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1、 75吨循环流化床锅炉工况优化初探讨摘要循环流化床锅炉是近二十年我国发展起来的一种新型的燃烧设备。与其他燃煤方式的锅炉相比其具有高效、低污染、清洁燃烧等特征,决定了它的发展空间非常巨大。总体来说,循环流化床锅炉具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点,而且低温燃烧、床层反复脱硫导致低NOX、SO2排放,燃料多次循环促使炉内湍流运动强烈,燃烧效率接近煤粉燃烧,因此在国际上得到迅速的商业推广。我国目前的环保要求日益严格,在电厂的负荷调节范围较大、煤种多变、原煤直接燃烧比例高、燃煤与环保的矛盾日益突出的情况下,循环流化床燃烧技术已经为首选的高效率低污染的新型燃烧技术。但是循环流化床锅
2、炉与其它锅炉相比，磨损比较严重。循环流化床的锅炉中，有许多部件是在高固体颗粒浓度的不断冲刷环境下工作的。这些部件的磨损问题日益突出，严重影响了锅炉机组的安全经济运行。本文根据循环流化床锅炉的燃烧特性，对循环流化床锅炉的磨损及其布风装置、炉膛水冷壁、炉内各受热面、尾部受热面等方面采用的防磨措施进行了初步的探讨。关键词：循环流化床锅炉；受热面；磨损；防磨AbstractCFB boilers are nearly 20 years of Chinas development up a new types of combustion equipment. And other forms of coa
3、l-fired boilers to its efficient, clean, clean combustion characteristics, decided its huge space for development. Generally speaking, the CFB boilers with fuel adaptability, load regulation performance and Ash Comprehensive Utilization of the advantages of easy, and low-temperature combustion, repe
4、atedly bed desulfurization leads to low NOx, SO2 emissions, fuel cycle repeated campaigns to promote strong turbulence furnace, combustion efficiency close to pulverized coal combustion, Therefore the international community promote rapid commercial. China currently has increasingly stringent enviro
5、nmental requirements in the plant load adjustment is large coal volatile, the proportion of direct combustion of coal is very large, coal and environmental protection are increasingly conspicuous circumstances, Circulating fluidized bed combustion technology has been the first choice for the high ef
6、ficiency of new and cleaner technology. However, circulating fluidized bed boiler compared with others, more serious wear. CFB boilers, many parts of the high concentration of solid particles in the constant erosion of the working environment. These components wear problems have become increasingly
