為解決平煤礦區上百年開采而堆積的煤矸石所產生的環境污染，同時為降低運行成本，走資源綜合利用的道路，我們決定對廠1號鍋爐進行應用循環流化床燃燒技術的改造。要求改造之后鍋爐出力不變，并具備燃燒摻有煤矸石和劣質無煙煤等低熱值燃料的能力，富通新能源銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的木屑生物質顆粒燃料。
一、循環流化床燃燒技術簡介
該技術是近20年來發展起來的一種新型燃煤技術，主要工作原理是利用在流化床中存有一定量的沸騰熱物料，當燃煤被送入燃燒室后，迅速被熱物料加熱、著火、燃燒。其中較大的顆粒在流化床上沸騰燃燒，較小的顆粒隨煙氣夾帶出流化床而懸浮燃燒，通過分離器后被收集下來，由返料裝置再送回燃燒室燃燒。如此循環往復，直到燃盡。優點如下。
1．對燃料的適應性好。可以燃用煙煤、無煙煤、煤泥、煤矸石或摻入一定比例的煤矸石的混合燃料，粒度在8mm以下。
2．燃燒效率高。由于燃煤在爐內反復循環燃燒，延長了煤粒在爐內的停留時間，燃燒充分，可以使飛灰及爐渣中含炭量比煤粉爐大大地降低。
3．清潔燃燒，保護環境。由于流化燃燒屬于低溫燃燒，密相區溫度900℃左右，可有效減少氮氫化物的生成和煙氣對臭氧層的破壞作用。對于高硫煤種，可以通過添加石灰石進行爐內脫硫，既可降低二氧化硫的排放，還可減輕鍋爐尾部受熱面的腐蝕和酸雨的形成。
二、改造內容
本次改造是在原煤粉爐基礎上改為循環流化床鍋爐。改造技術采用美國巴威公司最新的第三代循環流化床鍋爐的設計思想。總體上保留了原鍋爐的布置方式，即自然循環、π形布置、前吊后支、汽包位置不變、鋼架基本不變，改造工作量較少。結合原爐膛高度和分離器的布置方式，采用了較低的循環倍率，主要改造內容如下。
1．爐膛及水冷壁
鍋爐改動最大的部分即為爐膛。原爐膛截面尺寸為6 336x6 336 (mm)，改造后側視為上寬下窄的倒錐形。前后水冷壁全部更換，采用∮60 x4(mm)膜式壁結構，節距90mm。后水冷壁下部向前彎曲構成布風板，風帽焊在膜片上與兩側墻水冷壁一起構成水冷風室。兩側水冷壁全部更換為∮60x4 (mm)、節距64mm的鋼管，管子之間加焊圓鋼，保證了爐膛的密封。為保證足夠的蒸發受熱面，在爐膛內布置有兩組水冷壁隔墻，這是原煤粉爐所不具有的。改造后爐膛受熱面積586m2，比改造前增加了10%。爐膛改造后容積647.4m3，比改造前減少近8%。
2．灰分離循環系統
鍋爐采用兩級分離，內循環加外循環系統。在爐膛出口處布置有四排凝渣管，錯列布置。在管兩側壁上按一定夾角焊接有一定數量的長方形翅片，每單片尺寸為400x100 (mm)，由此構成一級分離器。采用撞擊式分離原理，屬高溫分離，分離煙氣中較大的顆粒。分離下來的物料沿后水冷壁處16只~110mm管口，靠重力作用下降到爐膛下部，進行內循環過程。
二級分離器采用下排氣旋風分離原理，屬中溫分離，數量兩臺，布置于轉向室處，分離煙氣中尚未被分離的顆粒。二級分離器分離下的物料經灰斗、回料管、四只L型回料閥返回爐膛內，形成外循環。
3．一、二次風系統
鍋爐的一、二次風分別來自于新增的一、二次風機。占總風量60%的風量作為一次風，經空予器進入流化床下方的水冷風室，再經布風板、風帽進入爐膛參加密相區的燃燒。布風板為膜式水冷壁結構，面積l7.97m2，風帽為耐熱不銹鋼制成，節距90x90 (mm)，風帽上開有小孔，有16孔、9孔兩種，因其安裝位置不同而選用不同的風帽，總計1 383個。40%的風量作為二次風從爐膛密相區上部的28個噴口（其中前、后墻各上下兩排，每排七個）進入燃燒室。
4．給煤排渣裝置
爐采用正壓給煤，三臺刮板式給煤機布置于爐膛前墻外，電機功率7.5kW，每臺輸煤量15m3/h。給煤裝置上設有播煤風管和密封風管，給煤口尺寸+300x400 (mm)。
本爐排渣裝置設有三根∫219xl0 (mm)排渣管，通過放渣來控制流化床上物料厚度。經設備考察和對比決定，在中間的排渣管下聯結一臺型號為HBSL-1-5的水冷式冷渣器，采用除鹽軟化水為冷卻介質，冷卻渣量為5t/h。冷卻后渣溫在60℃左右。其余兩根排渣管直接放熱渣，水沖降溫后裝車運至渣場出售。
5．其它部分
原煤粉爐省煤器、空氣預熱器均為兩級布置，改造后均為一級布置。省煤器管組采取加裝蓋板的防磨措施。
過熱器基本未做變動。調溫系統仍采用自冷凝噴水減溫器。由于流化床自吹能力強，原煤粉爐在過熱器區域的兩臺蒸汽吹灰器拆除，不再使用。
