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1、整體布置
    筆者所在單位組織技術(shù)人員進(jìn)行了75噸／小時(shí)循環(huán)流化床生物質(zhì)鍋爐研制工作，鍋爐采用中溫分離、低循環(huán)倍率、循環(huán)流化床燃燒方式。鍋爐為室外布置，由前部及尾部兩個(gè)豎井煙道組成。前部豎井為懸吊結(jié)構(gòu)，四壁由水冷壁組成。自下而上依次為一次風(fēng)室、濃相床、懸浮段、蒸發(fā)管、高低溫過熱器及高溫省煤器。尾部豎井采用支承結(jié)構(gòu)，布置有低溫省煤器及管式空氣預(yù)熱器。兩豎井之間由兩個(gè)并列的旋風(fēng)分離器相連通，分離器下部接回送裝置及螺旋除灰器。燃燒室及分離器內(nèi)部均設(shè)有防磨內(nèi)襯，前部豎井采用敷管爐墻，外置金屬護(hù)板，后部豎井采用輕型爐墻。由8根型鋼柱承受鍋爐全部重量。
     鍋爐采用床下點(diǎn)火，分級(jí)燃燒，一次風(fēng)率約為45%。正常運(yùn)行時(shí)，密相區(qū)為湍流床，床溫始終控制在860~ 900℃左右，這樣既有利于石灰石與燃料中的硫發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到最佳的脫硫效果，空氣的分級(jí)送人又造成低溫缺氧燃燒環(huán)境，降低了NOx的生成量。在這一區(qū)域，燃料中大部分熱量被釋放，未燃燼的燃料顆粒進(jìn)入了懸浮段，在懸浮段的前后墻由下向上依次布置二次風(fēng)、三次風(fēng)，二、三次風(fēng)既能吹掉包裹在進(jìn)入懸浮段未燃燼的燃料顆粒上的灰殼，使燃料與氧及時(shí)的接觸；又能在懸浮區(qū)段造成氧化環(huán)境，補(bǔ)充燃料進(jìn)一步燃燒所需的空氣。由于在蒸發(fā)管下部的爐膛四周的膜式水冷壁上鋪滿耐火襯，減少了爐膛的吸熱，使懸浮段煙溫可達(dá)990℃左右。另外，蒸發(fā)管下部的爐膛高度達(dá)20米左右，而爐膛內(nèi)的煙速在4～5 m/s，所以煙氣能在蒸發(fā)管下部的爐膛停留4～5秒，這樣足以使旋風(fēng)分離器切割粒徑以下的燃料顆粒燃燼，保證高的燃燒效率，然后高溫?zé)煔鈯A帶固體粒子向上依次流經(jīng)蒸發(fā)管、三級(jí)過熱器、二級(jí)過熱器、一級(jí)過熱器和二級(jí)省煤器管束，約80%的熱量被吸收，煙溫降至450℃左右后進(jìn)人旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離。分離下來的再循環(huán)粒子一部分進(jìn)入回送裝置通過回料器從爐膛后部分四點(diǎn)回送至密相區(qū)以控制床溫，其余部分落人螺旋除灰器，從旋風(fēng)分離器出來的煙氣流經(jīng)尾部豎井，熱量被一級(jí)省煤器和空氣預(yù)熱器吸收，煙溫降至140～160℃后排出鍋爐。
    生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    鍋爐采用干式出灰，灰的排放有三個(gè)途徑：一是通過密相區(qū)底部的排渣管經(jīng)水冷螺旋除渣機(jī)排放，二是通過分離器下部的螺旋除灰器排放，三是作為飛灰被除塵器收集排放。
2、具體結(jié)構(gòu)及工作流程
2.1水汽系統(tǒng)
