循環(huán)流化床鍋爐大型化問題研究

1、華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文）摘 要循環(huán)流化床燃燒作為一種最具發(fā)展前景的“潔凈”煤燃燒技術(shù)，正在向著更高的參數(shù)、更大的容量發(fā)展。國外發(fā)達國家都在爭先開發(fā)600 MW 以上容量、超臨界蒸汽參數(shù)的大型循環(huán)流化床鍋爐。因此，加速大型化并在大型化過程中逐步解決循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)發(fā)展中面臨的各種技術(shù)問題，是循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)在世界范圍內(nèi)的總體發(fā)展趨勢。本文首先闡述在進行大容量循環(huán)流化床鍋爐設計時碰到的主要問題,如容量增大后由于放熱和吸熱的不平衡增長而導致的受熱面的布置問題、爐膛放大后帶來的二次風穿透能力問題、分離器和布風裝置的設計問題等。其次對大型循環(huán)流化床鍋爐的兩個典型運行問題：翻床和磨損現(xiàn)象進行研

2、究。最后將結(jié)合超臨界技術(shù)和循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的特點，分析了超臨界循環(huán)流化床鍋爐的兩個關鍵技術(shù)問題：水冷壁結(jié)構(gòu)和水動力特性。關鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐、大型化、問題AbstractAs a most promising clean coal combustion technology, circulating fluidized bed combustion is developing the higher parameters and the greater capacity. Developed countries are developing 600MW and bigger capacity

3、 supercritical steam parameters CFB boiler. Therefore, accelerating the scale-up speed and resolving the various technical issues which the development of large-scale CFB boiler technology is facing up to, is the development trend of the CFB boiler technology in the world.The thesis first represents

4、 the main problems of the design of large-capacity CFB boiler such as the unbalanced of the exothermic and endothermic makes it difficult to arrange the heat surface, problem of secondary air penetration ability caused by enlarging the combustion chamber, the air distributor and air separators desig

5、ning problems. Second, study two operational issues of large CFB boiler: abrasion and turn-bed phenomenon. Finally, combine the technical features of supercritical and CFB boiler technology to analyze two key issues of supercritical CFB Boiler: wall structure and hydrodynamics.Key words: CFBB; scale

6、-up; problem目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1課題背景和意義11.2國內(nèi)外循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀21.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀21.2.2中國發(fā)展現(xiàn)狀41.3本文的主要內(nèi)容6第2章 大型CFB鍋爐設備設計主要問題72.1循環(huán)流化床鍋爐放大原則72.2爐膛放大的結(jié)構(gòu)設計82.2.1爐膛高度82.2.2爐膛截面的寬深比92.3受熱面布置122.3.1受熱面布置問題122.3.2解決方案142.4緊湊型分離器172.4.1幾種典型分離器的特點比較172.4.2方形旋風分離器（緊湊型分離器）192.5布風裝置的設計20第3章 大型CFB鍋爐運行的主要問題233.1循環(huán)流化床

7、翻床現(xiàn)象233.1.1雙支腿結(jié)構(gòu)CFB鍋爐的翻床現(xiàn)象233.1.2翻床的原因及處理方法243.2循環(huán)流化床鍋爐磨損263.2.1循環(huán)流化床鍋爐磨損機理263.2.2循環(huán)流化床鍋爐本體的易磨損部位273.2.3防磨的主要技術(shù)措施29第4章 超臨界CFB鍋爐關鍵技術(shù)問題324.1超臨界鍋爐324.1.1概述324.1.2超臨界參數(shù)的基本特性334.2超臨界CFB鍋爐的可行性344.3超臨界CFB鍋爐的關鍵技術(shù)問題354.3.1超臨界CFB鍋爐的水冷壁結(jié)構(gòu)354.3.2超臨界CFB水動力特性研究38全文總結(jié)42參考文獻43致謝4444第1章 緒論1.1課題背景和意義隨著中國經(jīng)濟的快速增長，一次能源的

8、消耗量不斷增加，2006年，一次能源消費總量為24.6億噸標準煤，其中煤炭在一次能源中所占的比例為69.4%。在未來的50年中，煤炭仍然是中國的主要一次能源。中國煤炭資源的特點是難選煤多，高灰、高硫煤比重大，以煤炭為主導地位的能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)，造成大量污染排放物的產(chǎn)生，對環(huán)境的污染嚴重。采用高效低排放的潔凈燃煤技術(shù)，滿足日益嚴格的環(huán)境保護要求已經(jīng)十分緊迫。潔凈煤技術(shù)是煤炭開發(fā)和利用中減少污染和提高效率的煤炭加工、轉(zhuǎn)化和污染控制等新技術(shù)，主要包括煤炭使用前的凈化技術(shù)、煤炭高效燃燒及先進發(fā)電技術(shù)、煙氣凈化技術(shù)、煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)。其中，煤炭高效燃燒及發(fā)電技術(shù)中的循環(huán)流化床燃煤鍋爐是潔凈煤技術(shù)中一項已投

9、入燃煤發(fā)電運營的成熟技術(shù)，發(fā)展迅速，在潔凈煤發(fā)電領域處于優(yōu)先發(fā)展地位。循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)是一項近20年來發(fā)展起來的燃煤技術(shù)，于普通鍋爐的主要區(qū)別在于其燃燒處于流化狀態(tài)下，其特點是燃燒效率高、通過燃料和脫硫劑多次循環(huán)易于實現(xiàn)低污染清潔燃燒、煤種適應性強、能使用低熱值劣質(zhì)煤、負荷調(diào)節(jié)比大和負荷調(diào)節(jié)快等突出優(yōu)點。自循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)以來，循環(huán)流化床鍋爐已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應用，大容量的循環(huán)流化床電站鍋爐已被發(fā)電行業(yè)所接受。截至20世紀末，世界上已投運的最大容量的循環(huán)流化床鍋爐是法國普羅旺斯250MWe的鍋爐。目前，世界上最大容量循環(huán)流化床鍋爐是2009年7月投運的波蘭 PKE 電廠的46

10、0MWe超臨界直流鍋爐。與煤粉鍋爐相比，循環(huán)流化床鍋爐在容量上尚有相當?shù)牟罹?。目前，世界各主要工業(yè)國家電網(wǎng)中的主力機組是300600MWe級的煤粉鍋爐機組和核電機組。為提高熱效率，各國都正積極采用超臨界甚至超超臨界參數(shù)的大容量火電機組。譬如，早在1985年，美國勃魯斯電站就有兩臺1120MWe超臨界機組投運，可用率達94%；20世紀80年代初期，美國超臨界機組投運了170臺，占當時總裝機容量25%，單機最大容量為1300MWe。截至1999年底，中國300MWe級煤粉鍋爐機組有215臺，500MWe級有7臺，600MWe級有16臺，800MWe級有兩臺，其中超臨界機組12臺；上海石洞石二廠的兩

