CFB锅炉概述

　　1循环流化床锅炉的工作原理

　　循环流化床(CFB)锅炉技术是七十年代发展起来的新技术，它发展的动力在于人类社会对环境保护的日益重视，作为一种清洁燃烧技术，其特殊的燃烧方式大大地减少了作为****主要大气污染源--燃煤电站的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)排放，即从根本上解决了酸雨问题。同时，循环流化床锅炉还具有燃料适应性广、负荷调节性好、燃烧效率高、投资和运行成本相对较低等优点，因此作为****上能源技术发展的三大方向之一，该技术在全****得到迅猛发展，不断地在工业锅炉和电站锅炉行业得到实践和发展。

　　流化是由气流以一定速度穿过布风装置上的物料，使物料颗粒通过与气流的接触而转变成拟流体的状态。流化床类别主要取决于床内气流的空床截面速度，随着气流速度的提高，气流对床内物料颗粒产生的曳力与作用在颗粒上的重力和浮力逐渐达到平衡，床内物料则由固定床状态经过鼓泡(沸腾)、节涌和湍流床状态达到快速流化床状态。

　　循环流化燃烧技术是在鼓泡流化床燃烧基础上发展起来的，循环燃烧方式与鼓泡床燃烧方式的根本区别在于固体物料能在流化床内实现多次循环燃烧。

　　鼓泡流化床是在气流空床截面速度低于2～3m/s的情况下运行的，此时床层具有明显的分接口。当气流速度增加并超过鼓泡速度后，床层开始膨胀，大量固体颗粒被抛入床层上方的悬浮空间，床层表面趋于弥散，此时已没有明显的分界线，但沿着燃烧室高度的增加物料浓度越来越低。循环流化床内气流速度一般在3.5～8m/s，床内物料混合强烈，流化稳定。床内物料被高速气流带出炉膛，在“气-固”分离装置中被捕集下来，然后由回料系统送入流化床内循环再燃。固体燃料经多次循环，燃烧效率高，高浓度含尘气流强化了传热;同时，通过循环灰量、风煤配比等手段来控制床温，实现850～950℃左右的低温燃烧，再通过向床内添加石灰石等脱硫剂以及分级布风形式的采用，有效地控制了SO2和NOX等有害气体的生成量，使锅炉排放物达到环保标准。

　　.2循环流化床锅炉的工艺流程

　　循环流化床锅炉的主要组成部分如下：

　　l 固体粒子循环主回路包括炉膛、旋风分离器以及回料器

　　l 尾部竖井(包括高温过热器、低温过热器、低温再热器、省煤器以及空气预热器)

　　在循环流化床锅炉工艺流程中燃烧及脱硫发生在由大量灰粒子所组成的温度相对较低接近850℃的床层内，该温度的选取同时兼顾提高燃烧效率及脱硫效率。这些细粒子或固体粒子由通过布风板的一次风所产生的向上的烟气流将其悬浮在炉膛中，二次风分两层送入炉膛，由此实现分级燃烧。

　　旋风分离器将绝大部分固体粒子从气—固两相流中分离出来后通过回料器被重新送回炉膛参加燃烧。这样就形成了循环流化床锅炉的主回路。循环流化床主回路的特征为：强烈的扰动及混合、高固体粒子浓度的内循环及外循环、高固体/气体滑移速度及较长的停留时间，以上的特点从而为传热以及化学反应提供了良好的外部条件。

　　循环流化床锅炉对于减少SO2污染的良好性能可以描述如下：

　　循环流化床锅炉燃用煤中所含的硫与氧化后形成的SO2通过与煤灰中的氧化钙或者是与添加的石灰石反应，从而可以在炉膛内直接脱硫。加入炉膛的石灰石分解形成氧化钙(CaO)，然后与SO2反应生成硫酸钙，如下所示：

