隨著經濟的發展和生活水平的提高，對城市集中熱水供暖的要求逐步提高。熱水供暖與蒸汽供暖相比具有節約能源、運行方便、維修量少等優點，近十幾年來在國內得到了迅速發展。隨著我國城市建設的加快和環保要求的提高，開發高效、環保型大容量熱水鍋爐勢在必行。采用清潔煤燃燒技術的循環流化床熱水爐的容量逐漸增加。目前，運行最大容量的為58MW。清華大學和無錫鍋爐廠在若干臺蒸汽鍋爐成功運行的基礎上，合作開發了116MW循環流化床熱水鍋爐。運行實踐表明，采用水冷卻的方形分離器循環流化床大容量熱水爐完全可以滿足城市集中供熱的頻繁啟動和壓火的需要，具有較高的經濟效益、環保效益，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。
1、鍋爐概況與特點
1.1設計思想
根據供熱鍋爐的變負荷和頻繁啟動的特點以及安全性要求，較高的可靠性和可用率是設計的核心指導思想。考慮到鍋爐安裝在市區，S02、NO。以及粉塵的排放應嚴格滿足環保要求。在此基礎上，兼顧最大可能地提高鍋爐效率，節約能源。另外，布置應緊湊美觀，結構簡單，便于安裝、運行和維修，盡可能為用戶創造方便條件。
1.2鍋爐規范
石家莊時光供熱公司安裝了2臺116MW水冷方形分離循環流化床熱水鍋爐。設計煤種為貧煤，見表1；設計參數示于表2。
1.3結構與布量
該爐結構布置簡單、緊湊，與我國傳統的煤粉爐型相似。鍋爐本體由燃燒設備、給煤裝置、水冷系統、水冷方形分離器、省煤器、空氣預熱器、鋼架、扶梯、爐墻等組成。鍋爐為單鍋筒橫置式強制循環，Ⅱ型布置。采用全鋼架結構，鍋爐總計3排柱（圖1）。鍋筒中心標高為38650mm，本體寬度（柱中心線）為9400mm，鍋爐深度（柱中心線）為14800mm，運轉層標高為8000mm。
循環流化床鍋爐爐膛和分離裝置內部的壓力較常規鍋爐高，再加上煙道及分離裝置的復雜連接，這對密封性能提出嚴格的要求。該爐自爐前向后依次布置燃燒室、分離器、尾部煙道，巧妙地將3部分結合起來成為一體，保持緊湊型布置，保證良好的密封性能，不用高溫煙氣膨脹節這一事故多發部件。高溫區采用全膜式壁密封結構，全懸吊型，固定膨脹中心。料腿與爐膛水冷壁合成一體膨脹，提高運行的可靠性，由于采用水冷分離方式，熱損失減少。高溫省煤器之前的所有爐墻均為膜式壁結構，吊掛處理；高溫省煤器包墻出口與煙道連接處采用了柔性膨脹節。低溫省煤器采用全護板輕型爐墻，膨脹用波型板密封。
前墻布置了4臺給煤機。鍋爐燃燒所需空氣分別由一、二次風機提供，一、二次風比與煤種有關，大致為流化一次風：播煤風：二次風為50：15：35。一次風經一次風空氣預熱器預熱后，由左右兩側風道引入爐前的水冷風室進口，流經安裝在水冷布風板上的傘骨形風帽進入燃燒室，保證良好的流化質量和密相區的燃燒；一部分一次風由播煤風口進入燃燒室，吹散燃料并保證揮發份燃燒需要的空氣；二次風經預熱后從布置在四周的二次風口進入爐膛，補充燃燒空氣并加強擾動混合。燃料在爐膛內燃燒產生的大量煙氣攜帶物料，經分離器的入口加速段加速，進入水冷方形分離器，煙氣和物料分離。分離的物料經分離器膜式壁延伸形成的水冷料斗和水冷料腿，流經U型閥返回爐膛；煙氣自分離器的中心筒進入分離器出口區，流經轉向室進入豎井對流煙道，經過高溫省煤器、低溫省煤器、二次風預熱器、一次風預熱器后排出。大渣由爐底水冷排渣管排出。通過調節給煤量、一次風和二次風量及其配比、床存量，可以很方便地調節床內溫度。