11、臺600MWe超臨界機組1992年投運，利用率達到91.47%?？梢灶A計，發(fā)展600MWe及以上的超臨界、超超臨界大容量發(fā)電機組，將是21世紀中國火電機組發(fā)展的首選方向。顯然, 循環(huán)流化床鍋爐要能在電力工業(yè)中起較大作用，必須解決大型化問題, 積極發(fā)展300、600甚至1000MWe級才能與煤粉爐競爭。因此，循環(huán)流化床鍋爐大型化問題及解決方案研究，對于循環(huán)流化床的發(fā)展，進而對于國家能源發(fā)展戰(zhàn)略有重大意義。1.2國內(nèi)外循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀第一臺20t/h循環(huán)流化床鍋爐于1979年問世。上世紀80年代末完成了100MWe等級循環(huán)流化床鍋爐的研發(fā)，90年代后期完成了250MW

12、e級循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)?，F(xiàn)已進行400600MWe級、超臨界壓力參數(shù)的超大型循環(huán)流化床鍋爐的研發(fā)，并取得了顯著的成果。循環(huán)流化床鍋爐大型化是循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)趨于成熟的標志。在全世界循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)與應用熱潮中，形成了幾個技術(shù)流派，不同的技術(shù)流派在不同容量等級的分布情況有所不同。在200300MWe等級循環(huán)流化床鍋爐，主要技術(shù)流派為：（1）魯奇（Lurgi）技術(shù)流派，代表為法國的Stein公司與美國ABB-CE公司，特點為采用絕熱旋風分離器帶外置換熱器的循環(huán)流化床技術(shù)；（2）奧斯龍（Ahlstrom）技術(shù)流派，代表為福斯特惠勒（Foster Wheeler，F(xiàn)W）公司，特點是采用絕熱旋風

13、分離器及爐內(nèi)布置翼形或屏式受熱面；（3）FW技術(shù)流派，特點是采用汽冷旋風分離器及緊湊式外置換熱器，即帶INTREX的循環(huán)流化床鍋爐。100MWe等級的循環(huán)流化床鍋爐，除上述幾個技術(shù)流派外，還有以美國FW公司為代表的緊湊式方形旋風分離循環(huán)流化床技術(shù)，以德國EVT為代表的采用絕熱旋風分離器及爐內(nèi)布置屏式受熱面的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)。50MWe 及以下容量的循環(huán)流化床鍋爐 ，除上述技術(shù)流派外 ，還有以德國Babcock公司為代表的采用塔式布置中溫旋風分離循環(huán)流化床技術(shù)，美國B&W公司（Babcock&Wilcox Company）采用兩級分離的循環(huán)流化床技術(shù)。二十世紀九十年代中期以來，世界上多臺200

14、MWe以上等級的循環(huán)流化床鍋爐投入商業(yè)運行，如：1995年11月，采用德國魯奇（Lurgi）循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，由法國通用電氣阿爾斯通斯坦因工業(yè)公司（GASI）設計制造的法國普羅旺斯（ Provence ）電站250MWe循環(huán)流化床鍋爐投入商業(yè)運行，普羅旺斯電站的成功投運成為大型循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展史上的一個里程碑；它不僅解決了循環(huán)流化床鍋爐大型化過程中的很多技術(shù)問題，更重要的是它為大型化奠定了基礎。目前，美國ABB-CE公司、福斯特惠勒（FW）公司等主要循環(huán)流化床鍋爐制造商都完成了200250MWe等級的產(chǎn)品研發(fā)，分別在韓國東海（Tonghe）電廠和波蘭圖鹿（Turow）電廠投運，運行狀況良好

15、。隨著行業(yè)競爭過程，到目前為止，僅存在兩個大的集團公司生產(chǎn)250MWe等級以上容量的循環(huán)流化床鍋爐，它們是法國通用電氣阿爾斯通集團公司和美國福斯特惠勒公司。國外約有60臺100MWe以上循環(huán)流化床鍋爐，其中已經(jīng)投產(chǎn)運行的為40余臺。它們大多數(shù)主要在歐美，約有20%在亞洲。單臺連續(xù)運行最高記錄為13個月，可用率達到98%。循環(huán)流化床檢驗規(guī)程和安全規(guī)程已經(jīng)列入美國ASME標準，這是其技術(shù)成熟及標準化的重要標志。循環(huán)流化床技術(shù)的國際發(fā)展趨勢是繼續(xù)開發(fā)300MWe等級以上的大型電站循環(huán)流化床鍋爐。國外循環(huán)流化床鍋爐制造公司認為，目前制造600MWe循環(huán)流化床鍋爐在技術(shù)已基本成熟 ，研究開發(fā)的一個重要方

16、向是超臨界參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐 。由于超臨界技術(shù)及大型化循環(huán)流化床技術(shù)均已掌握 ，因此將二者結(jié)合成的超臨界循環(huán)流化床鍋爐會在效率和環(huán)保上實現(xiàn)雙突破 ，完全有可能形成一種在IGCC、PFBC、PC+FGD之外的清潔煤技術(shù)，當前一些著名的循環(huán)流化床鍋爐公司都非常關注這一點。國外循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)研究開發(fā)的先進性主要有以下幾點：（1）投入大、基礎工作扎實：在循環(huán)流化床鍋爐的設計中，利用相應的計算軟件并進行冷態(tài)、熱態(tài)實驗，對燃料進行試燒等。另外，國外在較低容量級的循環(huán)流化床鍋爐上進行12年的性能測試，掌握全部的特性曲線，建立相應的數(shù)學模型，這樣就保證了較大容量循環(huán)流化床鍋爐的安全、可靠和經(jīng)濟運行，例如S

17、tein公司開發(fā)600MWe容量循環(huán)流化床鍋爐是在對250MWe循環(huán)流化床鍋爐進行長達兩年的實測數(shù)據(jù)分析及?；幕A上進行的；（2）鍋爐島的可用率高：國外循環(huán)流化床鍋爐島的可用率已達到90%以上，由于國外鍋爐制造公司不但提供鍋爐本體，而且常常提供整個鍋爐島，因此系統(tǒng)配套性較好，配套設備、輔機系統(tǒng)等的可靠性高，因此鍋爐島的連續(xù)運行時間較長，利用率較高；（3）自控水平高：在較大容量的循環(huán)流化床鍋爐上均實現(xiàn)了閉環(huán)自動控制，參數(shù)調(diào)整及時、迅速，運行操作簡單。目前國外著名的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)開發(fā)的工作重心為加緊研究因鍋爐容量的放大所帶來的技術(shù)問題，特別集中在：通過內(nèi)部燃燒過程的合理組織，進一步降低污染物