　　该反应的****温度约为850℃～900℃，在较大负荷变动范围内炉膛将控制到850℃～900℃。

　　同时分级燃烧及相对较低的炉膛温度可以****程度的降低NOX的排放。

　　循环流化床的锅炉工艺流程的特点如下：

　　l 炉膛内部的强烈混合、床温分布比较均匀

　　l 燃料在炉膛内较长的停留时间

　　l 将炉膛温度保持在脱去SO2的****温度

　　以上的特点可以保证以下性能的实现：

　　l 碳的燃尽率较高、脱硫效率较高

　　l 低NOX排放以及较好的适应性

　　3 锅炉整体布置

　　3.1锅炉整体布置

　　循环流化床燃烧方式锅炉为单汽包、自然循环、，岛式半露天布置。

　　锅炉主要由膜式水冷壁炉膛，旋风分离器和由包墙包覆的尾部竖井(HRA)三部分组成。

　　炉膛内布置有屏式受热面：屏式过热器管屏、屏式再热器管屏和水冷分隔墙。锅炉设有给煤装置和石灰石给料口，给煤装置和石灰石口全部置于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉膛底部是由水冷壁管弯制围成的水冷风室，在炉膛水冷风室下一次风道内布置有两台床下风道点火器，燃烧器配有高能点火装置。炉膛两侧分别设置两台多仓式流化床风水冷选择性排灰冷渣器。

　　炉膛与尾部竖井之间，布置有旋风分离器，其下部各布置一台“J”阀回料器。尾部由包墙分隔，在锅炉深度方向形成双烟道结构，前烟道布置了两组低温再热器，后烟道从上到下依次布置有高温过热器、低温过热器，向下前后烟道合成一个，在其中布置有螺旋鳍片管式省煤器和卧式空气预热器，空气预热器采用光管式，沿炉宽方向双进双出。过热器系统中设有两级喷水减温器，再热器系统中布置有事故喷水减温器和微喷减温器。

　　锅炉整体呈左右对称布置，支吊在锅炉钢架上。

　　附图1为锅炉侧视图、附图2为锅炉俯视图，在图中给出了此台锅炉重要的结构尺寸及部件。

　　3.2 汽水流程

　　如附图3, 锅炉汽水系统回路包括尾部省煤器、锅筒、水冷系统、汽冷式旋风分离器进口烟道、汽冷式旋风分离器、HRA包墙过热器、低温过热器、屏式过热器、高温过热器及连接管道、低温再热器、屏式再热器及连接管道。

　　锅炉给水首先被引至尾部烟道省煤器进口集箱两侧，逆流向上经过水平布置的省煤器管组进入省煤器出口集箱，通过省煤器引出管从锅筒右封头进入锅筒。在启动阶段没有给水流入锅筒时，省煤器再循环系统可以将锅水从集中下降管引至省煤器进口集箱，防止省煤器管子内的水静滞汽化。

　　自然循环锅炉的水循环采用集中供水，分散引入、引出的方式。给水引入锅筒水空间，并通过集中下降管和下水连接管进入水冷壁和水冷分隔墙进口集箱。锅水在向上流经炉膛水冷壁、水冷分隔墙的过程中被加热成为汽水混合物，经各自的上部出口集箱通过汽水引出管引入锅筒进行汽水分离。被分离出来的水重新进入锅筒水空间，并进行再循环，被分离出来的饱和蒸汽从锅筒顶部的蒸汽连接管引出。

　　饱和蒸汽从锅筒引出后，由饱和蒸汽连接管引入汽冷式旋风分离器入口烟道的上集箱，下行冷却烟道后由连接管引入汽冷式旋风分离器下集箱，上行冷却分离器筒体之后，由连接管从分离器上集箱引至尾部竖井侧包墙上集箱，下行冷却侧包墙后进入侧包墙下集箱，由包墙连接管引入前、后包墙下集箱，向上行进入中间包墙上集箱汇合，向下进入中间包墙下集箱，即低温过热器进口集箱，逆流向上对后烟道低温过热器管组进行冷却后，从锅炉两侧连接管引至炉前屏式过热器进口集箱，流经屏式过热器受热面后，从锅炉两侧连接管返回到尾部竖井后烟道中的高温过热器，**后合格的过热蒸汽由高过出口集箱两侧引出。

　　从汽机高压缸排汽由尾部竖井前烟道低温再热器进口集箱引进，流经两组低温再热器，由低温再热器出口集箱引出，从锅炉两侧连接管引至炉前屏式再热器进口集箱，逆流向上冷却屏式再热器后，合格的再热蒸汽从炉膛上部屏式再热器出口集箱两侧引至汽机中压缸。