熱水鍋爐的水循環安全性是一個重要的問題，合理的水流程是鍋爐安全可靠運行的基礎。在設計中，低溫回水先進入熱負荷較高的水冷壁，依次流經水冷分離器、包墻管、下級省煤器、上級省煤器至熱水出口集箱。回水先流經水冷壁，由于進口水溫低，即使存在少量熱偏差，也不會造成汽化和過冷沸騰，而且回水先進入水冷壁再進入省煤器可大大提高省煤器的進口水溫，從而防止省煤器管壁結露和低溫腐蝕。各受熱面管均采用上行流程，水速均在合理的范圍之內，確保水循環安全可靠。
為保證停電時鍋爐的安全，爐膛水冷壁和鍋筒之間通過再循環管，停電條件下能形成自然循環。同時，采用全膜式水冷壁、水冷方形分離器，尾部采用水冷包墻結構，爐墻采用輕型敷管爐墻，耐火材料耗量極少，整個爐子蓄熱量小，在偶然停電的情況下，可以通過排放部分床料使鍋爐很快得到冷卻。另外，停電后鍋爐壓力升至一定值時，可以開啟幾個閥門放汽促進爐內水循環。
爐膛由膜式水冷壁構成，截面積約32m2，空塔速度約為4. 7m／s。燃燒室凈高約為26m，爐膛下部前后墻收縮成錐形爐底，前墻水冷壁延伸成水冷布風板，并與兩側水冷壁共同形成水冷風室。布風板水冷壁的鰭片上安裝風帽，風帽采用傘骨形風帽。在爐膛下部的密相床區水冷壁上密焊銷釘澆注耐磨爐襯，給煤口、返料口、風口均設有特殊的防磨措施，防止爐內管子的磨損。實驗和實踐都證明：它是既經濟有效的防磨措施，又有利于水冷壁的利用率。
根據燃料的特性，燃燒室設計工作溫度為約897℃。燃燒室中物料濃度和循環量較高，而物料的熱容量很大，爐膛上下溫度較均勻。爐膛出口布置兩個方形水冷分離器，由膜式水冷壁構成。分離器前墻與燃燒室后墻共用，其中燃燒室后墻的一部分向后彎制形成分離器入口加速段；分離器后墻同時作為尾部豎井的前包墻，該屏水冷壁向下收縮成料斗，向上的一部分直接引出吊掛，另一部分向前至燃燒室后墻向上，分別構成分離器頂棚和分離器出口區前墻；分離器兩側墻水冷壁向上延伸形成分離器出口區側墻，與分離器出口區頂棚包墻一道構成分離器出口區，直接與尾郝豎井的包墻相接，使燃燒室、分離器、尾部包墻連為一體，避免使用膨脹節，提高密封性能。水冷分離器膜式壁部分向下延伸，形成料腿的上半部分。
1.4關鍵部件
返料裝置是循環流化床鍋爐的關鍵部件之一。返料裝置由灰斗、料腿、U型閥構成。根據分離器的設置，采用2套返料裝置。灰斗由分離器水冷壁收縮而成，設有防磨內襯。料腿的上半部分是由分離器的膜式壁延伸形成矩形水冷結構，下半部分為直接吊掛在水冷料腿上的絕熱結構。
返料閥采用高流率的具有自平衡性能的U型閥。運行時只需打開送風門，使回灰暢通；負荷變動時，不需要調節風量，能根據回灰量的大小自動平衡，操作極其簡單、安全、可靠。
采用水冷布風板和水冷風室，為床下點火創造條件。熱煙氣發生器兩個，設置在爐前左右兩側的風室中。在冷態啟動時，床料溫度由室溫緩慢加熱升到煤的著火溫度，加煤著火后可關閉油槍給煤運行。啟動升溫速度應在5～10℃/min，冷態啟動約需2．
5h，每次冷態啟動用油It左右。