18、的生成與排放，降低脫硫脫硝運行成本，滿足日益嚴格的環(huán)保標準；加強燃料種類的適應性，包括難燃煤種的燃盡問題；加強運行可靠性和經(jīng)濟性；采用超臨界參數(shù)的超大型技術(shù)等等。這是國際上這項技術(shù)的發(fā)展趨勢和研究前沿。1.2.2中國發(fā)展現(xiàn)狀中國循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的發(fā)展相對較晚但是進步很快。從20世紀80年代起，許多科研機構(gòu)和高等院校先后研究開發(fā)了一些各具特色的循環(huán)流化床鍋爐，并從實驗室研究走向了工業(yè)應用。中國科學院工程熱物理研究所、清華大學、浙江大學、西安交通大學等與鍋爐制造廠合作研究和開發(fā)出多種技術(shù)的中壓至次高壓的循環(huán)流化床鍋爐。1987年9月，中科院工程熱物理研究所與開封鍋爐廠聯(lián)合開發(fā)的10t/h循環(huán)流化

19、床鍋爐投入試運行，1988年4月通過簽訂并獲得國家專利；1989年11月，該所與濟南鍋爐廠聯(lián)合開發(fā)的第一臺35t/h的循環(huán)流化床鍋爐在山東明水電站投入運行；1990年，該所與杭州鍋爐廠合作開發(fā)了75t/h循環(huán)流化床鍋爐并投入運行，這臺鍋爐的特點是采用了包括一級百葉窗分離和二級旋風分離的兩級分離裝置。清華大學與1989年與福斯特惠勒公司和日本石川島播磨重工業(yè)公司聯(lián)合開發(fā)、由江西鍋爐廠制造生產(chǎn)了20t/h循環(huán)流化床鍋爐；同年，還有由四川鍋爐廠制造出4臺35t/h的示范循環(huán)流化床鍋爐，75t/h循環(huán)流化床鍋爐已在運行。清華大學循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的特點是采用兩級分離-柱板慣性分離器加S型平面流分離器。

20、浙江大學自1989年5月以來與杭州鍋爐廠共同設計了35t/h煙煤循環(huán)流化床鍋爐，35t/h煤矸石、石煤型循環(huán)流化床鍋爐和75t/h循環(huán)流化床鍋爐，其中矸石型35t/h循環(huán)流化床鍋爐已建成投運。1987年，東南大學與無錫鍋爐廠合作，共同開發(fā)出針對無煙煤、貧煤等低活性難燃煤種的35t/h中溫分離低飼回然飛灰循環(huán)流化床鍋爐，先后在河南焦作演馬電廠、北京王平村煤矸石電廠等投運。1993年，西安交通大學和哈爾濱鍋爐廠共同開發(fā)的35t/h循環(huán)流化床鍋爐在陜西白水興能公司電廠投運，該鍋爐采用了大型鍋爐的設計思想。開發(fā)循環(huán)流化床鍋爐的主要機構(gòu)還有哈爾濱工業(yè)大學、東北電力學院、華中科技大學和西安熱工研究院有限公

21、司等。由于國家大力推廣和發(fā)展循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，中國循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)研究和開發(fā)雖然起步較晚，但其商業(yè)應用已很普及，現(xiàn)已投運或在建的循環(huán)流化床鍋爐達千臺之多，循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電機組的裝機總?cè)萘恳颜既珖傃b機容量的8%。循環(huán)流化床鍋爐的數(shù)量和總?cè)萘课痪邮澜缰?。主要生產(chǎn)廠家有哈爾濱鍋爐廠有限責任公司（HG）、上海鍋爐廠有限公司（SG）、東方鍋爐股份有限公司（DG）、無錫華光鍋爐股份有限公司（UG）、濟南鍋爐（集團）有限公司（YG）、武漢鍋爐股份有限公司（WG）和杭州鍋爐集團有限公司（NG）等。目前，國產(chǎn)220t/h及以下容量的循環(huán)流化床鍋爐已在國內(nèi)獲得廣泛的工業(yè)推廣應用，實現(xiàn)了商品化；中國自主開

22、發(fā)的410t/h高壓循環(huán)流化床鍋爐和一批通過引進吸收和消化國外技術(shù)與自主開發(fā)相結(jié)合的440465t/h超高壓一次再熱循環(huán)流化床鍋爐已開始投入商業(yè)運行。其中，440t/h循環(huán)流化床鍋爐已達148臺。數(shù)量更多的135MWe級超高壓再熱循環(huán)流化床鍋爐正在建設中。另外，國家還將100MWe循環(huán)流化床鍋爐的輔機國產(chǎn)化，引進了300MWe循環(huán)流化床鍋爐設備和技術(shù)并直接參與設計與開發(fā)，盡快形成300MWe循環(huán)流化床鍋爐機組裝備能力，作為當前循環(huán)流化床技術(shù)開發(fā)的目標；中國于2003年4月與法國GEC阿爾斯通公司簽訂了引進200350MWe級循環(huán)流化床鍋爐制造技術(shù)和電站設計技術(shù)。2005年，完成了擁有自主知識產(chǎn)

23、權(quán)的200MWe級循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)開發(fā)并相繼建立了示范工程。2006年2月，首臺引進法國阿爾斯通公司的300MWe循環(huán)流化床鍋爐在四川白馬循環(huán)流化床鍋爐示范電廠實現(xiàn)滿負荷運行；2006年5月，安裝在內(nèi)蒙古華電烏達熱電公司的由無錫華光鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的480t/h超高壓再熱循環(huán)流化床鍋爐通過專家簽定，是中國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化大容量、高參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐；同年6月，哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產(chǎn)的引進法國阿爾斯通公司技術(shù)，參考普羅旺斯加登電站250MWe爐型設計的300MWe循環(huán)流化床鍋爐在云南開遠電廠通過了168h的運行考核；同年7月，西安熱工研究院研發(fā)設計的國產(chǎn)首臺210MWe循