7、prominent, seriously affecting the boiler safety and economic operation. According to the circulating fluidized bed boiler combustion characteristics of CFB boilers and wear cloth device. Wall furnace, the furnace heating surfaces, such as the tail heating surface wear adopted measures for prelimina
8、ry discussion. Keywords : circulating fluidized bed boiler; Heating surface; Wear; Antifriction 目录第一章概述11.1 背景11.2 本课题研究工作的主要问题11.3 目前国内循环流化床锅炉生产现状及发展11.3.1 国内循环流化床锅炉的生产现状31.3.2 国内循环流化床的发展概况31.4 江化热点分厂锅炉锅炉生产现状与优化方案31.5 本课题的目的与意义31.5.1 本课题的目的41.5.2 本课题的意义4第二章 75T循环流化床锅炉的结构特性与各受热面磨损情况分析42.1 循环流化床锅炉的主要
9、结构特性42.1.1 Circofluid型循环流化床锅炉的结构性能52.2 目前锅炉生产运行中主要存在的技术问题52.2.1 Circofluid型循环流化床锅炉的工作特性52.2.2 循环流化床床料颗粒在流化床内的运动规律62.2.2.1 颗粒在流化床内主要受到以下作用力62.2.2.2 烟气颗粒在流化床内分布规律62.3 锅炉受热面磨损情况统计分析62.3.1 布风装置磨损情况分析72.3.2 炉膛水冷壁磨损情况分析72.3.3 炉内各受热面磨损情况分析72.3.3.1 省煤器磨损情况分析82.3.3.2 过热器磨损情况分析92.3.3.3 蒸发管磨损情况分析92.3.3.4 尾部受热面
10、磨损情况分析103.4 总结12第三章 提高75T循环流化床锅炉总体效率的途径123.1 锅炉热效率的计算123.2 改善锅炉各受热面磨损提高设备运转率143.2.1 布风装置磨损的改善143.2.2 炉膛水冷壁磨损的改善163.2.2.1 防止炉膛下部敷设卫燃带的水冷壁过渡区的管壁磨损的对策163.2.2.2 防止前后墙密相区水冷壁磨损的对策163.2.2.3 防止不规则管壁磨损的对策183.2.3 过热器、省煤器磨损的改善183.2.4 蒸发管磨损的改善183.2.4.1 防止穿墙管磨损的对策183.2.4.2 防止弯管部分磨损的对策193.2.5 尾部受热面磨损的改善193.2.5.1
11、从受热面结构布置上分析193.2.5.2 从烟气流动特性分析193.2.5.3 防止一级省煤器磨损的对策203.3 改善锅炉的结构特性提高锅炉的燃烧效率203.3.1 锅炉效率的现状分析及计算203.3.2 锅炉的燃料特性和流化风速对燃烧效率的影响203.3.3 改进原煤破碎设备22第四章 结论21致谢23参考文献29英文文献翻译291：文献原文29 (1)Coal-Fired, Circulating Fluidized-Bed Boilers in Action29（2）Why Build a CFBB to Generate Steam and Electric Power302：译文：
12、30（1）燃煤循环流化床锅炉运行情况30第一章 概述1.1 背景锅炉受热面失效（Boiler Tube Failure，缩写为BTF）问题（一般也称为“四管爆漏”问题），在热电生产中一直被列为第一位的设备事故，同时也是一直制约着锅炉机组的设备使用率和效率的一大难题，并且曾经有28年保持在我国热电厂事故率第一这个位置上，因此严重的影响到了锅炉的安全生产问题。而国外新机组投产后第一年的平均等效可用率可达90%左右，如美国Gavin电厂#1机组74年投用、Zimmer电厂#1机组91年投产分别达到了92.3%和91.4%。我国沙角B厂两日本日立制造的350MW机组，在投用运行近10年，至今一共爆管停
13、炉不超过10次。这些机组可用率高固然与煤质的符合设计要求和运行人员素质高等有关，但很重要的一个原因就是设备质量好。先天的不足，后天的失调，也是我国许多热电锅炉受热面失效率高的根本原因。本文对江西化纤化工有限公司（热电分厂）现有的两台中温分离Circofluid型循环流化床锅炉及一台高温绝热分离Pyroflow型循环流化床锅炉。投用以来的使用运行情况（主要是受热面失效导致设备运转以及锅炉效率低的情况）进行简单的分析和研究。江西化纤化工有限公司是一以主要生产聚乙烯醇（PVA）等化工产品的公司。其下主要又分；有机分厂、热电分厂和动力分厂。其中热电分厂与动力分厂主要是为有机分厂提供隐形产品（蒸汽、电等