    水汽系統(tǒng)包括省煤器、鍋筒及內(nèi)部裝置、水冷壁、下降管、蒸發(fā)管、過熱器及減溫器等。在蒸發(fā)受熱面中鍋爐采用自然循環(huán)方式。省煤器分高溫省煤器和低溫省煤器兩組。低溫省煤器安裝在鍋爐尾部豎井管式空氣預(yù)熱器上方，高溫省煤器位于前部豎井上部，采用水平蛇形管，順列布置，低溫省煤器來的給水在管束內(nèi)加熱后由出口集箱端部給水分配管引入鍋筒。鍋筒位于鍋爐頂部，兩端由雙吊桿懸吊于頂板橫梁上，受熱后可向兩端自由膨脹。鍋筒內(nèi)部裝置采用機(jī)械分離裝置進(jìn)行汽水分離。此外，鍋筒內(nèi)還設(shè)有給水分配管，排污管、加藥管和水位測量接管，以保證給水的正常分配，鍋水品質(zhì)以及鍋筒水位的指示與控制。蒸發(fā)管位于懸浮段上方，由兩組蛇形管組成，管束底部迎風(fēng)面裝有防磨裝置，鍋水從下降管通過進(jìn)口集箱進(jìn)入蒸發(fā)管束，在管束內(nèi)吸收高溫?zé)煔夥懦龅臒崃孔兂善�水混合物，汽水混合物出管束后進(jìn)入出口集箱，經(jīng)頂部連接管流人鍋筒。蒸發(fā)管束的另一個(gè)功用是支撐和吊掛過熱器及高溫省煤器管束。燃燒室的四壁均由膜式水冷壁組成。鍋筒出來的飽和蒸汽經(jīng)匯集集箱通過導(dǎo)汽管進(jìn)入低溫過熱器進(jìn)口集箱，在低溫過熱器管束內(nèi)被加熱后，由低溫過熱器出口集箱引出，經(jīng)過連接管進(jìn)人噴水減溫器中。在減溫器內(nèi)，減溫水經(jīng)過噴嘴噴入減溫器內(nèi)，當(dāng)霧化水與過熱蒸汽混合時(shí)被蒸發(fā)，從而降低了蒸汽溫度。減溫后的蒸汽由連接管引入高溫過熱器人口集箱，然后進(jìn)入高溫過熱器內(nèi)被加熱到額定溫度，經(jīng)過出口集箱、導(dǎo)汽管，最后由集汽集箱引出。本爐可在50%～100%負(fù)荷變化范圍內(nèi)保證蒸汽參數(shù)。
2.2循環(huán)燃燒系統(tǒng)
    爐前給料裝置分別將生物質(zhì)燃料和石灰石及時(shí)準(zhǔn)確地送入爐內(nèi)，且送入量應(yīng)與鍋爐運(yùn)行負(fù)荷的要求一致。燃燒室包括密相區(qū)及懸浮段。四周由膜式水冷壁構(gòu)成。內(nèi)設(shè)防磨絕熱襯。燃燒室深度為5400 mm，寬度為7200 mm。由標(biāo)高—14050 mm起向下在深度方向上變?yōu)榈固菪巍Ｃ芟鄥^(qū)在底部，標(biāo)高約為4550 mm。水冷壁工作時(shí)可向下自由膨脹，最大膨脹位移發(fā)生在密相區(qū)下部環(huán)形水冷集箱處，位移值為115 mm。
    旋風(fēng)分離器共有2個(gè)，用10 mm厚的20#鋼板制成，內(nèi)設(shè)有防磨內(nèi)襯。分離器效率為97%~99%。額定負(fù)荷時(shí)工作溫度400～500℃。在分離器內(nèi)筒及分離器出口段等易磨損部位均襯有一薄層防磨襯。每一個(gè)旋風(fēng)分離器下部通過一根4426×14的連接管路同一個(gè)回送裝置相連，回送裝置由合金鋼板制成。在回送裝置底部通入一股高壓買小流量的風(fēng)以輸送并調(diào)節(jié)再循環(huán)灰量。在出口處通過兩根+219的稀土鑄鋼管路作為回料管連至燃燒室。整個(gè)鍋爐共有四個(gè)回料管。在標(biāo)高6 535 mm處沿燃燒室寬度方向均勻分布。回送裝置的功能有：形成旋風(fēng)分離器與爐膛的密封，輸送控制床溫用的再循環(huán)回灰量。
    鍋爐有兩臺(tái)點(diǎn)火燃燒器布置在風(fēng)室前端的一次風(fēng)道內(nèi)，以供鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火之用。點(diǎn)火使用燃料為油，油經(jīng)機(jī)械霧化燃燒產(chǎn)生巨大的熱量，與從蝸殼進(jìn)入的空氣混合后，形成870℃左右的高溫?zé)煔狻Ｍㄟ^布風(fēng)裝置將床內(nèi)的床料加熱至點(diǎn)火溫度。點(diǎn)火過程的關(guān)鍵是要保證油在蝸殼內(nèi)充分燃燼，絕對避免在布風(fēng)裝置內(nèi)發(fā)生再燃而燒壞風(fēng)帽。由于高溫?zé)煔馊�部穿過床料，熱利用率高，點(diǎn)火迅速。
