334.2.2燃烧管理系统（BMS）344.2.2.1炉膛安全系统（FSS）344.2.2.2燃烧器控制系统（BCS）354.2.3模拟量控制系统（MCS）364.2.3.1汽包水位控制364.2.3.2主蒸汽温度控制374.2.3.3燃烧控制384.3燃烧调整的理论基础394.4负荷调整具体方法404.5性能计算41五、工程实施44六、先控在CFB的应用456.1模糊建模与模糊控制466.2、模糊控制器的基本结构476.2.1知识库476.2.2模糊化486.2.3模糊推理486.2.4精确化496.3神经网络控制496.3.1神经元模型506.3.2神经元的学习功能506.3.3神经网络模型516.3.4神经网络控制系统556.4智能控制在循环流化床锅炉控制中的应用576.4.1智能控制在汽温控制中的应用576.4.2模糊控制+预测控制576.4.3模糊控制+神经元网络586.4.4智能控制在主汽压力控制中的应用58七、附录59一、前言1.1 我国的能源结构及状况近年来，我国能源发展比较快，尽管能源生产和建设都取得了很好的成绩，但中国能源供应紧张局面没有缓和。其主要原因是，能源建设和其他工业建设的比例失调，经济过热，工业发展速度过快，尤其是加工工业发展速度过快，大大超过了能源增长速度。我国的能源形势严峻，从长远看也不容乐观。在一次能源中，我国煤炭资源最为丰富，探明的储量已超过10000亿吨，居世界第三位，估计在地下深1500m以内的煤炭资源总量约40000亿吨。在探明的煤炭储量中，烟煤占70以上、褐煤占14、无烟煤占14；我国探明的石油资源为70多亿吨，其中可采储量仅16亿吨；己探明的天然气资源3130亿m3。煤炭占我国化石燃料总储量的95以上。丰富的煤炭资源和我国历史、经济等方面的条件相结合，形成了我国能源结构中以煤为主的格局。并且，在今后相当长的时间内，这种以煤为主的能源结构不会有大的变化。虽然我国能源资源比较丰富，但人均占有量少，且分布不均，勘探程度低。开发利用难度大。特别是以煤为主的能源结构，受到运输和环保的制约，这就决定丁我国能源问题的长期性和艰巨性。当然，能源紧张不容忽视的原因是我国工业企业能耗过高。据世界资源研究所与设在伦敦的国际环境和发展研究所联合发表的一份报告指出：在除苏联以外的10个经济大国中，每生产1美元国民生产总值能耗最多的是中国，达4339KJ，分别是法国的4.97倍、日本的4.43倍、意大剧的3.95倍、联邦德国的3.81倍、巴西的3.82倍、英国的2.l倍、加拿大的1.77倍、印度的164倍。如果我国的能耗能降低到巴西的能耗水平，我国用1988年的发电量去支撑工业增长速度还是富富有余的。如何降低能耗量? 除大力节电、节油、节煤，推广热电联产。发展余热利用外，还应对现有燃煤电厂锅炉进行改造，新建和拟建电厂要选用新锅护工艺，以便提高热效率，降低每度电的能耗量。为此，循环流化床锅炉是值得采用的新锅炉工艺。些处对锅炉采用新的先进控制方式，提高能源的利用率也是势在必行的。1.2 煤的燃烧造成的污染问题我国煤炭的一个重要特点是高硫煤占相当比例，含硫量大于1的高硫煤占25以上。从地理情况看，自北向南煤的含硫量呈逐渐增高的趋势，高硫煤主要分布在四川、贵州、广西、山东、陕西等省区。高硫煤分布的另一个特点是随着矿井向深层的开采，含硫量越往下越高。全国燃煤发电的用煤量占煤炭总产量的35以上，所以燃用高硫煤是不可避免的。全国20以上的发电用煤是高硫煤。1.2.1燃用高硫煤的危害高硫煤燃烧导致大量S02排放。S02是大气污染的重要元素之一。S02的污染属于低浓度、长期污染的性质，对生态环境是一种慢性、叠加性的长期危害。S02对人类健康有很大影响，它通过呼吸系统进人人体，引起或加重呼吸器官的疾病，甚至导致死亡。S02还是形成酸雨的重要组成部分。