循環流化燃燒具有燃燒效率高，易于在爐內實現脫硫和控制氮氧化物排放量，煤種適應性廣等一系列優點。長沙鍋爐廠早在80年代初就進行了循環流化床鍋爐的研究和開發，設計和制造的10~35t/h循環流化床系列鍋爐被廣泛應用于化肥、化工、小型發電廠。對于35t/h循環流化床鍋爐，長沙鍋爐廠有兩種結構形式：、-種是與清華大學合作開發的三回程下排氣的高溫旋風分離的循環流化床鍋爐；第二種是與哈爾濱工業大學合作開發的單回程中溫槽型分離的循環流化床鍋爐，在實際運行中都取得一定的成效，但是也存在
一定的由于本身結構難以解決的問題。如三回程下排氣的高溫旋風分離的循環流化床鍋爐，鍋爐熱效率高、飛灰含碳量低，但高溫旋風分離器易變形、高溫結焦、各個受熱面磨損嚴重、使用壽命短等問題難以解決；單回程中溫槽型分離的循環流化床鍋爐燃燒穩定、使用壽命長，但分離下來的細灰粒在爐膛停留時間短，飛灰含碳量偏高，鍋爐熱效率相對較低，在正常情況下燃燒效率比高溫分離的循環流化床鍋爐低5%，根據上述兩型鍋爐的優缺點，長沙鍋爐廣以35t/h循環流化床鍋爐為基型研制開發10~75t/h第二代循環流化床鍋爐，其鍋爐結構見圖1，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。
2、第二代循環流化床鍋爐設計簡介
2.1鍋爐結構和原理
在國外，應用循環流化床鍋爐主要是從環保的角度出發，采用低溫燃燒技術降低氮氧化物和二氧化硫的排放量。床料以石灰石顆粒為主，煤只占其中很少部分。飛灰主要是石灰石顆粒，含碳量相對而言較低。循環灰中殘碳的燃盡并不是主要矛盾。而在國內應用則以燃燒劣質煤，節約能源為目的。床料采用煤灰顆粒，煤只占其中很少部分。飛灰全部是煤灰顆粒，由于國內循環流化床鍋爐人多使用劣質煤，其揮發份較低，相對優質煤而言，燃料燃盡比較困難，大量的煤粒烤焦成難以燃燒的焦碳粒子，而且作為床料的煤灰中已經含有一定的殘余焦碳，因而飛灰中含碳量相對而言較高。所以，根據國內實際情況，如何充分燃盡飛灰中的殘碳，提高鍋爐熱效率，節約能源是設計的關鍵。
此新型鍋爐采用高溫慣性重力分離和中溫槽形分離兩級分離。本體布置在爐膛中，布置兩排膜式壁組成中隔墻，形成三回程燃燒室和燃燼室，其中燃燼室為二個回程；高溫慣性重力分離布置在U型燃燼室底部，同時設置了三個放灰點，根據灰中含碳量以確定排放和回送燃燼室中沉積灰。燃燼室后布置兩組過熱器，在過熱器后布置中溫槽形分離器，尾部布置兩級省煤器和兩級空氣預熱器。
2.2有效提高分離器分離效率和運行可靠性
眾所周知，循環流化床鍋爐循環的好壞直接影響鍋爐經濟運行，而其好壞很大程度上取決于分離器的分離效率。據資料介紹，循環流化床鍋爐分離器的分離效率均在95%左右。但是，長沙鍋爐廠通過對實際運行的物料測定，各類分離器單級分離均難達到90%以上的分離效率。為解決此問題，在此方案設計中，采用高溫慣性重力分離和中溫槽形分離兩級分離。根據試驗結果，第一級采用高溫慣性重力分離，分離效率為50%～60%，第二級采用中溫槽形分離，分離效率為80%—85%，兩級分離效率達到92%～95%。通過采用兩級分離的布置方式，有效提高分離效率。高溫慣性重力分離布置在U型燃燼室底部，分離槽四周布置了水冷壁，盡管燃燼室煙氣溫度在Boo～900t，但是沉降下來的飛灰經過分離槽中水冷壁管的冷卻，溫度降至60∞C左右，在分離槽中的飛灰不會產生二次燃燒、形成高溫結焦。同時，分離槽下部設置了三個放灰和回送點，根據灰中含碳量以確定排放和回送燃燼室中沉積灰。實際運行測試，此處分離下來的飛灰占總循環灰量的50%～60%。