　　过热器系统采取调节灵活的喷水减温作为汽温调节和保护各级受热面管子的手段，整个过热器系统共布置有两级喷水。一级减温器(左右各一台)布置在低过出口至屏过入口管道上，作为粗调;二级减温器(左右各一台)位于屏过与高过之间的连接管道上，作为细调。

　　再热汽温采用尾部双烟道挡板调温作为主要调节手段，通过操纵尾部过热器和再热器平行烟道内烟气调节挡板，利用烟气流量和再热蒸汽出口温度的比例关系来调节挡板开度，从而控制流经再热器侧和过热器侧的烟气量，达到调节再热汽温的目的。流经再热器侧的烟气量份额随锅炉负荷的降低而增加，在一定的负荷范围内维持再热汽温为额定值。该调温方式以不牺牲电厂循环效率为基础，是**为经济的调温方式，但为增加调节灵敏度，再热系统也布置两级减温器，****级布置在低温再热器进口前的管道上(左右各一台)，作为事故喷水减温器，第二级布置在低温再热器至屏式再热器的连接管道上(左右各一台)，作为微喷减温器。以上两级喷水减温器均可通过调节左右侧的喷水量，以达到****左右两侧汽温偏差的目的。

　　3.3 烟风系统

　　循环流化床锅炉内物料的循环是依靠送风机和引风机提供的动能来启动和维持的。

　　从一次风机出来的空气分成两路送入炉膛：****路，经一次风空气预热器加热后的热风进入炉膛底部的水冷风室，通过布置在布风板上的风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的气固两相流;第二路，热风经给煤增压风机后，用于炉前气力播煤。二次风机供风也分为两路：****路经预热后的二次风直接经炉膛上部的二次风箱分级送入炉膛。第二路，一部分未经预热的冷二次风作为给煤皮带的密封用风。冷渣器单独配风机，此冷风向冷渣器提供流化用风，冷渣器出风作为二次风引到炉内。

　　烟气及其携带的固体粒子离开炉膛，通过布置在水冷壁后墙上的分离器进口烟道进入旋风分离器，在分离器里绝大部分物料颗粒从烟气流中分离出来，另一部分烟气流则通过旋风分离器中心筒引出，由分离器出口烟道引至尾部竖井烟道，从前包墙及中间包墙上部的烟窗进入前后烟道并向下流动，冲刷布置其中的水平对流受热面管组，将热量传递给受热面，而后烟气流经管式空气预热器进入除尘器，最后，由引风机抽进烟囱，排入大气。

　　“J”阀回料器共配备有高压头的罗茨风机，正常运行时，一台备用。风机为定容式，因此回料风量的调节是通过旁路将多余的空气送入一次风****路风道内而完成的。

　　锅炉采用平衡通风，压力平衡点位于炉膛出口;在整个烟风系统中均要求设有调节挡板，运行时便于控制、调节。

　　烟气流程如附图4所示。

　　3.4 物料循环过程

　　锅炉冷态启动时，在流化床内加装启动物料后，首先启动风道点火器，在点火风道中将燃烧空气加热至870℃后，通过水冷式布风板送入流化床，启动物料被加热。床温上升到600℃(根据煤种不同可适当调整)并维持稳定后，被破碎成0～10mm的煤粒开始分别由六个给煤口从前墙送入炉膛下部的密相区内，脱硫用石灰石也由石灰石给料口同时送入炉膛。

　　燃烧空气分为一、二次风，分别由炉底和前后墙送入。B-MCR工况下正常运行时，占总风量50%的一次风，经床底水冷风室，作为一次燃烧用风和床内物料的流化介质送入燃烧室，二次风在炉高方向上分两层布置，以保证提供给煤粒足够的燃烧用空气并参与燃烧调整;同时，分级布置的二次风在炉内能够营造出局部的还原性气氛，从而抑制燃料中的氮氧化，降低氮氧化物NOX的生成。