24、環(huán)流化床鍋爐機組，在江西分宜第二發(fā)電廠有限公司順利通過96h試運行；同年10月，中國首次在熱電廠中安裝的秦皇島熱電廠三期擴建兩臺300MWe循環(huán)流化床鍋爐供熱機組投運。2009年2月23日，由東方電氣自主開發(fā)設計的世界首臺最大容量的四川白馬600MW超臨界循環(huán)流化床示范工程主機設備采購合同簽字儀式。該合同的簽署，標志著中國在自主研制低煤耗、低成本污染控制的潔凈煤燃燒技術(shù)走在了世界的前列，對國家重大裝備制造企業(yè)全面掌握600MW循環(huán)流化床 原始設計技術(shù)，提高自主創(chuàng)新和自主開發(fā)能力具有重要意義。1.3本文的主要內(nèi)容循環(huán)流化床鍋爐大型化面臨問題較多，本文主要在這三個方面進行研究：大型循環(huán)流化床鍋爐設

25、備的設計主要問題：爐膛結(jié)構(gòu)、受熱面和分離器的布置、布風裝置的設計；大型循環(huán)流化床鍋爐運行中存在的翻床、磨損主要問題；超臨界CFB鍋爐關鍵技術(shù)問題：水冷壁結(jié)構(gòu)，水動力特性。第2章 大型CFB鍋爐設備設計主要問題本章著重闡述在進行大容量循環(huán)流化床鍋爐設計時碰到的主要問題, 如爐膛斷面變大導致二次風射程不足造成中心缺氧問題、容量增大后由于放熱和吸熱的不平衡增長而導致的受熱面的布置問題等, 并介紹國內(nèi)外鍋爐制造公司及研究機構(gòu)對這些問題的處理辦法。2.1循環(huán)流化床鍋爐放大原則循環(huán)流化床鍋爐的放大過程是建立在已經(jīng)成功運行的循環(huán)流化床鍋爐的經(jīng)驗基礎上的放大，該過程中需盡量減少因缺少工程參考而帶來的放大風險。

26、圖2-1 中國CFB鍋爐放大過程總體示意盡管已有研究者建立了各種?；碚摵蜏蕜t來描述循環(huán)流化床的放大規(guī)律，如Glicksman(1984)及Horio(1989)的放大準則，這些準則只強調(diào)了氣固流動特性，但由于工程設計中的各種影響因素較多，熱力特性往往會成為更重要的影響因素，同時由于氣固兩相流動的復雜性，完全依靠理論來進行放大設計還很不現(xiàn)實。因此，工程設計通常更注重按照經(jīng)驗進行放大，但對影響因素進行分析是必不可少的，對于超出經(jīng)驗范圍的新的設計內(nèi)容，可借助CFD流體學設計軟件進行必要的數(shù)值模擬研究圖2-1所示為孫獻斌(2007)提出的中國CFB鍋爐從50MW到800MWCFB鍋爐的放大過程總體示

27、意。在300MW以下容量，可采用M型或H型爐型，當容量增大到600MW時，從總體布置的合理性而言，CFB鍋爐的爐型必然地要采用H型布置，鍋爐須采用6個直徑8.5m的分離器，分置于爐膛兩側(cè)，爐膛截面為400m2，爐膛高度55m，此時鍋爐的結(jié)構(gòu)可視為兩個M型300MW的CFB鍋爐爐膛及分離器組成的模塊結(jié)構(gòu)，也可視為在H型300MW CFB鍋爐的基礎上增加一組分離器和一個爐膛模塊，因此M型及H型CFB鍋爐發(fā)展到600MW時趨于相同?？傊?，利用模塊式的放大方法，充分借簽已運行的CFB鍋爐的爐膛、分離器和外置換熱等關鍵部件的經(jīng)驗，是行之有效的放大設計方法，并已成為目前CFB鍋爐設計的基礎理論。值得注意的

28、是，CFB鍋爐的放大并不是簡單的幾何尺寸的模塊放大，而是以模塊放大原理為基礎，根據(jù)已有工程經(jīng)驗而進行的放大和優(yōu)化設計，需要同時考慮熱力特性、流動均勻性、燃燒特性等技術(shù)問題。2.2爐膛放大的結(jié)構(gòu)設計爐膛放大是CFB鍋爐放大設計的重要內(nèi)容，需要充分研究爐內(nèi)過程特性的變化規(guī)律和可能出現(xiàn)的問題，必要時在最為接近的實際鍋爐的爐膛上開展測試和試驗研究，進行數(shù)值模擬以預測更大尺寸的爐膛的流動及熱力特性。下面對爐膛放大的主要幾何特點問題進行分析：2.2.1爐膛高度爐膛高度是CFB鍋爐的關鍵參數(shù)之一，不僅與鍋爐的燃燒效率、石灰石的脫硫效率、爐膛內(nèi)部受熱面的布置、尾部煙道受熱面的布置等因素有關，還與鍋爐的制造成本

29、等因素有關，而且這些因素之間存在相互矛盾。隨著鍋爐容量的增加，爐膛高度存在一定程度的增加，見表2-1。鍋爐容量在100300MW之間時，爐膛在30.542.5m的范圍內(nèi)。已有的CFB鍋爐放大經(jīng)驗表明，CFB鍋爐的放大在爐膛高度方向有少量增加，以保證放大后的CFB鍋爐的爐膛壓力分布、爐內(nèi)換熱特性接近成功運行的CFB鍋爐。西安熱工院根據(jù)現(xiàn)有的CFB鍋爐設計、運行經(jīng)驗，對于100300MW容量等級絕熱旋風分離器CFB鍋爐，得到如下合理爐膛高度計算模型：Hf=30+H(Rc)式中：Hf為爐膛總高度，m；H(Rc)為由燃料燃盡特性（燃盡指數(shù)Rc）決定的爐膛特性尺寸，m。表2-1 典型CFB鍋爐的爐膛高度

30、電廠名稱鍋爐容量（MW）爐膛高度（m）技術(shù)來源美國Vask10030.5美國FW美國Nisco熱電廠12034.1美國FW法國Emile Huchet12533法國ALSTOM河南豫聯(lián)電廠13534.3ALSTOM-CE加拿大Nova15735美國FW江西分宜發(fā)電廠21036西安熱工研究院波蘭Turow電站23542.5美國FW法國Gardanne電廠25037法國ALSTOM白馬示范電站30035.5法國ALSTOM美國JEA電廠30035.5美國FW波蘭Lagisza電廠46048美國FW事實上，CFB鍋爐爐膛高度的選擇還與鍋爐容量有很大的關系。鍋爐容量較小時，較低的爐膛高度就可以滿足水冷