可能引起雨酸化的物质有硫化物类、氮化物类及氯化物类。我国酸雨以硫酸为主，占80以上，带有大气SO2污染的明显特征。西南地区是我国燃用高硫煤的主要地区，也是我国的主要酸雨分布区。近年来，燃煤电厂S02的年排放量不断增长，其排放量占全国总排放量14以上。要控制我国酸雨的发展，就必须实现燃煤电厂脱硫，对S02排放总量进行控制。如果S02的排放处于失控状况，则酸雨趋势将会恶化。1.2.2 N0x的排放和危害NOx也是燃煤电站排放的主要污染物。煤燃烧生成的NOx主要是NO(占NOx总数的95左右)和NO2(占NOx总数的5左右)，另外，还有少量的N2O、N205、N204和N205，NOx对人类和环境的危害是相当大的。NO和N02都是有毒气体，N02毒性更大，是NO的45倍。它们很容易和血液中的血色素结合，使血液缺氧，引起中枢神轻麻痹症。NO还对呼吸器官粘膜有强烈的刺激作用，引起肺气肿和肺癌。此外，N02对人体的心脏、肝脏、肾脏和造血组织等都造成损害。在有NO存在时，O3不断变成02，使臭氧越来越少，从而减弱了对紫外光幅射的屏蔽作用，对地面生成造成危害。另外, N02在阳光照射下会和大气中的其它污染物发生一系列连锁反应，形成毒性很大的光化学烟雾。另外，NOx与S02和粉尘共存，在粉尘中重金属元素的催化作用下，可生成毒性很大的硝酸或硝酸盐气溶液，形成酸雨。煤粉燃烧锅炉解决污染物排放问题在技术上和经济上的局限性。煤粉燃烧锅炉也采取了很多措施，试图降低S02和NOx的排放，主要有煤粉燃烧的低NOx燃烧器、炉内喷钙脱硫和尾部烟气脱硫、脱硝技术。但目前看来，在技术上和经济上都有其局限性。低NOx煤粉燃烧器在无烟煤燃烧上有很大的局限性，因为无烟煤着火困难，所以在燃烧器设计上必须以满足尽快着火为第一准则，而这与控制NOx生成在本质上是矛盾的。目前，无烟煤煤粉燃烧器的NOx排放大都在650一1000mgNm3左右，仍不能满足环保控制要求。因为炉内喷钙的脱硫效率不高，在工业应用上也还存在一些技术问题，所以应用得不多。从发展看，它不能满足逐渐提高的排放控制要求，生存空间将越来越小。尾部烟气脱硫(FGD)，尾部烟气脱硫，烟气脱硝等技术设备投资巨大，运行费用高。至少在目前，可能还难以在我国大范围推广运用。另外，还有烟气同时脱琉脱硝的电子束法，据称它能同时去除S02和NOx，无排水，副产品可用作农业用化肥(NH4) 2SO4，NH4NO3。目前该产品还处于试验论证阶段，要进入工业化应用还有很长的路要走，经济性问题也有待进一步验证。1.3 流化床锅炉的出现既节约能源又能缓解污染问题循环流化床锅炉是从鼓泡床沸腾炉发展而来的一种新型燃煤锅炉技术，它的工作原理是：将煤破碎成010mm的颗粒后送入炉膛，同时炉膛内存有大量床料(炉渣或石英砂)，由炉膛下部配风，使燃料在床料中呈“流态化”燃烧，并在炉膛出口或过热器后部安装气因分离器(一般均采用旋风分离器)，将分离下来的固体颗粒通过回送装置再次送入炉膛燃烧。虽然流化床锅炉是在鼓泡床锅炉的基础上发展而来，但同鼓泡床锅炉存在很大差别，流化床锅炉发展初期的主要目的是进一步提高锅炉燃烧效率和燃烧劣质燃料（见表1，表2），使用厂家主要是非电力行业的矿物局、化工厂等企业。随着流化床锅炉的大型化发展和煤的清洁燃烧成为能源利用的基本政策，发展流化床锅炉的主要目的是煤的高效低污染燃烧，电力行业在使用厂家中的份额也逐年增大。流化床锅炉具有许多煤粉炉没有的优势，其中之一就是流化床锅炉有很强的燃料适应性，目前投入商业运行的流化床锅炉所用燃料有各种煤、煤矸石、石油焦、生物质、市政垃圾、废纸液等，欧洲一些国家甚至考虑用流化床锅炉燃烧动物废弃物。同鼓泡床相似，在流化床锅炉的炉膛底部存在一个物料浓度较大的密相区，物料成分主要是灰和添加剂（如细河沙、脱硫用石灰石等），炉膛运行温度一般控制在850-900之间。