　　在898℃左右的床温下，空气与燃料、石灰石在炉膛密相区充分混合，煤粒着火燃烧释放出部分热量，石灰石煅烧生成二氧化碳CO2和氧化钙CaO;未燃尽的煤粒被烟气携带进入炉膛上部稀相区内进一步燃烧，这一区域也是主要的脱硫反应区，在这里，氧化钙CaO与燃烧生成的二氧化硫反应生成硫酸钙CaSO4。

　　燃烧产生的烟气携带大量床料经炉顶转向，通过位于后墙水冷壁上部的两个烟气出口，分别进入两个汽冷式旋风分离器进****—固分离。分离后含少量飞灰的干净烟气由分离器中心筒引出通过前包墙拉稀管进入尾部竖井，对布置在其中的高、低温过热器、低温再热器、省煤器及空气预热器放热，到锅炉尾部出口时，烟温已降至132℃左右。被分离器捕集下来的灰，通过分离器下部的立管和“J”阀回料器送回炉膛实现循环燃烧。

　　炉膛下部两侧墙共设有两个排渣口，通过排渣量大小的控制，使床层压降维持在合理范围以内，以保证锅炉良好的运行状态。

　　3.5 煤、石灰石的供给及排渣系统

　　锅炉的给煤系统: 锅炉配备煤仓，从煤仓出来有输煤线路，应满足在运行过程中其中有皮带损坏时，靠其余皮带给煤，锅炉仍能带100%负荷。在煤仓出口布置有一个手动闸阀，一个有足够密封高度的落料管和一个射线探测装置。燃料依靠重力落入称重式给煤机。锅炉给煤系统采用前墙集中布置，前墙布置有气力输煤装置，气力输煤装置配有隔离阀，当出现异常情况时，可防止燃料进入燃烧室，且防止烟气反窜。

　　在炉前下部还布置有石灰石入口，可将粉状石灰石注入燃烧室，与燃烧过程中的SO2反应，除去SO2。从石灰石仓出来有输送线路，每条输送线路均按50%容量设计，在石灰石仓出口布置有：一个带手动操作的排放闸阀，一个有足够密封高度的落料管和一个射线探测装置。石灰石依靠重力落入输送皮带，经过旋转给料机后，在混合器中与高压空气混合，将其从水冷壁前墙送入炉膛。石灰石流量根据燃料量和锅炉尾部SO2分析，通过调节旋转给料机转速来实现。

　　另外，在J阀回料器上还布置有启动用床料添加口。

　　锅炉的排渣采用选择性排灰冷渣器，锅炉除灰系统与本体连接接口为冷渣器排灰口和空气预热器下部灰斗。

　　锅炉本体布置有膨胀指示器。

　　3.6.吹灰系统

　　为了保持受热面的清洁，本锅炉设计了蒸汽吹灰系统。它采用再热蒸汽作为吹灰介质，一定压力的再热蒸汽通过文丘里喷嘴喷出后直接吹扫受热面，并通过再热蒸汽的内能和产生的冲击动能，****结渣和结灰，同时通过气流将灰渣带走。

　　吹灰器汽源取自低温再热器进口集箱。

　　吹灰器具体形式、安装请见供货商说明书。

　　4 锅炉主要部件

　　4.1 炉膛

　　燃烧室、汽冷式旋风分离器和“J”阀组成的固体颗粒主回路是循环流化床锅炉的心脏。燃烧室由水冷壁前墙、后墙、两侧墙构成， 分为风室水冷壁、水冷壁下部组件、水冷壁上部组件、水冷壁中部组件、水冷分隔墙。

　　一次风由一次风机(PA)产生，通过一次风道进入燃烧室底部的水冷风室。风室底部是前墙管拉稀形成，水冷壁管加扁钢组成的膜式壁结构，加上两侧水冷壁及水冷布风板构成了水冷风室。水冷风室内壁设置有较薄的耐火、绝热材料层，以满足锅炉启动时870℃左右的高温烟气冲刷的需要。水冷布风板(其上敷设有耐火层)把水冷风室和燃烧室相连，水冷布风板上部四周还有由耐磨浇注料砌筑而成的台阶。。布风板由内螺纹管加扁钢焊接而成，扁钢上设置有密度很大的定向风帽，其用途是让一次风均匀流化床料，同时把较大颗粒及入炉杂物排向出渣口。