31、壁受熱面布置的需要了，片面增加爐膛高度以取得好的燃盡效果會增加很大的投資成本；鍋爐容量達到100MW以上容量后，爐膛高度增加除了滿足水冷壁受熱面布置的需要外，還應考慮由于鍋爐爐膛截面尺寸增大帶來的二次風穿透問題，這會導致細顆粒燃盡所需要的燃燒行程和停留時間增大，從而需要適當增加爐膛高度。從根本來講，CFB鍋爐爐膛高度的選擇，除了根據(jù)受熱面布置的需要以外，其根本出發(fā)點是保證一次通過爐膛的燃料顆粒有足夠的燃盡時間。燃料燃盡特性不同，即使顆粒粒徑相同燃盡所需要的時間不同，爐膛高度設計也應該不一樣，爐膛高度設計也應有所差別；鍋爐容量增大后，爐膛中心供氧能力變差，一次通過爐膛顆粒燃盡所需要的停留時間也增

32、長，爐膛設計高度也應當增加。2.2.2爐膛截面的寬深比大型化CFB鍋爐爐膛的關鍵技術(shù)是爐膛斷面變大后帶來的相關技術(shù)難點，其中深度增加導致二次風射程不足造成中心缺氧問題是最為明顯，對難燃的煤種，為獲得更佳的燃燒效率，褲衩褪爐膛是值得研究和選擇的結(jié)構(gòu)。2.2.2.1爐膛寬深比的確定CFB鍋爐的爐內(nèi)存在大量床料，對水冷壁有一定程度的磨損，控制水冷壁磨損的主要參數(shù)是爐內(nèi)煙氣流速，一般控制在5.5m/s以下。因此，CFB鍋爐的容量一旦確定，爐膛的橫截面積基本確定。目前，大型循環(huán)流化床鍋爐采用矩形截面，四周為水冷壁，其寬深比主要根據(jù)以下幾個因素影響：（1）爐膛內(nèi)能否布置足夠的受熱面。一般除了大容量鍋爐可能

33、需布置屏式受熱面盡量不在爐膛下部布置似埋管的受熱面等。（2）二次風在爐膛內(nèi)的穿透能力。由于二次風在爐膛下部密相區(qū)的射程有限，當爐膛深度太大時，會使爐膛中心缺氧，因此爐膛深度尺寸的確定應確保二次風射程能夠達到爐膛中心區(qū)域。（3）固體顆粒給料在爐內(nèi)的橫向擴散。實際運行經(jīng)驗表明，爐膛深度太大，會影響爐內(nèi)固體顆粒的橫向混合，使前后墻給入得煤粒很難再短時間內(nèi)均勻混合。爐膛長、寬比的具體尺寸，還影響尾部受熱面的布置。其他諸如分離器的布置位置等，也與爐膛寬深比的數(shù)值有關。鍋爐容量100330MW之間的大型CFB鍋爐的截面結(jié)構(gòu)尺寸見表2-2表2-2 CFB鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)尺寸電廠名稱鍋爐容量（MW）爐膛寬度（m）

34、爐膛深度（m）爐膛截面積（m2）技術(shù)來源江西分宜發(fā)電廠10016.375.8195.1西安熱工研究院美國Nisco熱電廠12012.86.178.1美國FW法國Emile Huchet125118.694.6法國ALSTOM韓國東海電廠220197133.0ALSTOM-CE波蘭Turow電站23521.19.9208.9美國FW法國Gardanne電廠25011.514.8170.2ALSTOM-CE波蘭Turow電站26222.010.1222.2美國FW美國JEA電廠3002606.7174.2美國FW白馬示范電站30012.515.8197.5ALSTOM-CE波蘭Lagisza電廠4

35、6027.610.6292.6美國FW2.2.2.2二次風穿透能力問題影響CFB鍋爐寬深比的因素較多，但最主要因素還是爐膛的深度，因為爐膛深度直接影響爐膛沿深度方向的氧濃度分布狀況，進而影響爐內(nèi)燃燒狀況和鍋爐的燃燒效率。與密相區(qū)的大量顆粒的動量相比，二次風的動量要小得多，爐膛深度過大將導致二次風的穿透能力不足，容易導致爐膛中心區(qū)域氧濃度較低，不利于燃料在爐內(nèi)的完全燃燒。圖2-2所示為西安熱工院在100MW CFB鍋爐的實爐上測量的、沿爐膛深度方向的氧濃度分布。圖2-2 爐膛深度方向氧氣濃度分布可以看出，即使對于100MW 容量等級的CFB鍋爐，爐膛中心仍然存在明顯的缺氧區(qū)域，不利于燃料的完全燃

36、燒。隨著爐膛深度的增加，由于二次風的穿透能力有限，爐膛中心區(qū)域缺氧問題更加嚴重。圖2-3 褲衩腿爐膛阿爾斯通斯坦因公司（Alsthom Stein Industrie）的研究指出，二次風的穿透深度一般為6.5m左右，這給大型循環(huán)流化床爐膛下部的設計帶來影響。譬如，法國卡靈（Carling）的艾米路希（Emile Huchet）電站125MW 循環(huán)流化床鍋爐布風板面積為7.4m11.5m，濃相床上部（即變截面處）截面為8.66m11m。顯然，爐膛下部7.4m的深度已超過了二次風的穿透深度極限。因此250MW以上循環(huán)流化床鍋爐爐膛下部不得不采用如圖2-3所示的褲衩腿結(jié)構(gòu)。爐膛下部的密相區(qū)采用兩個床

37、面，除從鍋爐的側(cè)面送入二次風，還從兩個支腿之間送入二次風，解決了爐膛中心區(qū)域的缺氧問題。ALSTOM開發(fā)的600MW超臨界CFB鍋爐的爐膛下部密相區(qū)仍然采用這種褲衩腿結(jié)構(gòu)。2.3受熱面布置2.3.1受熱面布置問題2.3.1.1尺寸變化帶來的問題爐膛的包覆面積S與其容積V之比為：式中 A，B 爐膛寬度和深度； H 爐膛高度。由于受鍋爐整體布置的影響，鍋爐爐膛深度B4/A.可見爐膛包覆面積隨爐膛寬度加大，即隨鍋爐容量的加大而減小。顯然，隨循環(huán)流化床鍋爐容量的加大，可容布置的膜式水冷壁受熱面積將減少，造成爐膛內(nèi)布置受熱面“先天不足”。2.3.1.2熱量分配變化帶來的問題鍋爐容量和參數(shù)變化引起的熱量分