因此，在流化床锅炉炉膛底部存在一个很大的“蓄热池”，因为循环流化床锅炉内有大量的热灰渣，热容量非常大，新加入的煤或其它燃料与炉内热灰量相比，仅占很小比例，会很快被加热、着火燃烧。所以不同燃料投入炉内都能较好地着火燃烧。某发电厂以130t/h循环流化床锅炉替代原有130 t/h煤粉炉的综合利用技术改造，该项目的实施既符合国家环保和能源政策，又解决了当地煤矿的劣质煤及煤肝石的积压问题，同时锅炉灰渣还可供周围众多的水泥厂综合利用。通过对该厂发电厂记录数据的统计和计算分折，对节能效益及投资回报做出以下评价：1、节能效益 采用循环流化床锅炉后，从2001年1月到7月，累计的节能效益为110万元。年减排CO23.83万t。综合利用灰渣12.27万元。 2、投资回收期 项目增加的总投资为190万元，年收益172.89万元。投资回收期投资年收益1.1年。表循环流化床锅炉系统比链条锅炉系统每年节约的能源费锅炉出力10/20/35/蒸汽压力1.271.273.82蒸汽温度饱和蒸汽饱和温度450节约煤炭费(万元)22.8044.4587.33多耗电费(万元)6.2212.4420.39节约能源费(万元)16.5832.0166.94循环流化床锅炉的运行特点是燃料随床料在炉内多次循环，这为燃料提供了足够的燃尽时间，使飞灰含碳量下降。对于燃用高热值燃料，提高了燃烧效率，运行良好的循环流化床锅炉来说，燃烧效率可达9899，相当于煤粉燃烧锅炉的燃烧效率。在环保性能方面，因其是低温燃烧(燃烧温度850一900)，且有较大的二次风率(40一50)，所以对降低NOx的排放非常有利，NOx排放降低到250mgNm3以下是完全可能的。同时，可向炉内加入石灰石脱硫。非常有利的是，炉内脱硫反应的最佳温度(825850)正好与燃烧温度基本相同，并且，石灰石随床料多次循环，提高了利用率。在CaS比为1.82.5时，脱硫效率可达90以上。东方引进型宁波50MW循环流化床锅炉1#、2#炉排放烟气中S02含量分别低于250ppm、150ppm，NOx排放均低于100ppm。显示了CFB锅炉低污染物排放的环保优势。尾部烟气脱硫技术是基于锅炉部分不动，而在烟道尾部进行脱硫的方式，主要有湿法、干法和半干法烟气脱硫。最成熟可靠的是湿式石灰石脱硫技术，该技术的应用约占国外电厂装机容量的85%。这是迄今为止采用最广泛和最有效的脱硫技术。特别是在300MW及以上等级的大型燃煤锅炉中，基本采用了尾部烟气脱硫方案。炉内喷钙脱硫技术也是基于锅炉部分不变的思路，直接向炉膛内喷石灰石粉，在高温下烟气携带石灰石粉到炉后，烟道尾部加入催化剂并反应吸收硫分，这一技术也适用于老厂改造项目。南京下关发电厂和辽宁抚顺电厂，就是采用炉内喷钙脱硫方案，运行情况较好，但由于炉膛温度相对较高，因此脱硫效率相对较低。近几年循环流化床锅炉的发展较迅速，特别在10MW、20MW等级CFB发电机组运行业绩良好，可靠性较高，技术已趋成熟。通过对湿式脱硫、炉内喷钙脱硫、CFB技术的分析研究表明：从设备投资和年运行费用看，尾部烟气脱硫和炉内喷钙方案的设备投资高，年运行费用也较高，且目前设备需进口，另外石灰石-石膏法还受到场地的制约；CFB设备投资与原煤粉炉方案相比增加较少，而国内已引进了成熟的10MW等级CFB技术，锅炉设备国产化已经成熟，有利于降低设备成本。表2对几种常用脱硫方式进行了比较，由表中可以看出采用流化床脱硫与其它脱硫方式相比脱硫效率高，占用场地少，运行费用低等优点。表2几种常用脱硫方式(410t/h的锅炉)内容技术方案湿式尾部烟气脱硫炉内喷钙脱硫循环流化床脱硫所需条件增加脱硫设施，增石灰粉制备设备，增加二次污染及处理设备炉内结构相应变化增加脱硫设施增石灰粉制备设备采用CFB锅炉及增加石灰石磨碎设备及输送设备技术优点满足硫排放标准满足硫排放标准满足硫、氮排放标准，主要设备可以国产技术缺点投资大，运行费用高，二次污染。