　　整个炉膛从结构上分为上、下部分，下部纵向剖面由于前、后墙水冷壁与水平面相交而成为梯形。燃烧主要在下燃烧室，即水冷壁下部组件。在这里床料**密集且运动**激烈，燃烧所需的全部风和燃料都由该部分输送到燃烧室内。除了一次风由布风板进入燃烧室外，在炉膛的前后墙还布置有成排的二次风口，可灵活调节上下层二次风风量。

　　炉膛下部侧墙布置有冷渣器与燃烧室的几个接口：冷却室排气入口、炉膛排渣口。另外，在炉膛前墙处分别设置给煤口和石灰石口。用于测量床料温度和床层压力的测量组件也都安装在这一区域中。来自旋风分离器的再循环床料通过J阀回到燃烧室底部。

　　在燃烧室内布置了一片双面受热的水冷分隔墙，从而增加了传热面。水离开锅筒通过集中下降管到水冷分隔墙及前、后、两侧墙水冷壁下集箱，向上流经水冷壁及水冷分隔墙受热面，从水冷壁及水冷分隔墙上集箱出来后通过汽水连接管回到锅筒。

　　燃烧室的中部、上部也是由膜式水冷壁组成，在此，热量由烟气、床料传给水，使其部分蒸发。这一区域也是主要的脱硫反应区，在这里，氧化钙CaO与燃烧生成的二氧化硫反应生成硫酸钙CaSO4。在炉膛顶部，前墙向炉后弯曲形成炉顶，管子与前墙水冷壁出口集箱在炉后相连

　　为了防止受热面管子磨损，在下部密相区的水冷壁、炉膛上部烟气出口附近的后墙、两侧墙和顶棚以及炉膛开孔区域、炉膛内屏式受热面倾斜及转弯段、水冷分隔墙下部等处均敷设有耐磨材料。耐磨材料均采用密集销钉固定。

　　4.2 旋风分离器

　　旋风分离器上半部分为圆柱形，下半部分为锥形。烟气出口为圆筒形钢板件，形成一个端部敞开的圆柱体。细颗粒和烟气先旋转下流至圆柱体的底部，而后向上流动离开旋风分离器。粗颗粒落入直接与旋风分离器相连接J阀回料器立管。

　　旋风分离器为膜式包墙过热器结构，其顶部与底部均与环形集箱相连，墙壁管子在顶部向内弯曲，使得在旋风分离器管子和烟气出口圆筒之间形成密封结构。

　　旋风分离器内表面敷设防磨材料。

　　4.3 尾部受热面

　　尾部对流烟道上部由膜式包墙过热器组成，尾部竖井由中间包墙将烟道一分为二，包墙底部以下竖井烟道四面由钢板包覆。尾部对流烟道内布置有空气预热器、省煤器、初级过热器和高温过热器水平管组以及低温再热器水平管组。

　　包墙过热器四面墙均由进口及出口集箱相连，在包墙过热器前墙上部烟气进口及中间包墙上部烟气进口处，管子拉稀形成进口烟气通道;前、后墙管上部向中间包墙方向弯曲形成尾部竖井顶棚。

　　4.4 “J”阀回料器

　　汽冷式旋风分离器分离的床料和灰向下流经衬有耐火材料的回料立管排出到“J”阀。“J”阀回料器共两台，对应布置在每台旋风分离器的下方，支撑在构架梁上。分离器与回料器间、回料器与下部炉膛间均为柔形膨胀节连接。它有两个关键功能：一是使再循环床料从旋风分离器连续稳定地回到炉膛;二是提供旋风分离器负压和下燃烧室正压之间的密封。分离器的静压非常接近大气压，而燃烧室回料点由于一次风的缘故，压力非常高，故必须提供实现它们之间的密封，否则，燃烧室烟气将回流到分离器。J阀通过分离器底部出口的物料在立管中建立的料位，来实现这个目的。回料器用风由单独的高压J阀风机负责，J阀风通过底部风箱及立管上的充气口进入J阀，每层充气管路都有自己的风量测点，给出准确流量，并由手动和电动调节阀分配风量，实现定量送风。在立管上设有压力测点，实现对料位的监控。J阀上方还布置有启动物料的补充入口。J阀回料器下部设置了事故排渣口，用于检修及紧急情况下的排渣，未纳入排渣系统。