14、）用于有机分厂生产。江化热电分厂中的两台Circofluid型锅炉即1#和2#号炉以及一台Pyroflow型锅炉即3#炉，这3台锅炉都是75/T循环流化床锅炉。这里的3台锅炉在生产运行所产的高温蒸汽（蒸汽压力为5.29MPa，蒸汽温度为450oC）先带动两台发电机进行发电，经过发电机组后的蒸汽（温度大约在200 oC左右）被送去有机分厂用于PVA的生产。但是其中1#和2#炉自97年投产以来锅炉的运行工况一直比较差，投产运行不到一年炉膛内的主要受热面就出现了因磨损造成的频繁爆管导致的锅炉事故，其后几年锅炉也是同样的经常性的出现爆管停炉的现象，甚至1#炉在一年中竟然出现过多达82次的停炉现象，从而
15、造成紧急停炉。严重的影响了生产的稳定。3#炉于2004年投产，投产之初因风帽的选形以及风道布置等原因出现了不均，造成了锅炉难以稳定运行。并且底料的含碳量偏高，严重的影响了锅炉的燃烧效率。其中1#、2#炉的设计效率为90.33%而它的实际生产效率仅为80%左右，3#炉的运行工况也远偏离了它的设计工况。根据上面的介绍不难发现江化热电分厂的75T循环流化床锅炉在运行中存在的主要问题（受热面磨损较为严重），这些问题也是造成生产效率不高的一大主要原因。然而，在实际的生产运行中还存在各种其它的因素，使得锅炉的运行无法达到一个令人满意的水准。比如煤质达不到设计的要求，工作人员的自身操作水准不高等。而至于炉体
16、的本身特性以及锅炉的辅助设备的不协调这对生产的影响就更大了。因此如何对运行状况进行改进同时又与生产不脱节，这里就必须加强理论的研究与实际想结合，使得研究成果能更有效的利用到生产中。1.2 本课题研究工作的主要问题从上面可以初步的了解江化热电分厂中3台锅炉的基本情况，该厂的 Circofluid型中温分离和Pyroflow型高温分离循环流化床锅炉，都是我国分别引进芬兰奥斯龙公司和德国鲁奇公司的成熟技术，但是由于我国对循环流化床锅炉研究起步较晚，不管是理论研究还是实际使用上都存在很多的不足，就拿公司现在运转的Circofluid型循环流化床锅炉，它属于我国引进外国技术在国内优化制造的第一代循环流化
17、床锅炉，因受当时国产辅助设备的约束，以及对循环流化床的感性认识的不足，公司当时也没有关于这方面的技术人才，因此在生产过程中仅通过以前对其他类的炉型经验来操作此炉，给锅炉的健康带来了很大的伤害。这些也是造成现在锅炉的实际使用效果不理想，运行工况远偏离设计工况，严重的影响了公司的生产。本文着重对锅炉运行中受热面失效现象进行分析探讨，参照国内外成熟的理论依据和经验，总结该厂锅炉的实际运行、维护经验，在锅炉实际生产不受影响的前提下，对锅炉的辅助设备、关键金属部件、关键部件特别是各受热面，提出相对较为有效的改进措施，逐步的提高锅炉的健康状况，使得锅炉的设备运转率以及锅炉的燃烧效率有所改进，从而综合的提高
18、效率。1.3 目前国内循环流化床锅炉现状及发展 针对循环流化床锅炉（英文缩写为CFBB）的研究，西方国家发展比较早，我国对循环流化床锅炉的研究开始于80年代，从90年代开始逐渐应用与工业生产中，从90年代末至今得到了广泛应用。循环流化床是新一代高效，低污染清洁燃烧技术。其主要特点在于燃料及脱硫剂经过多次循环，反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈。不但能达到低NOX的排放，90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广，负荷调节性能好，灰渣易于综合利用。因此早工业生产中得到了迅速的发展。1.3.1 国内循环流化床锅炉的生产现状我们知道我国循环流化床锅炉的发展起步较晚。虽
19、然经过了多年的发展研究已经取得了很大的成果，但我国许多的循环流化床锅炉的使用用户依然被锅炉由于存在操作技术和设备的设计、制造、安装等方面的原因，使得锅炉的实际运行中常出现一些问题，致使锅炉不能正常运行。下面是锅炉运行中主要出现的问题； 锅炉出力不足；目前 CFBB 存在的主要问题是达不到额定出力。影响出力的因素很多, 主要表现在:循环倍率低, 突出的是高温分离器达不到设计效率。设计煤种与锅炉实际燃用煤种差别太大。锅炉设计时燃烧份额分配不合理, 或者是运行中燃烧调整不当, 影响锅炉物料平衡和热量平衡,从而影响了锅炉出力。锅炉辅机和配套设备是否适应 CFBB 的特点对锅炉的影响也很大, 特别是风机