运行检修量大，主设备需进口投资大，运行费用高，运行检修量大，主设备需进口投资大，运行费用高,运行检修量大投资增加额(万元)481837503000(国产)年运行费用（万元/年）428.5410350二、工艺介绍2.1 形成历史循环流化床(CFB)燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。自循环流化床燃烧技术出现以来，循环床锅炉在世界范围内得到广泛的应用，大容量的循环床锅炉已被发电行业所接受。循环流化床低成本实现了严格的污染排放指标，同时燃用劣质燃料，在负荷适应性和灰渣综合利用等方面具有综合优势，为煤粉炉的节能环保改造提供了一条有效的途径。德国人Friz Winkler于1921年12月发明了第一台成功运行的流化床。他将燃烧产生的烟气引入一装有焦炭颗粒的炉室的底部，然后观察到了固体颗粒因受气体的阻力而被提升,形成一个“流化”的床体。循环流化床真正成为具有工业使用价值的新技术是在五六十年代，并从80年代开始形成了一个循环流化床基础研究的高峰期。 循环流化床锅炉作为一种新型高效低污染燃煤技术，在国内外已得到广泛认同和应用。1979年芬兰生产首台商业化的循环流比床锅炉。循环流化床技术与鼓泡流化床技术一样，原出于化学工业中的一种燃烧工艺技术。1975年西德鲁奇公司把这项技术用于锅炉燃烧。其流程和工作原理如图1所示。历近30年后，这种锅炉已显示了优于鼓泡流化床的特点，发展极快，锅炉容量由50、250、270、410 th等逐步增长。目前，西德、北美采用该锅炉正在运行的电厂经工业试烧考核，这种锅炉运行稳定，负荷调节灵活，负荷为25，锅炉也能运行，负荷调节速度为每分钟5负荷；燃料适应性好，燃烧效率大于9899，热效率为92；钙硫摩尔比为2.0，脱硫效率大于90；由于燃烧温度低约850-900左右，所以N02排放量低于200ppm。可见循环流化床性能远比鼓泡流化床性能好很多。 图1 鲁奇循环流化床锅炉系统图1.煤场 2.燃料仓 3.燃料破碎机 4.石灰石仓 5.循环床期烧室 6.送风(一次空气) 7.旋风分离器 8.锅炉对流受热面9.流化床热交换器 10.布袋除尘器 11.汽轮发电机 12.烟囱 我国在流化床燃烧技术方面， 浙江大学是中国最早开展研究的单位之一。建立了循环流化床冷态试验台并在冷态试验台上对循环流化床的流体动力学、传热、有关关键部件进行模拟与研究。在上述冷态试验的基础上建立循环流化床热态试验台，对循环流化床的燃烧特性、传热特性以及降低污染排放的特性进行试验研究，并建立循环流化床锅炉的综合模型，进行理论计算。设计循环流化床示范锅炉，完善循环流化床锅炉的设计方法，并开发新型的循环流化床锅炉。推广循环流化床锅炉，积累运行经验，使循环流化床锅炉有能力与煤粉锅炉竞争。在循环流化床炉内工作过程的研究涉及面广，包括：流体动力特性、传热特性、煤粒燃烧、物料循环、污染物排放与控制等。2.2 国内循环流化床锅炉产品比较八十年年初，国内就开始研制高效、低污染的循环流化床锅炉。1989年中科院工程热物理研所与济南锅炉厂联合开发的35TH、中压循环床锅炉通过了国家级鉴定。带动了国内循环流化床锅炉的发展。到目前为止，国内已有济南锅炉厂、四川锅炉厂、杭州锅炉厂等在有关院校，科研单位的协肋下相继开发出自己的中压或次高压循环流化床锅炉。其中有的已投入运行。北京锅炉厂与美国RELAY STOKER，公司合作引进了德国BABCOCK公司的CIRCOFLUID型循环流化床锅炉的专利技术，能够生产从35TH130TH系列的该型锅炉。