一种节能环保型循环流化床锅炉开发设计

2.2.2水冷系统

（1）炉膛水冷壁

根据定态设计理论的原则，考虑到合理的炉膛流化速度，炉膛截面尺寸设计为8610mm×4530mm，呈长方形结构，炉膛设计流速控制在5m/s以下，以提高燃料的一次燃尽率。同时在炉膛的中前上部布置有屏式蒸发受热面。沿炉膛水冷壁高度方向上布置刚性梁（含三层止晃导向装置），以增加整个炉膛的刚性和抵抗炉内正压燃烧引起的水冷壁变形。

主燃烧室工作温度870~910℃，由于烟气携带大量循环物料，其热容量很大，故整个炉膛温度较均匀，利于燃料和石灰石的混合，兼顾低氮燃烧，降低污染物排放。

锅炉前后水冷壁下部密相区处管子与垂直线成一定夹角收缩，形成上大下小锥体。锥体底部是水冷布风板组成水冷流化床，布风板上布置低阻力、不倒灰钟罩式风帽，保证锅炉的低床压运行，实现节能目的。

炉膛中、上部，炉膛截面尺寸为8610mm×4530mm。采用让管及敷设耐磨浇筑料的方法防磨。

锅炉炉膛风帽、炉膛截面、炉膛让管的结构设计考虑了运行时低床压、低流速、低磨损，为锅炉低耗电创造了物质基础。锅炉的低床压配合高穿透力的二次风，达到最低的过量空气系数、合适的炉膛燃烧温度，为锅炉的低氮燃烧创造了条件。气力输送的脱硫剂，加强了燃料和脱硫剂的充分混合，配合冷灰调节炉膛燃烧温度，为锅炉的低硫、低氮、达标排放创造了条件。

（2）固定装置及其他

水冷壁全部重量都通过吊杆装置悬吊在顶板上。水冷屏则通过其出口集箱上吊杆悬吊在顶板上。为了运行和检修的需要，水冷壁上在不同高度设置了人孔、看火孔、温度测点、压力测点，水冷壁顶部设置了检修绳孔。

2.2.3过热器系统及汽温调节

锅炉采用悬挂管吊挂形式，在尾部烟道布置有对流过热器并配一级喷水减温器的过热器系统。其中，高温过热器位于尾部烟道的最上部，双管圈光管水平顺列布置；低温过热器位于高温过热器下部，共有二级，双管圈光管水平顺列布置；在低温过热器与高温过热器之间设置有一级给水喷水减温器进行气温调节。这种布置方式，烟气流动均匀，减少烟气涡流产生额外能量消耗.

2.2.4省煤器

省煤器布置在低温过热器之后，共有两级，单管圈水平错列、逆流布置。采用双侧进水、双侧出水，最大限度地降低水泵的电耗。省煤器通风梁支撑梁结构独立支撑在尾部护板的框架上。

2.2.5空气预热器

在省煤器后布置有三级空气预热器，管束卧式顺列布置，一次风和二次风管箱分别交错并列平行布置。一二次风空气预热器分上、中、下三个管箱，仅最末一级空预器管箱管子采用直径50mm×2mm的耐腐蚀的10CrNiCuP（考登管）。空气预热器的支撑通过箱形梁将其重量传递至锅炉尾部钢架上。

2.2.6燃烧系统设备

燃烧系统设备主要有给煤装置、布风装置、排渣

装置、二次风装置、床下点火燃烧器等。炉膛前墙布置3个耐压称重式密闭皮带（或链式）给煤机，以满足炉膛微正压燃烧的需要。布风板上均匀布置钟罩式风帽。

经过空预器预热的二次风由炉膛前墙、后墙分两层分别送入炉膛下部空间内以强化燃烧和供氧。

2.2.7石灰石脱硫装置

该锅炉创造性地在二次风管上设置了独立的石灰石接口。为了达到低硫排放标准，石灰石的粒径一般控制在0~2mm，同时控制流化床燃烧温度（一般应控制在870~910℃）。石灰石宜通过仓泵等设备单独由气力输送系统喷进炉膛，燃料及脱硫剂经多次循环，反复进行低温燃烧和脱硫反应，加之炉内湍流运动剧烈，Ca/S摩尔比为2~2.2时，可以使脱硫效率达到96%以上，SO2的排放量经过炉内脱硫即达到100mg/m3（标态）以下。

2.2.8锅炉脱硝系统

通过燃烧调整降低NOx排放主要有两种措施：一是控制燃烧过程中氧量的供给，从根本上抑制NOx的产生：二是采用合适的炉膛温度，降低热力型NOx的产生。

该锅炉采用低温分级送风的炉内低氮燃烧技术，在确保一次风满足床料流化需要的前提下，合理地将二次风管喷嘴沿炉膛高度方向分两层分别送入炉膛下部空间内。运行中通过调节一二次风的风量及上下级二次风的风量来控制燃烧，可以使燃烧始终在低过量空气下进行，从而大大降低了NOx的生成；

同时通过返料装置上设计的冷灰入口，通过炉外冷灰的量控制炉膛温度在870~910℃（这个温度主要兼顾SOx的排放），经过以上措施，在锅炉额定负荷下，氮氧化合物排放一般能够达到100mg/m3甚至70mg/m3以下。

由于炉内低氮燃烧技术的局限性，对于燃煤锅炉，采用改进燃烧技术可以达到一定的NOx效果，但满足国家将来的超低排放标准还有一定的差距。为了进一步降低NOx的排放，必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。因此，锅炉在设计时考虑了包括选择性非催化还原法（SNCR）和选择性催化还原法（SCR）、SNCR/SCR混合法工艺等接口和空间，以供用户选择。

2.2.9分离返料系统

分离器是循环流化床锅炉的核心组成部件，该锅炉采用高效绝热式旋风分离器技术，在炉膛出口并列布置两只绝热式旋风分离器，采用中心筒偏置方式及进口烟道下倾式结构，这样既结构简单，分离效率又高。

绝热旋风分离器与炉膛岀烟口之间、旋风分离器的返料装置与炉膛之间、绝热旋风分离器与分离器岀烟口之间分别装有非金属膨胀节，以补偿其胀差。

每个绝热旋风分离器料腿的下部均装有一个小风量、低压头、高流率的自平衡返料系统，以使物料顺畅地返回炉膛。

3、结束语

该锅炉已经在河南某地投入运行，在锅炉负荷165t/h工况下，锅炉炉膛温度为885℃，锅炉排烟温度约为132℃，过量空气系数为1.25，尤其是SOx的监测排放量为82mg/m3（标态），NO的监测排放量为65mg/m3（标态），达到国家标准要求的100mg/m3（标态）以下，而锅炉系统的自耗电低到了每吨汽9.4度，环保及节能效果明显。

锅炉其他各项参数也达到了设计要求，锅炉运行状况良好，说明在设计上比较成功，尤其是锅炉的低阻力风帽设计，相对较大的床面积及炉膛截面积设计，从结构上保证了锅炉的低能耗；锅炉的低床压运行，较低的一次风供给量和较高二次风流速，配合炉膛内的水冷屏设计及冷灰调温的理念，使锅炉运行达到了合适的炉膛温度，保证了锅炉较低污染物排放，为下一代节能环保型的循环流化床锅炉的开发设计提供一个有益借鉴。

文献信息

范高峰.一种节能环保型循环流化床锅炉开发设计[J].工业锅炉,2016,05:19-22.

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