20、的流量和压头选择不当, 必将影响锅炉出力。磨损问题；由于 CFBB 的高颗粒浓度和高运行风速, 锅炉部件的磨损是比较严重的。若分离器效率不高或运行不正常, 还将引起对流受热面的严重磨损。磨损问题分为两种: 一种是受热面管子; 另一种是耐磨材料。前者只要控制好烟气速度就可以避免。后者的磨损在 CFBB 中较为常见, 严重磨损区为分离器入口、分离器旋风筒的入口正对面、分离器出口烟道上部。这都是因为颗粒浓度较高的气流冲刷很容易造成磨损, 设计和施工中应选用合适的材料。分离器和回料器问题；分离器存在两个主要问题: 一是分离效率低; 二是磨损严重。目前应用较广的高温分离器有旋风分离器和惯性分离器, 尤其
21、以旋风分离器为主。它结构简单, 压降低和分离效率高; 而惯性分离器其结构简单、费用低, 但存在技术上的问题, 分离效果较旋风分离器差, 在新设计的锅炉中基本上被淘汰, 仅在旧锅炉改造中应用。回料器的问题主要是运行可靠性不好, 甚至有堵灰现象。控制回料器返料速度, 是保证 CFBB 稳定、高效运行不可忽略的因素。目前, 国内大多采用L 型回料器, 其缺点, 料封高度大, 易串风, 不但影响返料量, 而且还影响分离器效率。实践证明: U 型回料器比 L 型好, 回料量大, 且便于控制, 料封高度不大。床面结焦问题；实际运行中, 因床温过高导致床面结焦, 流化燃烧工况被破坏, 影响锅炉正常运行。引起
22、结焦的原因有以下几种:运行中一次风量太小,低于最小流化风量,使物料不能很好的流化而堆积, 炉膛温度场改变, 悬浮段燃烧份额下降, 锅炉出力降低, 若盲目加大进煤量, 会造成炉床超温而结焦。燃料制备系统选择不当, 燃料级配过大, 粗颗粒份额较大, 造成密相床超温而结焦。在运行中由于风帽损坏, 使局部流化不佳,部分床温升高导致结焦。煤种变化过大, 燃煤挥发份过低, 炉膛下部密相区容易产生过多的热量, 使床层温度升高而结焦。造成这种状况的原因有设计问题, 也有制造、安装、运行等方面的问题。这些也是我国现在循环流化床锅炉运行中的主要问题。 1.3.2 国内循环流化床的发展概况在我国, 循环流化床锅炉（
23、英文缩写CFBB） 基础研究、工程应用等均落后于国外。由于近年来国内 CFBB 市场急剧扩大, 国内主要锅炉厂从市场需求出发, 采用自主开发、国外引进及引进技术的消化吸收相结合的技术路线, 与著名高校研究所广泛合作, 结合实际工作开展研发工作,总体水平已达到国外 20 世纪 90 年代中期的水平。以下为我国循环流化床锅炉发展的几大主要途径。 清华大学洁净燃烧技术国家工程研制中心；清华大学跟踪国际上出现的水冷方型分离器,成功地开发了具有独立知识产权的水冷异型分离CFBB, 该炉型具有结构紧凑、密封性能好、分离效率高、重量轻、启动时间短等优点, 且也有易于大和大型化生产的潜力等。由清华大学与哈尔滨
24、锅炉厂合作完成的 440 t/h 超高压再热 CFBB (135 MW)已于 2003 年 7 月通过了科技部的验收。 浙江大学；率先开发了下排气旋风分离器循环床锅炉。此炉型在水平烟道与尾部竖井烟道相连接的换向室中布置下排气旋风分离器, 将水平烟道与尾部竖井烟道整装为一体, 使锅炉具有典型的“”型布置, 具有结构紧凑、深度小、易于大型化等优点。 国电公司西安热工研究院；该院是我国引进第 1 台 100 MW CFB 锅炉 (四川内江高坝电厂) 示范工程的主要技术支持单位之一, 在 CFB 锅炉的设计及调试方面有着丰富的经验。2002 年, 国电热工研究院和哈尔滨锅炉厂合作研制的国产第一台 41
25、0 t/h 级 CFBB 在江西分宜投运, 取得了成功。该院还深入细致地研究了国外的外置式换热器, 并开发了专利技术分流式回灰换热器, 它采用了气力分流方式, 将有可能应用于国产 200 MW 及 300 MWCFB 锅炉上。 中国科学院热物理所；该所也是国内最早从事 CFB 锅炉研究的单位之一, 已经在 CFB 燃烧技术各个方面特别是布风流化、分离技术和循环返料系统、系统集成与控制等关键技术方面形成了一批具有我国特色的专利和技术成果。首台 130 t/hCFBB 在 2000 年 9 月点火试运行, 410 t/h 大型 CFBB 是国内首台利用自主技术设计的大容量锅炉。下一步发展具有中间再
26、加热420 t/h (125 MW) CFBB, 最终将具备开发 1 025 t/h(300 MW) CFBB 的能力。目前, 在更大容量方面, 国内三大锅炉企业合作, 共同引进了 Alstom 公司 1025 t/h(300 MW)容量级 CFBB 的制造技术。上锅已在生产的 300 MW 容量级(1 0251 065 t/h)CFB 锅炉有 3 台; 而哈锅和东锅也已分别接受了 6 台 1 025 t/h (300 MW)CFB 锅炉订单。由上述可知, 从引进到自行设计制造, 近年来我国 CFBB 发展迅速, 在 CFBB 大型化方面已取得了可喜的发展, 与世界水平的差距正在逐步缩小。1.