2.2.1 济南锅炉厂YG型CFBB 1、炉型简介 济南锅炉厂生产的YG755.29-M型循环流化床锅炉是在与中科院联合开发的35TH中压循环流化床锅炉基础上研制的。基本上采用35THCFBB的技术。该炉燃烧主要由炉膛，转弯烟室、旋风分离器和返料机构组成。炉膛下部是浓相层、最底部是布风板。布风板面积为10.2M2均布着639个风帽。经空气预热器预热，一次风由箱经过这些小风帽均匀进入炉膛。燃煤经三台给煤机由炉前送入燃烧室。二次风约占总风量的50，通过燃烧室下部分层布置的二次风喷进入炉膛。烟气夹带有大量的固体颗粒，在炉膛出口，大颗粒被惯性分离器捕集，通过返料器送回燃烧室内，重新参与燃烧。较细的颗粒在烟气携带下进入旋风分离器。被捕集的颗粒通过J型无机械密封阀送入燃烧室。离开分离器的烟气进入尾部竖井。 2、主要特征参数 1）流化风速：W5m/s 2）循环倍率：R2025。 3）分离方式：一级惯性分离十一级旋风分离 4）回料机构：J型阀 5）燃料颗粒度：013mm6）锅炉主要结构尺寸： 汽包中心线标高：27.205m 锅炉深度（柱中心线）：14.94m 锅炉宽度（柱中心线）：8.8m3、主要问题 1）高温烟道和旋风分离器的磨损 2）热惰性大，启停时间长 3）旋风分离器内有二次燃烧现象，控制不当易引起结焦。 2.2.2四川锅炉厂 1、炉型简介 四川锅炉厂与清华大学在联合开发出35TH中压循环流化床锅炉的基础上，又研制出75TH次高压循环流化床。该炉炉膛分设两个床：主燃烧床（23055490），付床（又名细灰床10255490）。主燃烧床底部为一湍动床，床内工作温度800870。由于烟气携带大量飞灰，其热容量较大，整个炉膛温度场均匀，炉膛出口温度720730。大量飞灰浓度很高的烟气离开炉膛后，通过前后两级平面流分离器，在热态下将飞灰分离。分离下来的高温飞灰经大容积贮料斗、L阀将其送入付床。付床实际上是一个低速的细灰沸腾床，末燃烬的细灰可进一步燃烧。继而灰流再溢流至主燃烧床，从而实现飞灰的循环燃烧。 燃煤经布置在7.00米运转层上的四台螺旋给煤机，通过落料管运至主燃烧床上部，在风力的吹播作用下，进入稀相区。 二次风约占总风量的2025。 2、主要特征参数 1） 流化风速：45MS 2） 循环倍率：R1015 3） 分离方式：两级平面流化离器（一级为惯性一级为平流分离器） 4） 回料机构：L阀（现改为U阀） 5） 燃料颗粒度：010mm 6） 主要结构尺寸： 锅筒中心线标高：24.7m 锅炉深度（柱中心线）11.45m 锅炉宽度（柱中心线）6.7m 3、主要问题 根据鞍山第二热电厂运行一年多的情况来看，主要问题表现在出力不足和浓相区、中间水冷壁及侧包墙管磨损严重。通过一段时间的反复在浓相区的反复摸索，通过改善燃料颗粒度的级配，出力问题已经解决。磨损问题通过在浓相区水冷壁上敷设保护层等手段已经得到控制。下一步的关键问题在于如何提高分离器的使用寿命及工作可靠性。 2.2.3杭州锅炉厂75TH分级分离（百叶窗分离器）循环流化床锅炉 该型锅炉是中科院工程热物理所在研制35h中压循环流化床锅炉的基础上、总结正、反两方面的经验，与杭州锅炉厂开发出的一种新炉型。炉型的特点在于：采用两级分离，一级分离器采用百叶窗分离器，设在炉膛出口，固定在拉稀的后水冷壁管上。二级分离器设在省煤器之后，由百叶窗与旋风分离器组合而成。 其主要结构尺寸为：锅炉中心线标高：24.8m 锅炉深度：（柱中心线）：15.85m 锅炉宽度（柱中心线）：6.8m 该型炉在浓相区和转弯烟室，采用镍铬合金热喷涂，根据有关试验，喷涂后可提高防磨性能6倍。它的主要优点在于送引风机电机容量小，电耗低。 这种型式锅炉的潜在问题在于第一级百叶窗的分离效率能否得到保证。如果效率低则其后的过热器，省煤器的磨损将严得影响锅炉的安全运行。此外，第一级百叶窗分离器的工作温度高，烟气灰在浓度及烟气流速大，工作环境恶劣，分离器的材质选择十分重要。 