中溫槽形分離器布置在過熱器后，煙氣溫度在500℃之間，分離元件材質要求不高，采用一般耐熱合金鋼制造即可。由于飛灰溫度較低，即使分離區有新鮮空氣泄漏進去+也不會產生二次燃燒、產生局部高溫形成結焦、阻塞回料通道、影響順暢回料導致不能正常循環。中溫槽形分離器分離效率較高，實測均在80%-85%，其分離下來的飛灰占總循環灰量的40%~50%。
2.3帶內循環的燃燒方式，點火成功率高，燃燒效果好
該型鍋爐布風系統采用碟形布風板、等壓風室、鴨嘴形定向風帽和帶導流板的直風帽。這種布風方式能在密相區形成內循環，顯著地加強了燃燒室密相區物料的橫向流動，物料混合強烈，新人爐的燃料能夠迅速在床料中擴散，均勻分布。爐膛密相區內的流化狀況好，溫度場均勻，不會出現死角產生局部高溫形成結焦。鴨嘴形定向風帽布置在碟形布風板四周，小孔風速設計為43m/s．小孔朝向由四周指向中央，可以把床內不能流化的大顆粒集中到中央，在這種過程中，大顆粒會發生相互碰撞，部分結合力弱的大顆粒因而撞碎成小顆粒。在布風板中央設有排渣口，不能撞碎和參與循環的大顆粒由此排出。因此，這種床內內循環具有一定的破渣和清除底部大顆粒的能力。對于密相區無法攜帶出去的大顆粒，通過這種床內內循環產生的破渣行為，將大顆粒撞碎成小顆粒后使得大顆粒中的碳等可燃物重新裸露出來，參與燃燒，降低了灰渣含碳量。實際測試結果均在3%～5%。這種布風方式點火初期流化好，不易結焦，點火成功率相當高。長沙鍋爐廠生產投運的循環流化床鍋爐都采用這種布風方式，廣泛分布在湖南湘維股份有限公司、山西臨漪化工總廠、山東青島堿業股份有限公司等全國幾十家用戶，根據新鍋爐調試及用戶長期運行過程中反饋的情況，事實證明，點火均一次成功，點火升溫快，勞動強度低。
總之，從燃燒角度講，這是一種比較理想的穩定、強化燃燒的布風方式。
2.4降低飛灰含碳量，提高鍋爐熱效率
循環流化床鍋爐的燃燒過程大致可以分為兩個部分，一是密相區燃料揮發份和不能攜帶出去的大顆粒燃料的燃燒，二是攜帶出去的細顆粒燃料的燃燒。對于第一部分燃燒過程， 由于密相區混合均勻、強烈，溫度水平較高，一般均在950℃左右，因而燃燒很好．燃盡率高達95%以上；而第二部分燃燒過程，由于攜帶出去的細顆粒燃料中可燃物成份大部分為焦碳，揮發份很少，燃燒和燃盡比較困難，必須保證較高的溫度、良好的混合和充足的停留時間才能夠燃燒好，溫度可以通過受熱面的布置來控制，混合和停留時間很大程度上取決于鍋爐的結構形式。對于單回程中溫槽型分離的循環流化床鍋爐而言，細顆粒在稀相區停留時間較短；雖然一般鍋爐均設有二次風，但是由于稀相區爐膛容積較大，爐膛中氣固混合物質量相當大，二次風所占份額較少，其能量難以攪動爐膛中氣固混合物，形成設想的切向圓旋流燃燒方式，混合效果比較差。