另外，本爐爐膛后水冷壁下部增加了三只床上啟動燃燒器，向下傾斜45°角伸入爐內，供冷態啟動時使用。新增一套爐煤的破碎、篩分系統，保證入爐煤粒在8mm以下。為適應環保要求，還對原水膜除塵器進行了改造，增大了除塵面積。同時整個系統還預留有脫硫裝置接口。
6．改造后鍋爐主要技術參數
額定蒸發量130t/h，過熱蒸汽壓力3.82MPa，過熱蒸汽溫度450℃，汽包工作壓力4.22MPa，給水溫度170℃，熱風溫度172℃，排煙溫度137℃，循環倍率10，臨界流化速度1.23m/s，分離器總分離效率98.75%，鍋爐熱效率88%，設計煤種按劣質無煙煤與矸石，其比例為1:1.4。
三、運行中的問題及處理措施
1．爐膛密相區處水冷壁管多次發生磨損泄露，位置分別位于前、后墻上二次風口區域和啟動燃燒器在伸入爐膛區域處。原設計在密相區四周水冷壁管上敷設有厚度50mm的耐磨澆注料，高約3.5m。采取措施將易磨損區域處澆注料加高500mm、加厚50mm。同時將燃燒器伸入爐膛部分沿墻體切除，四周敷設耐磨澆注料。之后此處水冷壁管磨損泄露現象基本不再發生。1年后實測該處水冷壁厚度在3.7～3.8mm之間。
2．原設計給煤裝置為螺旋給煤機。由于1號爐實際燃煤灰份更高（達55%以上），水分高，曾多次發生因給煤機機械卡澀、電機跳閘而運行不正常的情況，甚至造成壓火停爐事故。后將螺旋給煤機更換為刮板式給煤機，較好地解決了給煤不暢的問題。
3．運行初期發現二級分離器回料不正常，分析原因是分離器效率低、L型回料閥易堵灰。在每只分離器內部各加裝一臺圓環形百葉窗式分離格板，內外徑分別為∮1624mm、∮1970mm，高2 635mm，每臺30只葉片。同時將L型回料閥更換為U型閥，增大分離器下部灰斗面積。通過處理，二級分離器回料基本正常。
4．原設計在低溫段過熱器之后即為二級分離器入口，由于受尺寸限制，兩者距離不足200mm。煙氣通流面積在此由6100x3 500(mm)縮小至2200×1 800 (mm)、煙速由7m/s激增至35m/s左右，造成低溫段過熱器磨損嚴重而泄露。嚴重時低溫段過熱器受熱面約40%被切除。采用措施：整體更換低溫段過熱器，增大“低過”與二級分離器入口之間距離為500mm，并將過熱器每組迎向煙氣側第一根和倒數第一、二、三、四根管子上加裝厚5mm的防磨蓋板。該措施有待實際運行檢驗。
四、總體評價
1．燃料的適應性
從1號爐運行看，可燃用熱值在12～24MJ/kg的煤種。但從效果上看，在燃用高熱值煤種時運行反而不好，主要因為灰濃度低，循環倍率下降，影響傳熱，同時成本也上升。較佳熱值在15MJ/kg左右的劣質煤，燃燒穩定。若從資源綜合利用來考慮，則燃用12MJ/kg熱值的煤種（已摻有相當比例的煤矸石）效果較好。一方面成本下降，另一方面爐渣量上升，銷售后可收回一定資金，但此時磨損也在加大，鍋爐放渣相當頻繁，工人勞動強度增高。
2．鍋爐效率
在部分低溫段過熱器管子因磨損泄露而切除后，實際熱效率為82.12%，爐渣含炭量(Clz)為2.08%，飛灰含炭量(Cfh)為24.87%（原因是測量時二級分離器當時分離效果差，平時飛灰含碳量Cfh在8%左右）。這就造成固體不完全燃燒熱損失(q4)較大。通過對“低過”以及二級分離器進行改進后，熱效率還會有上升的余地。
3．環保指標
原有除塵設施經過改造后，可滿足環保要求。由于仍預留有脫硫裝置接口，在燃用高硫煤時還可進行煙氣脫硫。改造前后各項指標對比，見表1。
4．抗磨損問題
從實際運行來看，該爐自風帽、各級受熱面、二級分離器均不同程度存在磨損問題，這也是CFB鍋爐最常見也是很難處理的問題，若不能較好的解決將制約CFB鍋爐的推廣使用。除采用常規檢修手段外，還應從設計和新材料、新技術等方面予以考慮。
五、結論和建議
綜上所述，1號爐具有燃料適應性廣、較高的熱效率和環保效益好的特點，該爐年利用煤矸石在18萬t以上，燃用熱值在12MJ/kg(低于規定值12.54MJ/kg)左右的劣質煤及煤矸石，完全符合國家關于資源綜合利用電廠的要求條件，達到了預期的改造目標。在通過有關部門認證后，還可享受到其他優惠政策，具有很好的發展前景。
建議從以下幾方面來進一步完善CFB技術的應用。
1．設計。考慮符合現場實際的更加合理的系統布置方式以及應對磨損的解決方法。
2．制造安裝。考慮CFB鍋爐燃料特點，保證輔助系統（如給煤，排渣、冷渣、除塵系統）能穩定工作。
3．新技術、新材料。考慮應用新的耐高溫防磨涂料及噴鍍、噴涂金屬材料等手段來重點解決各受熱面的磨損問題，富通新能源銷售生物質鍋爐，同時我們還大量銷售木屑顆粒機壓制的木屑生物質顆粒燃料。