2.2.4北京锅炉厂与美国RELAY STOLER公司合作引进的CIRCOFLUID型CFBB CIRCOFLUID型CFBB是高膨胀湍流床、低循环倍率，它是由下中泡床、湍流床、悬浮室、飞灰得燃及分段燃烧系统组成。是一种介于一般泡床与高速循环床之间的复合型CFBB。1、主要特点：1）炉子下部为湍流床，膨胀后约高1.6m。此外粒子浓度为1000 kg/m3。炉子上、下四周均为膜式水冷壁。上二次风口以下均用碳化硅等耐磨层敷盖。一次风率为5560，二次风率为4058.0。布风板区的流化风速为4.5m（85），上部为3.54.5ms。二次风在泡床上部送入。二次风板以上是悬浮段出口灰浓工为1.52.5kg/m3。相应满负荷的循环倍率为15左右。气体在屏式受热面前的停留时间为4秒，悬浮段上面布置有屏式过热器蒸发受热面及第二级省煤器。炉膛呈塔形布置。2）烟气离开炉膛出口时被冷却至400左右，进入旋风分离器。此种分离器用钢外壳与一层碳化硅或刚玉磨层即可。该型分离器100分离效率直径为6070m。 3）低负荷时为维持主床流化风速、并为利于煤种变化时控制床温，使省煤器后的烟气再循环与一次风混合进入主床，保证燃烧效率、脱硫效率、控制床温、布袋除尘器下飞灰部分再循环入炉燃烧。 2、主要问题： 1）由于炉膛为塔形布置，烟气流速低，致使磨损膛部分高大，钢材耗量大。 2）炉内对流受热面外含尘量高，烟速高时磨损严重。受热面往往需制成管板式的结构。 3）烟气采用再循环与飞灰复燃，对辅机要求高，系统复杂。 2.3 国外循环流化床锅炉的发展与比较国外自70年代石油危机以来，能源研究的重点就转到节约能源和广泛利用各种燃料方面。这一时期西方国家对环境治理提出了更高的强制的要求。而为解决燃烧电厂脱硫建造的全脱硫装置有着与电厂本体相近的价格，在建种情形下，各种流化床燃烧技术得以迅速发展。循环流化床锅炉具有适应多种燃料，低温燃烧控制NOX和燃烧加入石灰石脱硫等优点，这是传统煤粉炉和链条炉所达不到的。目前世界上循环流化床锅炉有两种流派，第一种是在传统锅炉基础上发展，代表厂家有AHLSTOM和FW等，另一种是将锅炉作为一种燃烧工况尽善尽美的燃烧装置来设计，代表厂家有鲁奇（LURGI），美国拜特尔实验室等（日本三井公司利用其专利生产的MSFB炉），后者的主要特点是设计有外部热交换器（EHE），三井的MSFB炉80多的蒸发量在EHE内完成。国内锅炉类似于第一类。 2.3.1 AHLSTOM公司流化床锅炉简介AHLSTOM于1975年开发流化床锅炉，1976年建起中间试验厂，1979年第一台商业化锅炉出厂，1992年其在世界市场上按蒸发量计占45。AHLSTOM的百炉宝系统（PYROFLOW）具有尖炉底，膜式水冷壁，炉膛中部布置有管过热器，炉膛出口连接旋风分离器（CYCLONE）分离出的物料通过J型阀与加煤及石灰石一同返回炉膛，使得物料和床料很快混合燃烧并脱硫。 一次风由流化隔板送入燃烧室，同帽出口风压8000PA,二次风由不同高度送入燃烧室，炉膛风速310MS正常5MS风温1960。CYCLONE 排出的热烟气经对流尾部受热面排出，尾部布置有过热器，省煤和空气预热器，排烟温度140。炉底排灰使用风冷却热回收装置，锅炉底灰温度250，底部，尾部烟道和除尘器的排灰比例为35：30：35，锅炉效率达90.6。 2.3.2 FW公司流化床锅炉简介FW公司在1979年运行了第一台流化床锅炉，该公司的技术是在长期制造鼓泡床的经验上发展起来的，到目前已生产了四十多台鼓泡床及十多台循环流化床锅炉。 FW的锅炉炉膛为平底，用蒸发水管围成风箱，配定向风帽，膜式水冷壁。炉膛出口接蒸汽管旋风分离器，其又作为第一级过热器分离出的物料通过J型阀返回到炉膛给煤及石灰石在炉前由热风送入，便于扩散开和烧湿煤 。