27、4 江化热电分厂锅炉生产现状与优化方案江西化纤化工有限公司热电分厂中的3台循环流化床锅炉投用时间较早，特别是1#和2#炉，当时循环流化床锅炉作为一种新型的锅炉，公司内部也没有这方面的技术人员，从而导致在生产过程中，操作人员仅凭简单的培训来进行摸索操作，这不仅给锅炉自身健康带来了很大的伤害。同时也是使得现在的生产效率一直提不上去的主要原因。近几年虽然对锅炉的操作管理上有了较大的改进，锅炉工况有所改进（因受热面等其他原因造成的紧急停炉事故也由以往的每年40次/炉逐步减少到了现在的没年15次/炉。锅炉的效率也因此提高了12个百分点）。但是锅炉的总体效率与其设计效率还是存在很大差距的，现在生产中锅炉的
28、效率也只能达到80%，而其设计的锅炉效率是在90.33%，在加上设备运转率低下造成锅炉的总体效率低给生产带来了很大的影响。也正因为在这样的环境下，锅炉结构特性发生了很大的改变，如锅炉内部各受热管发生了很大的错位，这就造成锅炉内部形成烟气走廊，从而引起严重的磨损现象造成爆管，这是造成锅炉被迫紧急停炉的一大主要原因，同时锅炉主体上（保温、隔热等结构）发生了很大的腐蚀现象，使得锅炉密封性存在很大问题，这也造成了锅炉的热效率不高。当然除了这些因种种原因造成的江化热电分厂现如今生产现状外，江西化纤化工热电分厂的这3台锅炉同样也经常性的出现现代循环流化床中经常出现的问题，以下就是江化热电分厂在生产过程中容
29、易出现的且对生产具有一定影响的各类锅炉故障引起的生产问题。布风装置的磨损情况；主要使得布风装置的布风效果不好，影响流化效果，造成局部结焦。锅炉受热面磨损情况；这里的受热面包括炉内各受热面管束如各水冷壁。过热器管束、省煤器管束、蒸发管束以及尾部受热面的磨损。这些都是容易造成锅炉出现爆管事故的原因。锅炉运行中底渣、飞灰的含碳量较高。点火过程的操作比较繁琐，考虑的问题比较多。冷渣器的排渣状态影响了流化床锅炉的运行可靠性。容易发生堵煤和床温不均匀故障。原煤颗粒大小与锅炉设计要求的颗粒有一定的差距，使得锅炉的流化效果不佳以及料层、炉膛温度难已控制。锅炉的密封存在很大的问题，使得锅炉热效率难以提高。根据江
30、西化纤化工有限公司热电分厂中循环流化床锅炉自身的特性以及生产的需要，本文以国内外成熟的理论依据以及实际经验为指导，在总结江化热电分厂的实际运行、维护经验对锅炉的辅助设备、关键金属件、关键部位提出以下改善方案。主要从两个方面对锅炉进行优化；一方面减少锅炉受热面的磨损，提高锅炉设备运转率。另一方面改善锅炉的流化特性，调整运行降低锅炉底渣、飞灰含碳量，提高锅炉燃烧效率。从而达到综合优化的目的。具体的实施方案又分为以下几个方面； 以工厂锅炉的实际为依据，根据有利的理论经验，确定易磨损的部位，采取加盖防磨瓦、防磨涂层的措施改善锅炉的磨损情况。 改进循环灰系统，使之调节床温后多余的循环灰直接送入除尘设备，
31、从而降低尾部受热面所处区域的烟气浓度。 改进原煤破碎设备，使原煤粒径接近设计要求达到兼顾优化流化和降低烟气流走的目的，从而有利于减小受热面的磨损提高燃烧效率。 改进风帽结构，使料层充分流化有利于提高燃烧效率。 合理使用混煤，提高资源的利用和锅炉的燃烧效率。1.5 本课题的目的与意义1.5.1 本课题的目的根据江西化纤化工有限公司（热电分厂）的3台循环流化床锅炉的实际生产情况，前面也已经对锅炉运行中常出现的问题做了一个简单的总结，本着对这些长期捆扰公司锅炉生产效率的问题，主要以国内外现有的比较成熟的理论依据以及他们的生产经验，从循环流化床锅炉的气固两相流动特性以及循环流化床锅炉的燃烧机理和传热、