38、配變化也影響鍋爐受熱面的布置，下面解釋一下鍋爐各部分受熱面熱量分配隨鍋爐容量變化的情況，據(jù)此對CFB鍋爐大型化受熱面布置問題有更深入理解。圖2-4 75t/h CFB鍋爐受熱面吸熱與煙氣放熱的匹配圖2-4中，柱狀圖左表示工質(zhì)各部分吸熱量（給水欠焓、飽和、過熱、再熱）的構(gòu)成比例，柱狀圖右表示鍋爐各區(qū)域（爐膛、爐膛出口至省煤器、省煤器區(qū)）需要被吸收的熱量。顯然，煙氣側(cè)的放熱與汽水側(cè)的吸熱應當相互匹配。蒸汽參數(shù)發(fā)生變化，各受熱面相對的吸熱份額會發(fā)生很大變化。而在假定鍋爐爐膛出口煙溫、熱風溫度等不變的情況下，鍋爐爐膛內(nèi)、爐膛出口至省煤器前、省煤器區(qū)域的煙氣放熱比例不會發(fā)生大的變化。圖2-5 125MW

39、 CFB鍋爐受熱面吸熱與煙氣放熱的匹配由2-4 中結(jié)果可以看出，對于75t/h 容量以下的CFB鍋爐，飽和蒸發(fā)吸熱與爐內(nèi)有效放熱基本匹配，爐膛內(nèi)可以不布置過熱器受熱面，僅調(diào)整省煤器欠焓就可以實現(xiàn)吸熱與放熱熱量的匹配。圖2-6 300MW CFB鍋爐受熱面吸熱與煙氣放熱的匹配對于更大容量鍋爐，隨著容量的增加，需要在爐內(nèi)布置的過熱器與再熱器受熱面比例會越來越高。例如圖2-5 所示125MW CFB鍋爐，需要超過一半的過熱與再熱受熱面布置在爐內(nèi)才能實現(xiàn)吸熱與放熱的熱量匹配。而對于300MW CFB鍋爐，需要近2/3的過熱與再熱受熱面布置在爐內(nèi)才能實現(xiàn)吸熱與放熱的熱量匹配，如圖2-6所示。煤粉爐布置過

40、熱器和再熱器的的方案是懸吊各種形式的屏式換熱器，而對于CFB鍋爐由于爐內(nèi)固體顆粒濃度較高，可能對爐內(nèi)懸吊受熱面造成大的磨損。因此，需要有更好辦法解決大型CFB鍋爐爐內(nèi)受熱面布置困難。2.3.2解決方案為克服CFB大型化中爐膛內(nèi)受熱面布置的困難，不同爐型采取了不同的措施。Lurgi型大型容量CFB鍋爐采用了EHE外置式換熱器；FW型CFB鍋爐采用了INTREX外置式換熱器；FW公司還在爐膛上部布置型和翼片式管屏過熱器、再熱器或部分蒸發(fā)受熱面。下面簡單地介紹下這幾種解決方案。2.3.2.1外置式換熱器一、外置式換熱器的特點外置式換熱器是布置在CFB鍋爐灰循環(huán)回路上的一種熱交換器。大容量鍋爐在爐內(nèi)受

41、熱面布置空間不足或為避免磨損時，需要在循環(huán)回路上布置外置床，外置床的功能是將循環(huán)灰載有的部分熱量傳遞給其內(nèi)的受熱面，起到更靈活的調(diào)節(jié)床溫和過熱汽溫的作用。外置換熱器有以下優(yōu)點:(1) 外置換熱器可以布置蒸發(fā)受熱面, 吸收爐膛中的熱量, 有利于鍋爐受熱面的布置與匹配, 對大型化很有意義。外置換熱器中也可以布置過熱器及再熱器, 這樣就可以通過控制流過外置換熱器的熱灰量控制再熱器與過熱器的溫度。(2) 外置換熱器的流化速度很低(0.31.5m/s ) , 埋管受熱面的磨損比布置在爐膛頂部的受熱面磨損小得多。且外置換熱器的換熱系數(shù)很高, 為爐頂受熱面的4 倍, 因此能節(jié)約管材。(3) 不帶外置換熱器的

42、流化床只能通過改變過量空氣系數(shù)控制爐膛溫度, 這就會引起燃燒效率的降低。在低負荷時, 爐膛溫度降低會使燃燒和脫硫惡化。具有外置換熱器的流化床可以通過控制流過外置換熱器的灰量來控制爐膛溫度, 而過量空氣系數(shù)維持不變。爐膛溫度對CO、SO2、NOx 的排放影響很大, 通過控制爐膛溫度, 可以使這些氣體的排放量達到最小。( 4) 當燃料和石灰石的粒徑及品質(zhì)變化時, 可以通過外置換熱器的吸熱量來調(diào)整鍋爐的輻射吸熱量與對流吸熱量的比例, 保證鍋爐的總吸熱量和床溫不變, 提高了鍋爐的燃料適應性。二、外置式換熱器的形式帶有外置式換熱器的CFB鍋爐是大容量CFB鍋爐的發(fā)展方向，當容量到600MW時，外置式換熱

43、器更是必不可少的關鍵部件。目前，國外大型CFB鍋爐主要采用Lurgi型外置床結(jié)構(gòu)或美國FW公司的INTREX技術(shù)，在外置床內(nèi)布置有蒸發(fā)受熱面、過熱器或再熱器。中國已經(jīng)投入運行的300MW CFB鍋爐，也帶有外置式換熱器，自主開發(fā)研制的帶外置式換熱器的爐型目前有2臺，均采用了西安熱工研究院開發(fā)的新型外置床1Lurgi型外置式換熱器（EHE）圖2-7 Lurgi型外置式換熱器德國魯奇（Lurgi）公司研究開發(fā)的Lurgi型CFB鍋爐的外置式換熱器見圖2-7，工作原理是高溫旋風分離器分離下來的循環(huán)灰一部分通過回料控制器直接進入燃燒室，一部分通過回料閥下部布置的錐形閥，進入外置換熱器，經(jīng)過錐形閥與回料

44、閥的開口流通面積可控制進入外置床的循環(huán)物料的流量。2FW型外置換熱器（INTREX）圖2-8 INTREX布置方式圖福斯特慧勒（FW）公司開發(fā)出一種所謂整體式再循環(huán)外置流化床換熱器（INTREX），其特點是外置換熱器和爐膛下部緊鄰布置，外殼由膜式水冷壁構(gòu)成。由圖2-8 可知，換熱床有三條旁路流化通道。兩個流化床換熱器中分別布置過熱器和再熱器的埋管受熱面。旁路通道各有位置較高的溢流口。兩個換熱床有位置略低的溢流口，旁路通道與換熱床之間的隔墻上都有連通窗口。旁路通道、換熱床下均設有不風板、風帽，下面的風室則是分開的，可分別根據(jù)物料堆積、壓實或流化的要求調(diào)節(jié)流化風量。INTREX采用較復雜結(jié)構(gòu)的目的