2.3煙風(fēng)系統(tǒng)
    鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)按平衡通風(fēng)方式設(shè)計(jì)。一次風(fēng)與二、三次風(fēng)從不同部位以不同的風(fēng)壓鼓人燃燒室，排煙靠引風(fēng)機(jī)抽出。因此，鍋爐需配套鼓風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。由于一次風(fēng)所需的壓頭相對較高，鍋爐推薦鼓風(fēng)機(jī)與一次風(fēng)機(jī)串聯(lián)的布置方式。除此之外，為保證再循環(huán)灰的回送，還需配套一個(gè)高壓小流量的羅茨鼓風(fēng)機(jī)，其風(fēng)壓風(fēng)量的選取應(yīng)以保證回送裝置內(nèi)返料灰完全流化為原則。同時(shí)要求風(fēng)機(jī)有防噪音措施。鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口空氣溫度一般應(yīng)由暖風(fēng)器加熱至25—40℃。
    空氣預(yù)熱器為適應(yīng)高風(fēng)壓及低溫腐蝕，采用臥式管箱，分為四組布置在尾部豎井下方。一、二、三個(gè)管箱，前三排使用咖40 x3規(guī)格的普通碳鋼管，其余使用∮40 x1.5規(guī)格的普通碳鋼管，順列布置。第四個(gè)（即最下面一個(gè)）管箱采用鑄鐵空預(yù)器。一、四管箱，二、三管箱之間通過連通罩連接起來形成兩個(gè)相互獨(dú)立的通路。一次風(fēng)和二、三次風(fēng)以不同的壓力從管內(nèi)分別通過這兩個(gè)通道，被管外流過的煙氣所加熱。煙氣和空氣呈交叉流布置。一次風(fēng)和二、三次風(fēng)比例為：0.45/0. 55，出口風(fēng)溫一200℃。一次風(fēng)通過熱風(fēng)道進(jìn)入一次風(fēng)室，一次風(fēng)室的四壁由爐膛的膜式水冷壁組成，頂部及底部由后水冷壁彎管與扁鋼焊制而成，管子中心距為200 mm。風(fēng)室頂部的扁鋼上均勻布置有稀土耐熱鋼鑄造風(fēng)帽，一次風(fēng)通過這些風(fēng)帽噴人濃相床，從而保證床內(nèi)均勻流化和燃燒，另外，在布風(fēng)裝置上還設(shè)有兩個(gè)DN200的排渣管。從空氣預(yù)熱器出來的二、三次風(fēng)分別進(jìn)入二次風(fēng)箱和三次風(fēng)箱，二、三次風(fēng)箱各為兩個(gè)，分別布置在燃燒室前、后墻外側(cè)。每個(gè)風(fēng)箱上接有一排分風(fēng)管使熱風(fēng)沿爐膛寬度方向均勻分配。調(diào)整二、三次風(fēng)的比例，即可達(dá)到最佳的燃盡效果。為了不影響燃燒室的自由膨脹，風(fēng)箱與水冷壁連接在一起，隨水冷壁一起向下膨脹。
2.4鍋爐控制系統(tǒng)
    為保證鍋爐安全、高效地運(yùn)行，其控制系統(tǒng)應(yīng)作相應(yīng)的配置。根據(jù)中華人民共和國水力電力部頒發(fā)的《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》SDJ1和《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》NDGJ16以及循環(huán)流化床鍋爐的特殊要求，鍋爐本體設(shè)置了滿足檢測、保護(hù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要的測點(diǎn)。
