摘要：经由过程对轮回流化床燃烧技术成长的回首，认为冷却型紧凑安插的超临界轮回流化床同时知足靠得住性、经济性和文明生产水平的基本要求，并在低污染和高效率两方面充实展现CFB燃烧技术的势。本文介绍了早进的水冷方型分手轮回流化床技术，计议了其在煤粉炉改造中的运用。

要害词：轮回流化床水冷方型分手超临界煤粉炉改造

0引言

轮回流化床(CFB)燃烧技术是一项近二十年成长起来的清洁煤燃烧技术。它具有燃料顺应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调理比年夜和负荷调理快等突出点。自轮回流化床燃烧技术泛起以来，轮回床汽锅在范围内获得普遍的运用，年夜容的轮回床汽锅已被发电行所接受。轮回流化床低成本实现了严酷的污染排放指标，同时燃用劣燃料，在负荷顺应性和灰渣综合哄骗等方面具有综合势，为煤粉炉的节能环保改造提供了一条有用的途径。

1轮回流化床燃烧技术成长历史回首

主轮回回路是轮回流化床汽锅的要害，其主要作用是将年夜的高温固体物料从气流中分手出来，送回燃烧室，以维持燃烧室稳定的流态化状态，保证燃料和脱硫剂屡次轮回、频频燃烧和反应，以提高燃烧效率和脱硫效率。分手器是主轮回回路的要害部件，其作用是完成含尘气流的气固分手，并把收集下来的物料回送至炉膛，实现灰平衡及热平衡，保证炉内燃烧的稳定与高效。从某种意义上讲，CFB汽锅的性能取决于分手器的性能，所以轮回床技术的分手器研制履历了三代成长，而分手器设计上的差异标志了CFB燃烧技术的成长历程。

1.1尽热旋风筒分手器

德国Lurgi公司较早地开发出了采用保温、耐火及防磨材料砌装成筒身的高温尽热式旋风分手器的CFB汽锅[1]。分手器进口*温在850℃左右。运用尽热旋风筒作为分手器的轮回流化床汽锅称为代轮回流化床汽锅，今朝已商化。Lurgi公司、Ahlstrom公司、和由其技术转移的Stein、ABB-CE、AEE、EVT等设计制造的轮回流化床汽锅均采用了此种形式。这类分手用具有相当好的分手性能，使用这类分手器的轮回流化床汽锅具有较高的性能。但这类分手器也存在一些问题，主要是旋风筒体积庞年夜，因而钢耗较高，汽锅造价高，占地较年夜，旋风筒内衬厚、耐火材料及砌筑要求高、用年夜、费用高，见图1；启动时间长、运行中易泛起故障；密封和膨胀系统复杂；尤其是在燃用挥发份较低或活性较差的强后燃性煤种时，旋风筒内的燃烧致使分手下的物料温度上升，引发旋风筒内或回料腿回料阀内的超温。这些问题在我国现实生产条件下显得更突出。

Circofluid的中温分手技术在一定水平上减缓了高温旋风筒的问题，炉膛上部安插较大都的受热面，下降了旋风筒进口*气温度和体积，旋风筒的体积和重有所减小，是以相当水平上克服了尽热旋风筒技术的缺陷，使其运行靠得住性提高，但炉膛上部安插有过热器和高温省煤器等，需要采用塔式安插，炉膛较高，钢耗年夜，汽锅造价提高。同时，它的CO排放及检修问题在一定水平上限制了该技术的成长。

1.2水(汽)冷旋风筒分手器

为连结尽热旋风筒轮回流化床汽锅的点，同时有用地克服该炉型的缺陷，FosterWheeler公司设计出了可谓典型的水（汽）冷旋风分手器[2]。运用水(汽)冷分手器的轮回流化床汽锅被称为第二代轮回流化床汽锅。该分手器外壳由水冷或汽冷管弯制、焊装而成，取消尽热旋风筒的高温尽热层，代之以受热面制成的曲面及其内侧布满销钉涂一层较薄厚度的高温耐磨浇注料，壳外侧覆以一定厚度的保温层，见图2。水(汽)冷旋风筒可吸收一部门热，分手器内物料温度不会上升，甚至略有下降，同时较好地解决了旋风筒内侧防磨问题。该公司投运的轮回流化床汽锅从未发生回料系统结焦的问题，也未发生旋风筒内磨损问题，充实显示了其越性。这样，高温尽热型旋风分手轮回床的点得以继续阐扬，错误谬误则基本被克服。