一次风由燃烧底部送入，炉膛风速为4MS，二次风在炉膛中部加入，此处炉膛风速为56MS。 旋风分离器排出的热烟气经过对流尾部受热面排出，尾部布置有过热器，省煤器及空气预热器，排烟温度149锅炉效率90。锅炉底部和除尘器的排灰比例为80：20。炉底排灰应用了灰冷却器（STRLPPER COOLER）其中由水冷壁构成的灰箱，锅炉主给水引出一分支来冷却，出水再并入主给水，底部进风将炉膛排入的灰流化，使用定向喷嘴将粗粒排出，细灰返回炉膛。两家公司的产品有一个共同点均使用外置旋风分离器，根据AHLSTROM的统计92年西方市场销售的CFB炉均为外置式旋风分离器。AHLSTOM与FW在其他方面的独到之处现分述如下。 2.3.3锅炉受热面的统计根据美国拜特尔（BATTELLE）实验室的研究，无外部热交换器的CFB锅炉床温主度要由下列因素决定：1）燃料的释热率。2）燃烧中烟气带走热量。3）燃烧室中的受热面布置，主要是水冷壁。4）烟气或固体颗粒对受热面的传统系数。5）烟气或固体颗粒与燃烧室的温度差。上述各项中1）与2）随锅炉容量增大而上升，3）却不然，锅炉容量增大，总输入热量与受热面的比例倒反而下降，可采用如下方法解决：增加燃烧室高度，改变长宽比；炉顶采用过热器，扩展受热面，改变循环倍率。 AHLSTROM和FW公司在某项目220TH炉的报价中具有明显的上述特征。特征公司名称AHLSTROMFW汽包中心线高度337M 437M燃烧室截面99M497M1067M427M炉顶吸热炉膛中部布置管过热器炉膛出口布置加热蒸汽 旋风分离器扩展受热面膜式水冷壁膜式不冷壁 蒸发受热面吸收排灰热量 调节负荷调节风速，改变换热率调节风速，改变换热率2.3.4燃料粒度的决定国内流化床锅炉运行的一个问题是燃料粒度达不到要求，而按多少来设计，特别是分级的要求往往确定不准。一般来说对燃用低灰份的煤可采用较大颗粒尺寸，燃用高灰份的煤宜采用较小的粒度。对某种AY38.6的煤。AHLSTROM提出的煤粒径为010mm，最佳的分级要求应为S型中间多，两头少，粒径大的不能多，因大粒径在炉膛底部易引起超温结焦和缺氧从而产生较多的CO。FW公司提出了分级曲线从中可看出粒径5mm的占80。为了达到这一粒度，在破碎系统中选择了美国一家公司生产的环锤破碎机，一段破碎，破碎机中大于筛孔的大粒石头由机内可排出。燃烧中加入石灰石的粒度分级是影响脱硫率的一个重要因素，但石灰石的优劣及燃烧温度也将影响CaS和脱硫率。AHLSTROM曾对含钙（Ca）及孔隙率不同的石灰石作了试验要保证同样的脱硫率，不同质量的石灰石需要不同的CaS。运行时对炉内温度的控制对钙硫化的影响，一般均选择CaS=2的数值作为额定值，但在运行中应注意石灰石质量的变化和控制炉膛温度。 2.3.5受热面的磨损及防止流化床锅炉的燃烧工况中，固体颗粒对受热面的磨损是一个十分重要的问题。国外各个锅炉厂商都经历了不断改进完善的过程。目前防磨技术日趋成熟。保证了锅炉的稳定运行。快速床要比慢速床磨损厉害，试验表明磨损量与烟速的三次方成正比，目前有的制造厂在易磨损的部位应用喷涂或堆焊技术，在钢管表面加上CR或STELITE钨铬钻合金。AHLSTROM和FW公司在炉膛底部的密相区，炉膛顶烟气转弯处，旋风分离器及J阀等部位主要应用了防磨销钉和专用防磨耐火材料的技术。FW公司在防磨技术上有如下特点：1）炉膛设计成平底，炉膛内无 突出的部件烟气流上升及大物料下落均垂直。2）在炉膛底部的密相区四周水冷壁上焊接不锈钢防磨销钉，数量90100个M2，钉高38MM在销钉与水冷壁之间充填防磨导热材料，烘炉时烧结成型。 3）旋风分离器也在内部焊有防磨销钉，销钉高51MM销钉与水冷壁之间充填防磨导热材料。制作时整个旋风分离器分成4块，焊完销钉后，充填防磨材料，烘干成型运到现场组装。