　　“J”阀回料器和回料立管由钢板卷制而成，内侧敷设有防磨、绝热层。

　　4.5选择性排灰冷渣器

　　在炉膛的两侧墙，布置有选择性排灰冷渣器。渣从位于水冷壁侧墙的排渣口排出，炉膛排渣口仅略高于床面。在每个进渣管上均布置有风管，通过风管的定向布置来保证渣从炉膛至冷渣器顺利输送，空气由J阀回料风机提供。布风板上精心设计的由定向风帽形成的高压流场，推动粗重灰粒流向冷渣器。

　　选择性排灰冷渣器能在将炉灰送至除灰系统之前筛选出灰中的部分细颗粒，将它们送回炉膛，并冷却剩余的粗颗粒灰。

　　冷渣器分为冷却仓室，并配有各自独立的布风装置。每个小仓用耐火砖砌成的分隔墙隔开，这样在进入下一个小室之前，固体流绕墙流过，延长了停留时间，加强冷却效果，确保排渣温度￡150℃。中间冷却室内布置有用回热水冷却的水冷管束，冷渣器单独配有风机，仓的流化空气都来自冷渣器风机出口的冷风。冷渣器布风装置为钢板式，在布风板上布置有Г型定向风帽。冷渣器由钢板和型钢制成的护板构成，内侧敷设有防磨、绝热层。冷却室排气在隔墙顶部中间排出，从炉膛侧墙返回炉膛。

　　通过排渣管风的启停，风量的调节，开启关闭炉膛排渣，粗调炉膛排渣量。冷渣器出口应设有旋转阀，****控制排渣量，保持炉膛床压和冷渣器床压稳定。

　　冷却室排气及炉膛排渣管进渣温度都有相应的测温组件。

　　4.6 点火装置

　　锅炉设置有床下风道点火器。

　　在炉膛水冷风室下一次风道内布置有床下风道点火器。总热容量按15%B-MCR的总输入热设计。

　　锅炉点火方式为床下点火。床下风道点火器在点火时，能迅速将床温加热至600°C左右，确保点火的可靠性。燃烧器配有高能点火装置。

　　4.7 耐火耐磨材料

　　循环流化床锅炉与常规煤粉炉不一样，它采用的是一种多次循环燃烧方式，不可避免地在炉内形成了一个高灰浓度区域，因此耐火耐磨材料对于确保锅炉的安全、可靠运行极为重要。

　　锅炉的一些部分不是由压力部件构成，也未被循环水或蒸汽冷却，而暴露在高温环境中，并且接触高速流动的烟气流或物料流。如钢板结构的点火风道、冷渣器、J阀回料器、分离器出口烟道。在这些无热传导的区域内部都敷设有两层耐火耐磨材料，其中**靠近外层金属板的是保温层，内层是耐磨耐火层。

　　对于压力部件防磨损而设计的耐磨耐火材料同时还具有低绝热的特性，这样，锅炉的热传导就不会受到影响。这种耐磨耐火材料覆盖层主要使用在炉膛下部及汽冷式旋风分离器。在炉膛的密相区，床料与添加的燃料和石灰石混和，并被流化，其中较小的颗粒被上升气流带走，较重的颗粒则落回到布风板面上，这里的颗粒有很强的磨损性，因此耐磨耐火材料的覆盖范围就从布风板开始，一直延伸到炉膛下部锥段区域的四面墙水冷壁。在炉膛内屏式受热面底部弯曲及倾斜处、炉膛四面墙上的开孔区，床料颗粒流向的不均匀性也会造成磨损，对这些地方，采用密焊销钉加耐磨耐火材料的防磨结构予以防磨。烟气向炉膛出口汇集时，其携带的不定向颗粒不可避免的会对该处造成一定程度的磨损，因此在炉膛至旋风分离器入口烟窗四周及相应的侧、后墙局部区域、前后墙水冷壁相交的顶部高灰浓度回流区以及旋风分离器内壁均敷设耐磨材料。

　　附图1：锅炉侧视图

　　附图2：锅炉俯视图

　　附图3：锅炉汽水系统图

　　附图4：烟风系统图