32、传质机理来分析锅炉受热面磨损情况严重以及料层流化不充分造成的燃烧不充分的原因，提出一个标本兼治的方法，解决锅炉或因机组的运转率不高或锅炉的热效率不高问题，使锅炉的运转率与锅炉的热效率在可调节范围内达到一个合理的优化点，也就是说在改善锅炉的防磨性提高锅炉设备运转率的同时锅炉的热效率也能达到一合理的要求。这样在提高了锅炉设备运转率和锅炉热效率的同时也使得它们处在一个较好的结合点，从而提高锅炉的综合效率改善生产情况。1.5.2 本课题的意义本课题的目的主要是解决江化热电分厂锅炉机组出现的几个典型问题，它的主要目的还是为了更好的生产，而对于这次课题的探讨研究的意义，一方面可根据公司的实际生产出现的许多
33、问题以及检修过程中经验心得，提出一个有效的改进措施，希望能在循环流化床锅炉方面给其他用户提供一点参考。另一方面我国在循环流化床这一领域虽然起步较晚，但是在近十几年里关于对循环流化床锅炉的研究开展了不少，也取得了不少的研究成果，然而对于锅炉出现的问题中较为系统研究的比较少，这一般也与研究条件的限制有关。特别是在实际的生产中，它需要的是能使生产得到改善，在生产过程中能够明显的表现出来，这就在一定的程度上造成了研究与生产二者之间脱节，因此，研究工作必须加强与实际相结合，使得研究成果能够更好的利用与生产中。第二章 75T循环流化床锅炉的结构特性与各受热面磨损情况分本文主要是对江西化纤化工有限公司热电分
34、厂的两台75T循环流化床锅炉即1#、2#炉进行研究分析。这两台锅炉是96年开始投建，98年正式运行的两台中温分离Circofluid型循环流化床锅炉。循环流化床锅炉发展至今已有多种不同的流派和形式。其中最有代表性的是芬兰奥斯龙（Ahlstrom）公司的Pyroflow型循环流化床锅炉，德国鲁奇（Lurgi）公司的循环流化床锅炉，美国迪特利（battelle）的多固体循环流化床锅炉以及德国Babcock公司的Circofluid型循环流化床锅炉。但不管是Pyroflow型循环流化床锅炉还是Lurgi型循环流化床锅炉都存在几个不足之处，采用的都是高温绝热旋风分离器，分离器入口烟气温度到达900oC
35、以上，为了适应高温运行环境的需要分离器最内层为100150mm厚的耐高温耐磨材料，中间一层为200300mm厚的绝热保温材料，最外一层为分离器的护板。按一般的要求护板的温度不应超过50oC，这样必然造成整个循环灰的分离、返料系统庞大，增加锅炉的制造以及建厂投资的成本。并且在使用有些煤种容易在分离器以及返料系统发生二次燃烧的现象而造成结焦，影响锅炉的正常运行，同时分离器以及返料系统中的耐磨耐高温的浇注料太厚势必影响锅炉的启动速度，以及负荷的变化速度。增加了启动、负荷变化的迟缓性。稍有操作不当就会造成浇注料的开裂、坍塌，造成整个返料系统瘫痪迫使锅炉减负荷或停炉。Pyroflow型循环流化床锅炉及L
36、urgi型循环流化床锅炉采用的均是高流速势必会加速了分离器以及受热面的磨损。为了弥补Pyroflow型循环流化床锅炉及Lurgi型循环流化床锅炉这两方面的不足，德国Babcock公司提出自己设计的Circofluid型循环流化床锅炉，目的是继续发挥循环流化床锅炉燃烧效率高和燃料适应性广的特点，同时避免采用结构复杂，能耗大的高温旋风分离器，并克服床内流速较高而引起的磨损及耗能大的缺点。Circofluid型循环流化床锅炉特点是；炉子下部是湍流流化床，并且在密相区不布置埋管受热面，一次风与二次风的比例是6%和4%。一次风通过床下燃烧器以及布风板进入炉膛，流化床料为底料提供足够量的空气和动力，二次风
37、为满足理论空气量的要求而设置，用以保证炉膛出口氧量在3.5%以促使CO的燃尽，提高燃烧效率减少机械未完全燃烧损失。悬浮段中气流速度为34m/s，以保证颗粒有足够的时间停留在炉膛以促进煤的燃尽。从而有利于磨损的减少。二次风以上的炉膛内按照烟气走向，依次布置了屏式过热器、管式过热器、蒸发受热面、省煤器。经过这些受热面的传热后，烟气温度降为400oC以下，进入分离器在这种温度环境下的分离器以及返料系统完全可以采用5075mm的耐磨砖代替高温绝热旋风分离器中厚度高达400mm的耐磨绝热层，护板外层在采用外保温，这样的结构显得尤为紧凑。此外由于采用了较低的循环倍率，悬浮段中固体颗粒浓度也较底，这样可减少