固然，任何一种设计都难以精美绝伦，FW式水（汽）冷旋风分手器的问题是制造工艺及生产成本，这使其商竞争力下降，通用性和推行价值遭到了限制[3]。同时该分手器的结构形式与高温尽热旋风筒并没有本差异，是以汽锅结构仍未恢复到传统汽锅完善的形式。为了各部件的热膨胀而设置的年夜型膨胀节成为该炉型亏弱的环节，损坏事故频仍发生(见第15届FBC会议OperatorSection)。是以调整分手器的外形，进一步提高紧凑性和靠得住性问题成为轮回流化床燃烧技术成长的要害。

1.3方型水冷分手器

为克服汽冷旋风筒汽锅的结构问题及制造成本高的问题，芬兰Ahlstrom公司缔造性地提出了PyroflowCompact设计构想[4,5]。

PyroflowCompact轮回床汽锅采用其怪异利技术的方型分手器，分手器的分手机理与圆形旋风筒本上无差异，壳体仍采用FW式水（汽）冷管壁式，但因筒体为平面结构而别具一格。这就是第三代轮回流化床汽锅。它与常规轮回流化床汽锅的年夜区分是采用了方型的气固分手装配，分手器的壁面作为炉膛壁面水轮回系统的一部门，是以与炉膛之间免除热膨胀节。同时方型分手器可紧贴炉膛安插从而使整个轮回床汽锅的体积年夜为削减，安插显得十分紧凑。借鉴汽冷旋风筒成功的防磨经验，方型分手器水冷概况敷设了一层薄的耐火层，分手器成为受热面的一部门，为汽锅快速启停提供了条件。

2方型分手器轮回床技术

Ahlstrom公司的方型分手器紧凑型设计推出以后，立即引发了普遍的重视，采用该技术紧凑设计的汽锅见图3。但人们对该技术一直持观看立场。但经过台汽锅5年的运行实践，已为人们所接受，其标志为1999年5月第15届流化床燃烧会议上该利持有人Timo荣获的ASME高进献奖。FosterWheeler公司和Ahlstrom公司合并后行将方型分手器轮回流化床汽锅作为年夜型化标的目的予以重点成长。采用方型分手器的紧凑型安插轮回床汽锅的市场份额逐年增加[6]。

今朝各轮回流化床汽锅制造厂家和研究机构都十分重视轮回流化床汽锅的年夜型化，方型分手器在年夜型化方面具有很年夜的势。1993年清华年夜学在实验室对国外方型分手器利进行了验证实验，并改良了进口段设计，实验讲明这个改良是完全准确的，这个改良终取得了中国利—“水冷异型分手器”。为进一步化分手器的效果和验证改良靠得住性，在实验室冷态实验、热态实验的根蒂根基上运用于75t/h完善化轮回流化床汽锅，并取得成功。

该分手器是四面用膜式水冷壁组成的方型分手器，*气进口加速段由水冷壁管弯制成圆弧形。该设计低成本有用地克服了尽热旋风筒的后燃结焦问题和圆形汽(水)冷旋风筒的结构问题，被认为到达九十年月进步前辈水平。

对几种分歧当尺寸的方型分手器进行了一些卓有成效的实验和较为深进的研究，取得了许多有价值的成效[7]。对这些功效进行较周全的分析、整理和比力讲明，方型分手器的放年夜性能要于圆形旋风分手器，至少尽不逊于后者，特征尺寸在10m之内的方型分手器年夜型化的前景相当乐观[8]。清华年夜学在该方面的研究功效和220t/h、410t/h采用方型分手器的轮回流化床汽锅设计获得同的充实肯定和高度评价，在15届FBC会议上被评为好论文[9]。

3轮回流化床汽锅的效率

轮回流化床燃烧技术具有以下特点：气固夹杂很好；燃烧速度高，非凡是对粗颗粒燃料；尽年夜部门未燃烬的燃料被再轮回至炉膛，因而其燃烧效率可与煤粉炉相媲美，凡是到达97.5～99.5。

凭据统计资料，轮回流化床燃烧效率受煤种影响较年夜。对较为年轻的褐煤、泥煤，燃烧效率可到达98％以上；而对于变水平较高的无*煤到*煤，飞灰含碳往往高达10％以上。一般来说，各类形式的旋风筒对100μm以下的细颗粒分手效率不成能很高，是以旋风筒对细颗粒燃尽是无能为力的，应当接纳飞灰回送等措施解决难燃煤种燃烬问题，而这是今朝上比力成熟的技术。

关于提高轮回流化床汽锅效率的问题，今朝比力一致的看法是提高参数。据分析，超临界轮回流化床汽锅电厂的效率可达43％～44％。凭据法国SteinIndustrie公司对超临界参数Lurgi轮回流化床汽锅的研究，由于Lurgi型轮回流化床汽锅有外置换热器，而外置换热器的工作温度在700°C左右，使用清洁空气流化，在外置换热器内安插高温换热器可避免高温侵蚀，因而采用超临界参数比煤粉炉更为有益。采用超临界参数可以使发电效率提高约6。