由于是汽冷壁结构，减少了保温厚度，与传统结构相比有明显优点。大大减少了启动时间。 4）开发专门的防炉材料，在炉内使用的防磨导热材料中掺有细的不锈钢丝。AHLSTROM在炉膛中部设有管过热器。这种设计虽然对吸收热量，减少锅炉整体尺寸有利（同是220t/h炉比FW的低10米），但也面临磨损问题。在早期的锅炉出现问题，一是在穿墙部位，二是在管的下部，现在设计做了改进，在管穿墙位置循环物料流动的通路无任何变形或突出部位。防止了喘动，见图15在管的四周壁上使用一种坚硬的防磨材料，防止了磨损，这对目前国内在炉膛内布置有受热面的炉型是很好的借鉴。 2.3.6炉膛干排灰系统 炉底部的排灰是控制床层厚度，调节燃烧的需要，回收850排灰中的热量又提高锅炉效率的手段，干排灰又是综合利用的要求，国内目前没有一套应用在CFB炉上的干排渣系统运行，国外在早期设计大多采用水冷螺旋输送机，目前仍在运行，由于这是种热的转动设备易出现磨损和其他机械故障，设计中一般都考虑设备或出力备用，现在经改进的第二代风冷却干排灰装置已使用，这一设备的主要设计思想就是设计成熟状态下工作的机械设备。AHLSTROM设计的底灰冷却器，整个灰冷却器是一个隔热的小室，底部布置风箱及风帽，炉膛内的灰由位差流入到灰冷却器，由底部进风使灰流化，粗粒径的灰由底部的旋转星型阀控制排放，阀门有空气密封，防止气体回流，细灰可返回到炉膛，排灰温度250左右。FW设计的排灰冷却器STRIPPER。结构上与炉膛底部相似，相当于一个小鼓泡床由小冷壁围成STRIPPER的冷却区。 锅炉主给水的一旁路接入，出水再并入主给水，整个装置内壁衬有防磨材料，底部是定向喷嘴及风箱。STRIPPER分成三个区，一区是排放回收区，二、三是冷却区，每一个区有独立调节的风系统，接自一次风，炉膛的灰先进入一区，粗粒排出，细灰回收返回炉膛，进入二三区的灰径鼓泡及移动将热量转到水及风中，落灰管由旋转阀控制，排灰及送风协调动作，控制整个排灰量。STRIPPER具有如下的功能：1）将大粒径的灰 渣清除并且控制密相区浓度，以免大粒径煤不易流动而升温，使床层发生深渣结焦，破坏了运行工况。2）适合较细的灰再返回，参加循环。3）起到控制床层厚度的作用。4）加入的水吸收热量，加入的风也吸收热量，并作为整个燃料-空气平衡的一部分，排出的热风作为二次风吹入炉膛。2.4 其他国外公司2.4.1德国Lurgi公司德国Lurgi公司是世界上最早从事循环床燃烧锅炉研究与开发的公司之一，在长期大量生产和试验的基础上，形成了独具特色的循环床锅炉技术。德国Lurgi、美国ABB-CE、法国Stein同为Lurgi型CFBB，采用Lurgi技术。1992年,德国Lurgi、Lentjes和Babcock等3家公司将各自在燃煤流化床燃烧技术方面的业务合并，成立了LLB公司专门从事循环床锅炉的开发与工程应用，拥有Lurgi型和Circofluid型循环床锅炉技术，居国际领先地位。 采用Lurgi技术生产循环床锅炉的还有美国ABB-CE公司，法国Stein公司等。这两家公司在Lurgi型循环的大型化发展方面取得了令人瞩目的业绩。 1985年，首台大型Lurgi型循环床锅炉(德国Babcock公司制造)在德国Duishburg电站投运，容量为270th(100MW)。1990年，由美国ABB-CE公司生产的500t/h(185MW) Lurgi型循环床在美国TexMex电厂投运。1995年，由法国Stein公司生产的700 t/h (250 MW) Lurgi型循环床锅炉在法国Gardanne电厂投运。这些锅炉都是当时世界上最大容量的循环床锅炉。法国通用电气阿尔斯登斯坦因工业公司引进了鲁奇公司的循环流化床锅炉技术，它从一开始就致力于大型循环流化床锅护的产品开发工作、199