1、前言
中國科學院工程熱物理研究所長期從事循環流化床鍋爐的研究和開發，1 991年開始與無錫華光鍋爐股份有限公司合作開發75t／h循環流化床鍋爐，并實現了批量生產。2002年開始了130～480t／h等級的循環流床鍋爐的合作開發。本文將介紹由兩家共同開發的150t／h高溫高壓循環流化床鍋爐的設計原則、技術特點和鍋爐的運行情況，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、150t／h高溫高壓循環流化床鍋爐
2.1 鍋爐設計參數、總體性能及布置
2.1.1 鍋爐的基本性能參數
額定蒸發量 150t／h
額定蒸汽壓力 9. 82MPa
額定蒸汽溫度 540℃
給水溫度 215℃
一次熱風溫度 201℃
二次熱風溫度 207℃
冷風溫度 20'c
排煙溫度 132℃
鍋爐效率 90. 44%
2.1.2 鍋爐燃用煤種
鍋爐燃用煤種為山東淄博貧煤，元素分析如下：
收到基碳 46.55%
收到基氫 3.06%
收到基氧 6.11%
收到基氮 0.86%
收到基硫 1.94%
收到基灰分 32. 48%
收到基水分 9. 00%
干燥無灰基揮發分 18. 50%
收到基低位發熱量 4233 kcal／kg
2.1.3 鍋爐的整體布置
鍋爐采用高溫高壓蒸汽參數、單汽包自然循環、2根集中下降管、平衡通風、汽冷旋風分離器、兩級噴水調節汽溫和常規過熱器包墻的結構。圖1為該鍋爐簡圖。
鍋爐采用支吊結合的固定方式，運轉層標高為7000mm。三個給煤口位于爐膛前墻水冷壁下部，三個排渣口位于爐膛底部布風板上，其中的兩個排渣口與滾筒式排渣機連接。
鍋爐采用了一個汽冷渦殼式高效旋風分離器，它位于爐膛出口和尾部豎井煙道之間，旋風分離器筒體采用整體膜式汽冷壁結構，管內流動介質為鍋筒出來的飽和蒸汽。旋風分離器下的一個返料器將旋風分離器分離的物料送回爐膛。返料器的流化風由羅茨風機提供。
鍋爐采用床下點火啟動方式，兩只床下燃燒器布置在一次風箱的后墻。燃燒器由油槍、高能點火器組成。
鍋爐整體呈左右對稱布置，支吊在鍋爐鋼架上。
鍋爐基本尺寸：
鍋筒中心標高 36.7m
鍋爐運轉層標高 7.Om
鍋爐左、右柱中心寬度 9.4m
鍋爐前、后柱中心深度 21.3m
爐頂大板梁標高 41.Om
2.2 鍋爐技術特點
2.2.1 鍋爐爐膛
爐膛水冷壁采用膜式壁結構，水冷壁管的規格為∮60×5mm，節距為80mm，懸吊于鋼架的頂部橫梁上。水冷壁由兩根集中下降管供水，由連接管與前墻、后墻和側墻下集箱連接，水冷壁上集箱經汽水引出管與鍋筒連接，其中前墻水冷壁和后墻水冷壁進入一個匯集集箱。
爐膛下部是密相區，前后墻在底部向中間收縮，形成水冷布風板和水冷風室。水冷布風板的管規格是∮60×5mm，管節距為160mm。為防止水冷壁磨損，爐膛下部四周水冷壁和布風板上均敷設耐磨可塑料，從管中心到耐磨可塑料壁面的厚度為80mm。爐膛上部靠近前墻布置了三片汽冷屏，在屏的下部也進行了防磨處理，采用密焊銷釘和敷設耐磨可塑料。
為保證鍋爐長期連續運行的可靠性，放渣管采用了水冷結構，冷卻水接入了鍋爐的自然循環水系統中。
2.2.2 旋風分離器
鍋爐采用了渦殼進口型式的汽冷旋風分離器，采用了比較低的煙氣進口速度，使煙氣阻力減小，分離效率達到非常高的水平。汽冷旋風分離器由上、下環形集箱和膜式壁管組成，它是過熱器的一部分。采用汽冷旋風分離器具有如下優點：
(1)分離器內襯的耐火防磨層厚度比較小，管子外側則采用輕型保溫結構，所以熱慣性小，鍋爐啟停和變負荷速率較快，分離器的整體重量大幅度減少，簡化了整體支吊結構。
(2)內壁采用很薄的高性能耐火防磨層，具有良好的導熱性能，材料不易損壞、不易開裂和脫落，大大減輕了鍋爐維修量。采用汽冷分離器的某130t]h循環流化床鍋爐至今己運行4年，其汽冷旋風分離器內的耐磨層沒有維修過，比絕熱旋風分離器有很強的優勢。
(3)旋風分離器內煙氣湍流強烈，后燃現象不可避免，汽冷旋風分離器的吸熱可有效降低旋風分離器和返料器內的溫度。
2.2.3 尾部煙道
高溫過熱器和低溫過熱器均為純對流型、順列逆流布置，均采用二管圈布置。高溫過熱器材料為12CrlMoV，最上一排管圈采用鋼研102。低溫過熱器下級材料為20G，上級材料采用了15CrMo材料。高溫過熱器和低溫過熱器由省煤器懸吊管支吊。整個過熱器部分的煙道采用了過熱器包墻，密封性非常好。