38、阻力损失。2.1 循环流化床锅炉的主要结构特性 图1-1 Circofluid型循环流化床锅炉的结构简图1 煤斗；2石灰石斗；3高温过热器；4低温过热器；5高温省煤器；6床层；7二次风；8 一次风；9炉膛；10中温旋风分离器；11固体物料回送装置；12低温省煤器；13空气预热器；14送风机；15布袋除尘器：16引风机；17流化床排渣管；18分离器排灰管；19除尘器排灰管；20汽包；21屏式过热器；22烟囱；江西化纤化工有限责任公司因生产需要于96年建设安装了两台中温分离循环流化床锅炉，该型锅炉是国内锅炉制造厂家引进美国瑞丽公司的技术生产的Circofluid型循环流化床锅炉。此循环流化床锅炉在
39、我厂于98年初正式投入生产，在短短的一年内就陆续多次的出现炉管破裂现象，造成被迫的紧急停炉。给生产的稳定性带来了严重的影响，经过对破管位置的分析，发现炉管磨损严重，由此得知炉管破裂主要是因为炉管被严重磨损变薄后强度急剧下降而造成的破管，为了更有利与分析炉管磨损严重的原因，先把该锅炉的结构，性能介绍如下。 2.1.1 Circofluid型循环流化床锅炉的结构性能 锅炉为室内布置，由前部及后部两个竖井组成。前部竖井为悬吊结构，四壁由膜式水冷壁组成，自下而上依次为一次风室、浓相床、悬浮段、蒸发管、高低温过热器及高温省煤器，尾部竖井采用支承结构，布置低温省煤器及管式空气预热器，两竖井之间由两个并列的
40、旋风分离器相连通，分离器下部接回送装置，及灰冷却器，燃烧室及分离器内部均设有防磨、耐高温内衬，前部竖井采用敷管炉墙，后部竖井采用轻型炉墙，后部竖井采用轻型炉墙，由八根型钢柱承受锅炉全部的重量。锅炉采用床下点火，分级燃烧，一次风率为50%，正常运行时密相区为湍流床，床温始终控制在860oC左右，这样既有利于石灰石与燃料中的硫发生反应，达到最佳的脱硫效果，有造成了低温缺氧的燃烧环境，降低了NOx的生成量，在这一区域，燃料中大部分热量被释放，未燃尽的碳颗粒进入悬浮段，在二、三次风造成的氧化区内继续燃尽，悬浮段烟气温度可达980oC左右。高温烟气夹带着固体颗粒向上依次经过蒸发管、高低温过热器和高温省煤
41、器管束，80%的热量被吸收，烟气温度被降至400oC后进入旋风分离器出来的烟气流经尾部竖井，热量被低温省煤器和空气预热器吸收，烟气温度下降到140oC后排出锅炉。锅炉采用干式出灰，灰的排放有三个途径，一是通过密相区底部的排渣管，经水冷螺旋出渣机排放，二是通过分离器下部的灰冷却器排放，三是作为飞灰被除尘器收集排放。2.1.2 锅炉技术经济指标1、 锅炉规范；额定蒸发两75T/h过热蒸汽出口压力5.29MPa过热蒸汽温度450oC给水温度150oC锅炉的工作压力5.66MPa2、 设计燃料及石灰石； 燃料粒度要求最大颗粒度不超过10mm其中99%应小于8mm其中50%应小于1.5mm其中30#应小
42、于1mm 石灰石成分 CaCO3 (98%) MgCO3(2.5%) 不反应物（8.0%） H2O（0.5%） 石灰石粒度最大不超过2mm；其中50%应小于0.2mm3、 技术参数；锅炉设计效率90.3 %排烟温度145 oC空气预热器进口风温40 oC空气预热器出口风温202 oC锅炉燃料消耗量4.328 Kq/s锅炉的飞灰份额35 %锅炉本体烟道总阻力3132 Pa锅炉本体风道总阻力 一次风 二、三次风17900 Pa5050 Pa回送装置送风阻力42200 Pa4、 主要尺寸及数据；锅炉中心线标高28450 mm顶板上标高31000 mm最高点标高 32000 mm主汽出口集箱标高165