4用轮回流化床汽锅改造煤粉炉的方案设计

煤粉炉改造为轮回流化床汽锅是一项复杂的工作，由于分歧煤粉炉的型号规格分歧，统一型式的汽锅运行时间分歧，受热面的寿命也纷歧定不异，这样改造方式和难易水平就有可能分歧。今朝国内技术用于410t/h及以下煤粉炉的改造是有掌控的。下面介绍一台410t/h的煤粉炉改造为轮回流化床汽锅的方案。

4.1410t/h煤粉炉简介

汽锅设计参数见表1。设计煤种的低位发烧为12318kJ·kg-1，燃料的元素分析见表2。

表1410t/h汽锅改造前后设计规范


表2410t/h汽锅燃料


图4为该汽锅简图，为单锅筒自然轮回高压煤粉炉，膜式壁双框架，半露天安插；燃料室为正方形，煤粉燃烧器四角安插，燃烧室上部安插有后屏过热器，水平*道依次安插二级过热器和一级过热器。尾部竖井为轻型护板炉墙，划分安插高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器和低温空预器。

4.2改造方案研究

斟酌各部门承压受热面在改造中哄骗的可能性。现有钢架和根蒂根基不变更，原场地安插已比力紧凑，改造不增加占地面积。对流管束*气速度应保证持久稳定运行的靠得住性。改造后的出力不变。

斟酌到上述要求，在原有钢结构范围内进行改造。由于场地的限制，采用单炉膛、四个方型分手器前后安插、过顶*道的整体方案。

采用单炉筒自然轮回，自前向后依次安插前分手器、燃烧室及过顶*道、后分手器、尾部竖井。膜式壁采用悬吊结构，省煤器及空气预热器采用支持结构，见图5。

在原有钢架范围内重新安插各部门受热面。燃烧室为膜式壁，净高度30951mm，截面积维持原外形结构，9980mm´9980mm，为哄骗原水冷壁缔造条件。燃烧室前后均安插两个当直径为4990mm的水冷异型分手器，前分手器出口*气流经过顶*道与后分手器出口*气会合进进转向室和尾部竖井。燃烧室标高21.000m以上由水冷屏将燃烧室前后标的目的分为两部门，经由过程前后分手器阻力设计分歧和水冷屏的分隔作用解决前后分手器*气平衡问题。垂直于水冷屏标的目的安插了过热屏，过热屏穿越过顶*道。燃烧室侧水冷壁、分手器侧水冷壁、前分手器的后水冷壁向上延长组成侧墙，和顶部汽冷包墙和分手器顶棚、燃烧室顶棚组成过顶*道。尾部竖井自上向下依次安插末级过热器，一级过热器、省煤器、一次风空气预热器热段、二次风空气预热器、一次风空气预热器冷段。其中末级过热器和低级过热器位于汽冷包墙内。包墙的前墙一部门在转向室进口穿越*道形成悬挂管，另外一部门向前形成水平*道的下包墙，在后分手器处向上悬挂。省煤器、空预器均为护板炉墙。尾部对流受热面均为前后方的出管，末级过热器为f42´5的五管圈两管组组成；低级过热器为f38´5的双管圈、三管组。省煤器为f32´4，双管圈三管组；空气预热器采用水平卧式，以有用解决漏风问题。对流受热面的改造都可由原受热面改造形成。全数高温受热面区域均采用膜式壁炉墙，避免使用膨胀节，以解决密封问题，采用固定膨胀中心。Z1至Z3柱钢架不变，Z4、Z5需增加高度至50850mm与原Z1平齐。经核算，钢架改造后根蒂根基依然是平安的。

为充实勤俭启动用油，采用水冷布风板，床下焚烧。炉前给煤，给煤机安插在8.000米平台上，一次风率55~65％，由风室进进炉膛流化床料；二次风由布于四面的二次风口进进炉膛，分级燃烧。

斟酌到改造的范围尽小，改造中对主蒸汽、主给水管道、除尘器等基本无影响，将原来的原煤仓和粉仓略加改造，制粉系统遏制运行。

4.3改造后性能猜想

汽锅改造前后燃料可以不变，但需添加石灰石炉内脱硫。由于原汽锅无石灰石脱硫，而燃料中水份较高，是以排*温度较高，改造后脱硫可以下降排*温度；轮回床排渣较年夜，排渣热损失q6增加。改造前后汽锅各项热损失见表3。
表3410t/h汽锅改造前后各项热损失比力