省煤器布置在低溫過熱器下部區域，由省煤器管夾支吊。整個省煤器分成三個管組，均采用膜式壁結構、單管圈繞制、錯列布置。省煤器的進出口聯箱全部布置在煙道里面，避免了由省煤器管的穿墻帶來的漏風現象。
空氣預熱器采用臥式結構，分為三流程，順排布置。煙氣在管間縱向流動，空氣在管內流動。一、二次風的冷風風道分別從爐后方向引入，熱風風道從爐前方向引出。
2.2.4 可靠的膨脹密封設計
由于循環流化床鍋爐循環系統內存有大量的循環灰，尾部煙道內的負壓較高，因而鍋爐的膨脹和密封設計顯得尤為重要，具體的設計原則如下：
(1)鍋爐深度方向上的膨脹零點分別設置在爐膛后墻水冷壁管的中心線、分離器的中心線和尾部煙道的中心線上，寬度方向上的膨脹零點設置在爐膛中心線上。垂直方向上的膨脹零點都設在鍋爐頂部。
(2)旋風分離器與爐膛、回料器、尾部煙道之間均采用了非金屬膨脹節，既消除了膨脹差產生的位移，又嚴格保證了密封。
(3)爐膛水冷壁、汽冷旋風分離器和尾部過熱器煙道包墻均為膜式壁結構，具有良好的密封性。水冷壁和過熱器包墻四周外側沿高度方向設置剛性梁，以增加水冷壁剛度和承受爐內壓力的波動能力。省煤器的進出口聯箱布置在煙道里面，爐墻的密封結構得到簡化，也減少了煙氣泄漏。
(4)鍋爐的給煤管和二次風進風管上均設置了不銹鋼金屬膨脹節。床下啟動點火燃燒器和返料器采用恒力彈簧支吊。
2.2.5 鍋爐的防磨措施
循環流化床鍋爐的防磨結構歷來是著重考慮的問題。在進行150t／h高溫高壓循環流化床鍋爐的設計時，根據我們長期的研究結果和積累的實際經驗，采取如下防磨措施。
(1)在爐膛底部易磨損區域采用密集銷釘并敷
設防磨材料。在防磨層和光管的交界處采用水冷管向外讓的結構。
(2)上部爐膛出口側和后側水冷壁管處采用銷釘并敷設防磨材料。
(3)爐膛上部水冷壁光管區域不布置測點，所有溫度和壓力測點均布置在有耐磨層的區域，以防止由于水冷管讓管造成磨損。
(4)高溫汽冷旋風分離器的內側面及入口通道采用了耐磨可塑料防磨。
(5)尾部豎井內的受熱面管子兩邊彎頭處設置阻流板，防止形成煙氣走廊。各段受熱面首排管子設有防磨護板。
3、150t／h高溫高壓循環流化床鍋爐使用情況
山東巨能電力集團金玉米開發有限公司位于山東省壽光縣，主要生產賴氨酸和淀粉，生產需要大量的蒸汽。2002年12月該廠從無錫華光鍋爐股份有限公司訂購了一臺150t／h高溫高壓循環流化床鍋爐。該項目于2003年5月開始動工，鍋爐的安裝單位是江蘇溧陽市金馬工程總公司，電廠的設計單位是河北邯鄲市北冶建設工程設計有限公司。一次風機、二次風機和引風機為濟南風機廠設計制造，靜電除塵器由浙江諸暨市天地環保工程有限公司設計制造。
山東巨能電力集團金玉米開發有限公司原有2臺無錫華光鍋爐股份有限公司設計制造的75t／h中溫中壓循環流化床鍋爐，他們對于鍋爐的調試運行有著豐富的經驗，因此150t／h鍋爐的調試就由他們自己進行。
150t／h高溫高壓循環流化床鍋爐從2004年1月4日首次啟動后就達到了滿負荷，過熱蒸汽的參數全部達到設計值，并連續滿負荷運行到2004年2月6日（論文截稿止）。爐膛、返料器的煙氣溫度基本一致。
150t／h高溫高壓循環流化床鍋爐具有較高的燃燒效率，根據初步的化驗結果，在燃用淄博貧煤時，爐渣的含碳量在1%～2%，飛灰的含碳量在6%～8%。底渣和飛灰的活性較好，含碳量低，全部就地利用，用作水泥摻和料，不需配備堆放灰、渣的專用場地，不會造成新的污染，綜合經濟效益顯著。
5號鍋爐已經順利投運，現在開始進行6號鍋爐的安裝，仍然是無錫鍋爐廠生產的150t／h高溫高壓循環流化床鍋爐。
4、結論
中國科學院工程熱物理研究所和無錫華光鍋爐股份有限公司進行了150t／h高溫高壓循環流化床鍋爐的研制，并在山東開發有限公司成功地投入了運行。初步的運行數據表明該爐完全達到了設計要求，進一步考驗還有待于長期運行結果。
該鍋爐結構簡單、緊湊，充分考慮了鍋爐的密封和膨脹密封等問題，它匯集了兩家單位多年從事循環流化床鍋爐的豐富設計、運行經驗，是優質高效的鍋爐產品，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，而且還銷售木屑顆粒機壓制的生物質鍋爐專用生物質顆粒燃料。
相關生物質鍋爐顆粒機產品：
1、生物質蒸鍋
2、秸稈壓塊機
3、木屑顆粒機
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