45、是：1. 啟動時分離出的物料不受到冷卻，直接送回主床，升溫快，啟動速度快；2. 啟動時保護換熱床中的過熱器、再熱器等受熱面；3. 啟動后可靈活地調(diào)節(jié)進入換熱床中的固體物料量及從旁路通道直接進入主床的物料量，已調(diào)節(jié)主床溫度。3 TPRI緊湊式分流回灰換熱器圖2-9 緊湊式分流回灰換熱器為發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)的大型CFB鍋爐技術(shù)，孫獻斌等（2006）開發(fā)了緊湊式分流回灰換熱器（CHE，Compact ash-flow splitting Heat Exchanger）專利技術(shù)。該外置換熱器采用氣動控制原理調(diào)節(jié)循環(huán)灰的分流比例，且為整體化結(jié)構(gòu)。緊湊式分流回灰換熱器的結(jié)構(gòu)如圖2-9 所示，其工作原理是在立

46、管下的灰分配室將循環(huán)灰分流成兩部分，分流比例可調(diào)節(jié)，一部分流向高溫回灰管直接返回爐膛，另一部分則流向布置有受熱面的換熱床，然后流入低溫回料室，低溫灰顆粒通過低溫回灰管返回爐膛。2.3.2.1 管屏式受熱面及翼形式受熱面圖2-10 管屏式受熱面的布置簡圖循環(huán)流化床鍋爐的典型特征是煙氣流速較高，煙氣中灰的濃度大，顆粒濃度大，對爐內(nèi)受熱面的沖刷磨損嚴重，因此布置在爐膛中間的受熱面與常規(guī)煤粉鍋爐的屏式受熱面不同，需要特殊設計，譬如采用管屏式和翼形式受熱面。管屏式受熱面是Pyroflow公司的專利技術(shù)，主要目的是為了解決鍋爐大型化后不設置外置式換熱器帶來的傳熱面積不足的問題及消除管屏的磨損。管屏由外壁為

47、平面的管子以縱向連續(xù)焊接而成（圖2-10），管屏的平表面消除了磨損，同時管屏又構(gòu)成了布置在爐膛中的結(jié)構(gòu)牢固的汽冷梁，既可用作過熱器受熱面，也可用作再熱器受熱面。圖2-11 翼形屏式受熱面布置簡圖由于管的管屏式專利技術(shù)，并且制造成本比較高，爐膛上部的受熱面也可以設計成翼形屏式受熱面。翼形屏式受熱面利用膜式壁制造而成，管屏縱向布置。為了保證磨損余量，屏式受熱面的管束可以自由膨脹。各管屏之間采用U型彎管連接，以防止屏式受熱面的固有頻率與爐膛的激振頻率接近時出現(xiàn)共振。目前，翼形屏式受熱面的使用也比較普遍。2.4緊湊型分離器循環(huán)灰分離器是循環(huán)流化床鍋爐的關鍵部件之一，其形式?jīng)Q定著鍋爐整體布置的形式和緊湊

48、型。循環(huán)流化床大型化必然帶來分離器直徑大、數(shù)量多，造成鍋爐整體布置困難。下面先通過比較幾種典型分離器的特點選出方形分離器是解決這一困難的有益嘗試，再對方形分離器的結(jié)構(gòu)特點進行簡單地介紹。2.4.1幾種典型分離器的特點比較循環(huán)流化床的初期研究所選擇用的氣固分離器是高溫旋風分離器。傳統(tǒng)的旋風分離器具有較長發(fā)展歷史，技術(shù)成熟、使用可靠，有一整套最佳設計參數(shù)，且分離效率較高。目前很多循環(huán)流化床鍋爐仍在采用這種形式的分離器。許多學者對小型旋風取樣器和大型工業(yè)旋風分離器都進行了大量的研究，通過優(yōu)化旋風分離器的結(jié)構(gòu)與性能，也提出了各種描述分離機理、計算分離效率和流動阻力等方面的相關理論。但隨著技術(shù)的發(fā)展，傳

49、統(tǒng)旋風分離器的缺點顯得越來越突出。如由于其工作溫度高，需要敷設大量耐火防磨材料和保溫材料，并對保溫材料有較高的耐高溫要求;因保溫材料的熱慣性較大，而導致分離器的熱J慣性較大，負荷變化速度慢，進而使得鍋爐啟停時間加長，運行成本增加;因敷設了大量的耐火防磨和保溫材料，使得分離器體積龐大，不利于循環(huán)流化床鍋爐的大型化發(fā)展等。為了改進傳統(tǒng)旋風分離器所存在的這些問題，F(xiàn)W此基礎作了重要改進, 采用圖2-12 水（汽）旋風分離器結(jié)構(gòu)示意圖了汽水冷卻旋風分離器, 分離器筒體四周布置了水冷壁, 不需在爐膛和旋風分離器之間設置高溫管道, 相應的隔熱防磨襯里變薄（約50mm）, 從而使得鍋爐負荷升降可加快, 但缺

50、點是容易造成飛灰可燃物升高，制造工藝復雜，初投資比較高。圖2-13 美國B&W公司循環(huán)流化床分離系統(tǒng)A 爐頂撞擊返回；B 爐內(nèi)U型槽分離器；C 水平煙道U型槽分離器；D 多管旋風分離器B&W公司采用其獨特的全內(nèi)置首級循環(huán)方案, 在爐膛出口處用U型梁慣性分離器代替了旋風分離器。這種分離器帶來的最大優(yōu)點是相對于旋風分離器布置顯得更為緊湊, 并使鍋爐整體保持型布置,爐膛出口煙氣流速相比旋風分離器有明顯降低, 僅為8m/s。從而使得U型梁慣性分離器以及后續(xù)過熱器磨損的潛在可能性大為降低,并且減去了旋風分離器常見的厚耐火防磨襯里, 使得鍋爐啟停變得較為迅速, 因而被認為是循環(huán)流化床鍋爐大型化中分離器的一