43、00 mm主给水入口集箱标高21760 mm锅炉宽度（左右里柱中心距）8200 mm锅炉深度16700 mm锅炉的最大宽度 13200 mm锅炉的最大深度21260 mm2.2 目前锅炉生产运行中主要存在的技术问题根据前面的介绍不难发现，江化热电分厂的两台Circofluid型循环流化床锅炉在生产过程中主要存在的技术问题就是炉壁和各受热面磨损以及入炉煤颗粒度问题。这些是在生产过程中影响生产稳定进行的主要原因。在这里可以根据Circofluid型循环流化床锅炉的工作特性以及烟气颗粒的分布、受力和运动规律来分析为什么会出现这些问题。2.2.1 Circofluid型循环流化床锅炉的工作特性循环流化
44、床锅炉在燃烧方面与传统的煤粉炉、链条炉存在显著的不同，循环流化床的燃烧区分两大区域，下部的密相区和上部的稀相区，密相区空隙很小，它起到稳定床温的作用是为煤的燃烧提供着火源，为保证床温的稳定以及煤的稳定燃烧，密相区的料粒始终处于流态化状态，这也是循环流化床锅炉稳定运行的前提条件。流态化过程；当流体（空气）向上流过颗粒层时，其运动状态是变化的。流速较底时颗粒静止不动，流动只在颗粒之间的缝隙中通过。当流速增加到某速度之后，颗粒不在由分布板所支持，而全部由流动的摩擦力所承托。此时，对于单个颗粒来讲，它不再依靠其它邻近颗粒的接触而维持它的空间位置，相反在失去以前的机械支承后每个颗粒可在床层中自由运动，就
45、整个床层而言具有许多类似流体的性质，这种状态就被称为流态化。颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最底速度，称为临界流化速度。为了保证循环流化床锅炉的正常进行，从布风床底部通过风帽进入炉膛的一次风必须达到一定的风速才能使底料达到临界速度。2.2.2循环流化床床料颗粒在流化床内的运动规律。流化床燃烧过程中煤粒以及床料均是分散相，尺寸有大有小且形状各异，加之煤粒进入高温流化床层后的破碎、挥发份释放、着火所致的变质量运动现象。因此颗粒受力情况复杂，这也导致了床内颗粒复杂的运动规律，下面对床内颗粒作个简单分析。2.2.2.1颗粒在流化床内主要受到以下作用力； 运动时的阻力阻力公式: FD=0.22 Rp
46、|VgVp|( VgVp) VP : 颗粒速度 Vg : 流体速度 RP : 颗粒球形半径 : 流体密度从以上公式可见颗粒运动时阻力与颗粒大小，流体与颗粒相对速度的平方成正比，当然实际的两相流中颗粒所受阻力还与流体的性质等因素有关。 重力与浮力颗粒所受重力； FG=1/6dp3粒g流体施加在颗粒上的浮力； FA=1/6dp3气g dp : 颗粒直径 粒 : 颗粒密度 气 : 气体(流体)的密度 颗粒旋转向上的升力颗粒旋转主要来自于;炉膛内风速梯度的存在使冲刷颗粒力量不均匀颗粒形状不规则造成受力不均匀煤粒之间的相互碰撞摩擦颗粒在受到以上主要的力的作用，而决定其运动规律，实际运行中当一次风量较小的
47、时，料层颗粒与流体之间相对摩擦产生的上升力小于自身重力时，床层处于固定状态，只有当一次风量大于某一值时（临界风量值），上升力则克服重力和阻力的作用而使燃料层开始类似与液体一样向上翻滚。这种状态也就是前面循环流化床工作原理时提到的流化状态。这种流化状态为循环流化床锅炉稳定燃烧提供了前提条件。2.2.2.2烟气颗粒在流化床内分布规律通过对床内颗粒受力分析，浙江大学岑可法等对颗粒在循环流化床上部运动规律进行了研究，结果表明颗粒被流化后，小颗粒随气流上升，同时颗粒碰撞又会向下运动，使得总体运动趋势是向下。因为在重力和碰撞等产生的阻力作用下，大颗粒的运动情况与小颗粒不同，一些大颗粒上升到一定高度后就趋于下落，所以床内存在大量颗粒往返。这也是循环流化床锅炉区别与其他锅炉的一大特征。同时也有研究表明在二次风以上的区域（主要受热面布置在此区域）炉膛径向颗粒分布规律为：从炉膛中心开始沿径向烟气颗粒浓度分布越来越密，烟气流速从炉膛中心开始沿径向越来越小，烟气颗