    鍋爐輸出熱量通過蒸汽量來控制，而鍋爐輸入的熱量通過供給的燃料量來控制。鍋爐的熱平衡要通過鍋爐壓力信號(hào)來體現(xiàn)，鍋爐蒸汽壓力的高低可以用來修正燃料量。為此，壓力需維持在一個(gè)設(shè)定值，如果循環(huán)流化床爐膛內(nèi)的溫度不發(fā)生擾動(dòng)的話，燃料量根據(jù)負(fù)荷信號(hào)加以控制，燃料量的供給速度是受控制的，其速度信號(hào)是以燃料發(fā)熱值為依據(jù)，所以，燃料量的計(jì)量及控制是非常重要的問題。一次風(fēng)，二、三次風(fēng)及羅茨風(fēng)機(jī)返料風(fēng)量是按照燃料量來進(jìn)行控制。調(diào)節(jié)鍋爐循環(huán)灰量以達(dá)到床溫控制目的。床層高度是通過風(fēng)帽處與自由空間內(nèi)的壓力差來進(jìn)行控制。為保證床層高度，鍋爐的排渣裝置——水冷絞龍除渣設(shè)備必須具備連續(xù)排渣且排渣量是可控的。爐膛內(nèi)的壓力應(yīng)保持在一定數(shù)值內(nèi)。由鍋爐水位，蒸汽流量和給水流量組成的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)鍋筒水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到鍋爐安全運(yùn)行，保證蒸汽品質(zhì)的目的。調(diào)節(jié)減溫水量可實(shí)現(xiàn)主蒸汽溫度控制。根據(jù)環(huán)保對S02排放量的要求，需對石灰石的加入量進(jìn)行控制，石灰石量是按其與燃料量的比例來控制的。
3、鍋爐的主要技術(shù)特點(diǎn)
    1)操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定。由于采用流化床燃燒方式，床料蓄熱量大，避免了床的急冷急熱現(xiàn)象，燃燒穩(wěn)定。生物質(zhì)燃料的干燥、著火、燃燒幾乎同時(shí)進(jìn)行，燃燒控制無需進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整。
    2)循環(huán)流化床燃燒方式由于爐內(nèi)燃燒強(qiáng)度和傳熱強(qiáng)度高，燃燒同樣多的生物質(zhì)燃料，流化床爐和爐排爐相比投資較低。
    3)鍋爐燃料適應(yīng)性廣，能夠完全燃燒水分含量高且隨季節(jié)變動(dòng)大的樹皮等生物質(zhì)燃料，且能摻燒一定的造紙污泥等。
    4)該爐由于爐膛高大，使燃料既有充裕的燃盡時(shí)間，又保持較低的煙氣流速，從而使該爐燃燒效率高達(dá)98%以上，受熱面磨損甚微。
    5)循環(huán)灰系統(tǒng)無復(fù)燃、結(jié)焦。
4、結(jié)束語
    從已安裝投運(yùn)的鍋爐來看，鍋爐總體設(shè)計(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)，但尚有一些不足之處，其中生物質(zhì)燃料給料管上的密封風(fēng)風(fēng)管連接影響給料管隨水冷壁向下膨脹，曾拉裂給料管與爐膛連接處。經(jīng)研究給料管上接密封風(fēng)風(fēng)管處增加一金屬軟管，成功解決此問題。