分離器是循環流化鍋爐的核心部件之一，它直接影響循環床鍋爐的性能。大量的實踐表明：該分離器的優異性能完全滿足循環流化床鍋爐對分離器的要求。尤其是頻繁啟動、壓火及負荷變化范圍較大且較快的熱水爐條件下，大熱慣性的分離器很難適應這一苛刻的條件。
由于分離器內承擔一定吸熱負荷，高溫物料在分離器雖有二次燃燒，但二次燃燒釋放的熱量可以及時得到冷卻，不會結焦，分離器工作穩定。同時，可以大大簡化結構設計，使分離器與鍋爐本體很協調地組合在一起，鍋爐極其緊湊。
借鑒國外水（汽）冷圓形旋風筒成功的防磨經驗，分離器膜式壁采用壁面密焊銷釘涂一層很薄的耐磨澆注料的方法，由于較薄并受冷卻，防磨材料工作在較低的溫度，具有更強的防磨性能。耐火材料較薄，重量輕，能縮短啟動、壓火時間，啟動和壓火速度不受較大熱慣性的絕熱材料對溫度變化的嚴格要求。
2、鍋爐運行概況
2.1鍋爐運行概況
第一臺鍋爐于2001年11月投入使用。由于供暖負荷隨著氣溫的變化比較大，鍋爐負荷變化頻繁且幅度大，每天要壓火兩次，典型的負荷見圖2。運行燃料變化較大，低位發熱量為12000～26000kj/kg，其中主要為22000kj/kg。鍋爐穩定地在50%～110%額定負荷下運行。在運行中，NOx排放濃度低于140mg/Nm3。燃燒效率高，燃用貧煤時飛灰含碳量為8%～10%；鍋爐密封性能好；循環灰量大，燃燒室上下溫度均勻；回灰溫度可維持與比分離器進口溫度相當（圖3）。由于燃料揮發份較低，后燃性較強，分離器中存在相當大的燃燒份額，分離器的冷卻作用使得分離器、料腿、返料裝置從未出現結焦問題。經過一個采暖季的運行，分離器內防磨材料和尾部煙道中的受熱面毫無損壞。鍋爐負荷調節較快，鍋爐現場調試時，負荷變化率在50%～110%時每分鐘為5%，50%以下時每分鐘為3%。鍋爐可在30%～100%負荷范圍內穩定運行，并有10%的超負荷能力。整個采暖季，鍋爐運行安全穩定，用戶對該爐的性能給予了高度評價。實際運行典型燃料示于表3，運行參數示于表4。各項技術指標均達到設計要求。
2.2分離器的分離效率
116MW水冷方形分離循環流化床熱水鍋爐運行后，為進一步完善設計，多次對該爐爐進行測試試驗。該鍋爐的分離器為4000mm×4000mm。對飛灰和底渣的粒度采用機械篩分法分析，見圖4、圖5。與130t/h的情況非常接近‘6]。 在本文中，灰渣的燒失量代表含碳量。飛灰的平均含碳量為9. 61%，底渣的平均含碳量為1．07%。對于不同粒徑顆粒含碳量的了解有益于提高燃燒效率。圖6、圖7是飛灰和底渣含碳量在不同粒徑段中的分布。飛灰含碳量較高的顆粒主要來源于一次通過爐膛而分離器無法有效捕集的細顆粒，而底渣的含碳量較高的顆粒主要是排渣中大顆粒攜帶的未燃盡的細煤粒。
2.3性能測試
通過一個采暖期的運行表明：該爐具有燃料適應性廣、燃燒效率高、負荷調節范圍廣、運行安全可靠等特點。2002年工業鍋爐產品質量監督檢測中心對該爐進行熱工測試。測試主要結果示于表5。
3、結論
采用水冷方形分離器的116MW循環流化床熱水鍋爐的運行實踐表明：
(1)該鍋爐結構緊湊、占地面積小，耐火材料消耗少且維修量低。
(2)燃料適應性強，密封性好。
(3)分離器和尾部豎井受熱面均無磨損。
(4)適應城市供暖頻繁啟動、壓火的苛刻條件，運行穩定，可用率高。
富通新能源不但銷售生物質鍋爐，而且銷售木屑顆粒機壓制的木屑生物質顆粒燃料。