51、個較好的解決方案。然而, U型梁慣性分離器相比于旋風分離器的低效率尚需加以改進。對此, B&W公司目前采用兩級分離, 在尾部煙道轉(zhuǎn)向處再添置一個多管式旋風分離器來解決, 然而, 這增加了系統(tǒng)的復雜性和煙風阻力, 使得型梁慣性分離器的優(yōu)越性有所降低。原Pyroflow公司考慮到在旋風分離器的圓形筒體中布置水冷壁時相應的制造和安裝工藝較為復雜, 因此提出了方形分離器的概念, 并將其用到了他們開發(fā)的緊湊型循環(huán)流化床鍋爐中, 使得鍋爐整體更加一體化和緊湊化。方形分離器是為了適應循環(huán)流化床大型化的要求而開發(fā)的一種新型氣固分離裝置。慣性分離器雖然也是適應大型循環(huán)流化床要求的一種選擇，但其分離效率比旋風分離

52、器要差。而方形分離器一方面有旋風分離器的高效特點，另一方面又便于同時實現(xiàn)分離器內(nèi)的壁面換熱，既可提高鍋爐的整體熱效率，又可大大減少耐火材料的費用，以及便于啟停爐和變工況等運行調(diào)節(jié)的操作，因而方形分離器是一種較好的新型分離設備，是大型CFB鍋爐分離器的發(fā)展趨向。2.4.2方形旋風分離器（緊湊型分離器）方形分離器是一種新型的旋風分離器，它既可以實現(xiàn)循環(huán)流化床的型結(jié)構(gòu)分布，又便于在分離器內(nèi)壁布置受熱面，實現(xiàn)高溫冷卻型分離，有利于循環(huán)流化床鍋爐的大型化發(fā)展。圖2-14 方形分離器布置示意圖方形旋風分離器最大的結(jié)構(gòu)特點是其外形為非圓形，如正方形、長方形或多邊形，一般采用的形狀均為方形，故而通常簡稱為方形

53、分離器。由于分離器的幾個面都是平面結(jié)構(gòu)，因此可以采用加工相對容易的水冷或汽冷膜式壁組裝而成，從而大大降低制造成本；另一方面由于采用膜式壁結(jié)構(gòu)，因此其內(nèi)部無需敷設很厚的耐火層而僅需敷設40150mm耐火層即可，從而提高了鍋爐啟停的靈活性，也相對減少了體積。此外，分離器還可以與爐膛共用一片膜式壁，使得鍋爐結(jié)構(gòu)更為緊湊。更重要的是，分離器可與爐膛組成一個整體，從而基本消除了與爐膛之間的熱差脹，使整個鍋爐本體系統(tǒng)更加可靠。由于方形分離器呈矩形結(jié)構(gòu)，因此可方便地實現(xiàn)兩個或過個分離器組件并列布置，而且可以布置得相當緊湊，一種典型布置方式如圖 2-14 所示。對于并列布置形式，其回料即可由每一組件單獨實現(xiàn)，

54、也可匯集至一個總灰斗中回料。由于方形分離器的優(yōu)越性，方形分離器在循環(huán)流化床中具有良好的應用發(fā)展前景，福斯特惠勒公司和奧斯龍公司合并后即將方形分離器循環(huán)流化床鍋爐作為大型化方向進行重點發(fā)展。另外，由于緊湊型循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)形狀上的特點，它還特別適合用于將老的煤粉爐改裝成更高效低污染物排放的循環(huán)流化床鍋爐，例如波蘭圖羅電站的200MW煤粉爐改造為260MW緊湊型循環(huán)流化床鍋爐。圖2-15 帶方形分離器的循環(huán)流化床鍋爐布置及流程清華大學在福斯特惠勒公司方形分離器的基礎上，發(fā)展了改進型的帶加速段的方形分離器，即“水冷異型分離器”，1995年獲得專利，并成功應用于75t/h完善化循環(huán)流化床鍋爐上。這種

55、方形分離器入口處增加了一曲面導流板，該導流板與其入口處的一直壁面形成了漸縮形加速段，并在分離器內(nèi)部用膜式水冷壁或耐火材料將其方形拐角處填充成圓弧形。這些改進措施可以減小流動阻力，使氣流容易形成離心旋轉(zhuǎn)，進一步提高分離效率，有效地克服了絕熱旋風分離器的后燃結(jié)焦問題；另外，與圓形水（汽）冷卻式旋風分離器相比，降低了制造成本。2.5布風裝置的設計大容量循環(huán)流化床鍋爐相比小容量循環(huán)流化床鍋爐而言, 具有更大的床層截面面積, 因此, 如何保證床內(nèi)物料的均勻流化和防止局部超溫結(jié)焦是布風裝置設計中值得注意的問題。另外, 二次風在爐內(nèi)的穿透能力也需考慮。首先可采用分割爐膛橫截面（尤其是布風板）的方法來解決由于

56、大爐膛截面所帶來的困擾, 比如 Lurgi 公司及其他一些公司采用的褲衩型分體爐膛設計, 其將爐膛下部分成兩個密相區(qū)(相應布風板也被分成兩部分),與其上部一個稀相區(qū)形成褲衩形布置。這樣做的目的之一是為了克服大容量循環(huán)流化床鍋爐中由于爐膛截面增大導致二次風穿透深度有限這一難題。另外, 也相應地縮小了布風板面積, 可用普通風帽使床層物料均勻流化而不會使密相區(qū)床層出現(xiàn)局部超溫結(jié)焦現(xiàn)象。這一設計已在投運的法國 250 MW 循環(huán)流化床鍋爐上采用, ABB-CE 公司的 150 MW 循環(huán)流化床鍋爐上也采用了褲衩形爐膛的設計方法。此外,有些用來解決爐內(nèi)受熱面布置不足的方法也在一定程度上緩解了由于大截面而

57、帶來的布風不均勻問題, 如全分隔墻技術(shù)等等。圖2-17 ABB-CE 的T型風帽圖 2-16 Foster Wheeler 公司的定向風帽另外, 可對布風板本身進行合理的優(yōu)化設計, 比如優(yōu)化風帽的設計。目前普遍應用的小直徑風帽具有氣流分布均勻性好, 但其處理沉積在風帽帽沿底下的積渣能力有所不足, 這對于大截面布風板的排渣是一大隱患。鑒于此, 很多公司對傳統(tǒng)風帽作了相應的改進。Foster Wheeler 公司采用了圖 2-16 所示的定向風帽, 可以使大顆粒床料在可能團聚、停止流化、過熱或熔化成更大顆粒團之前被迫沿著噴嘴出口氣流所導引的方向流至床的排渣口。另外, 定向風帽噴嘴的出口較大, 直徑為 12mm15mm。這些具有大而單一出口的噴嘴不象有很多小孔出口的噴嘴那樣容易被堵塞, 從而避免由此引起的風帽燒壞問題, 但如安裝或運行不好則會出現(xiàn)