對于三回程下排氣的循環流化床鍋爐而言，密相區出口截面急劇縮少，煙氣從爐膛后部流向前部，氣固混合物攪動劇烈，混合效果相當好。同時，由于布置了U型燃燼室，煙氣流向經過兩次1800的轉彎，并且在燃燼室的第一回程，煙氣經過先縮后擴，形成螺旋狀向下流動，煙氣擾動十分劇烈，延長了飛灰在燃燒室和燃燼室的停留時間，燃燒條件和效果很理想；缺點是由于在燃燼室中布置了下排氣的高溫旋風分離器，氣固分離過程中燃燒得到進一步強化，極易產生1000℃以上的高溫，引起結焦。
新設計中，綜合了兩者的優點并解決了兩者的缺陷，即保留三回程的結構形式，去掉容易結焦的下排氣的高溫旋風分離器，利用U型燃燼室的180。轉彎，在其下部布置分離槽作為一個高溫慣性重力分離器，同時尾部布置了一個中溫槽形分離器以補償高溫慣性重力分離器分離效率的不足。長沙鍋爐廠與湖南省節能設計中心聯合將湖南省辰溪電廠一臺35t/h拋煤機鏈條爐改造成此類鍋爐，實測飛灰含碳量在7%，熱效率高達86%。
2.5防止和減輕了磨損，提高了使用壽命
因受熱面的磨損引起爆管而被迫停爐的事故是循環流化床鍋爐的主要故障，約占故障發生率的70%。因此，解決磨損問題是保證鍋爐安全正常運行，提高使用壽命的最佳途徑。磨損跟飛灰濃度、灰粒硬度及煙氣流速有關，與飛灰濃度、煙氣流速的二分之三次方及灰粒硬度均成正比。在這三個因素中，除灰粒硬度不能調整外，其他兩個因素均可通過調整結構得到控制，以減輕磨損。新方案設計中，通過以下措施來解決磨損問題。
(1)采用厚壁管，迎風面焊防磨鰭片保護管壁，埋管順列排布，高位布置埋管。這種思路是將埋管布置在飛灰濃度相對較低、混合相對較弱處。這種結構可以保證埋管使用壽命在四年以上。長沙鍋爐廠1996年制造安裝在山西臨漪化工總廠的一臺25t/h、2.4MPa、400℃的循環流化床鍋爐，埋管采用∮50x5mm材質為20的無縫鋼管，防磨鰭片為5x12×2,00，材質為Q235-A。該鍋爐于1996年1 1月投運，年運行時間均在7200h以上，于2000年12月停爐檢查，埋管沒有發現明顯磨損，防磨鰭片與管壁間的魚鱗狀焊縫仍然清晰可見，測定壁厚均在3.8mm以上。
(2)對流過熱器受熱面煙氣流速設計在6m/s以下，第一排管子均加有防磨瓦片。實際使用效果良好，長沙鍋爐廠制造的帶過熱器的循環流化床安裝投運以來，除了個別地區因水質問題結垢過燒發生爆管外，沒有因磨損的問題而導致爆管。
(3)省煤器爆管也是循環流化床鍋爐易發生故障。有關資料介紹，循環流化床新鍋爐投運因磨損發生省煤器爆管的最短運行時間為一個月，長沙鍋爐廠也曾經發生過循環流化床新鍋爐投運因磨損發生省煤器爆管的最短運行時間為六個月。因此，在新方案設計中，一是煙氣流速設計在6m/s以下；二是管排前兩排迎風面全加防磨瓦片，彎頭和穿墻管處全部防磨；三是彎頭離爐墻距離盡量少，盡量減少此處煙氣流通面積，防止偏流和短路，爐墻設計加挑磚保護每組省煤器彎頭區；四是常規省煤器一般采用∮32x3的無縫鋼管，新方案中根據灰粒硬度與溫度成反比的關系，省煤器低溫段采用∮32xs的厚壁無縫鋼管。
3、結語
綜上所述，此方案不失為一種既保持高效節能，又運行可靠、使用壽命長的新型循環流化床鍋爐爐型。
