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1、整體布置
    筆者所在單位組織技術(shù)人員進行了75噸／小時循環(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。
     鍋爐采用床下點火，分級燃燒，一次風(fēng)率約為45%。正常運行時，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)，達到最佳的脫硫效果，空氣的分級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)既能吹掉包裹在進入懸浮段未燃燼的燃料顆粒上的灰殼，使燃料與氧及時的接觸；又能在懸浮區(qū)段造成氧化環(huán)境，補充燃料進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990℃左右。另外，蒸發(fā)管下部的爐膛高度達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、三級過熱器、二級過熱器、一級過熱器和二級省煤器管束，約80%的熱量被吸收，煙溫降至450℃左右后進人旋風(fēng)分離器進行氣固分離。分離下來的再循環(huán)粒子一部分進入回送裝置通過回料器從爐膛后部分四點回送至密相區(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)部裝置采用機械分離裝置進行汽水分離。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口集箱進入蒸發(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)汽管進入低溫過熱器進口集箱，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)，當霧化水與過熱蒸汽混合時被蒸發(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)燃料和石灰石及時準確地送入爐內(nèi)，且送入量應(yīng)與鍋爐運行負荷的要求一致。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。由標高—14050 mm起向下在深度方向上變?yōu)榈固菪�。密相區(qū)在底部，標高約為4550 mm。水冷壁工作時可向下自由膨脹，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，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%。額定負荷時工作溫度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。每一個旋風(fēng)分離器下部通過一根4426×14的連接管路同一個回送裝置相連，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。整個鍋爐共有四個回料管。在標高6 535 mm處沿燃燒室寬度方向均勻分布�；厮脱b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。
    鍋爐有兩臺點火燃燒器布置在風(fēng)室前端的一次風(fēng)道內(nèi)，以供鍋爐啟動點火之用。點火使用燃料為油，油經(jīng)機械霧化燃燒產(chǎn)生巨大的熱量，與從蝸殼進入的空氣混合后，形成870℃左右的高溫?zé)煔�。通過布風(fēng)裝置將床內(nèi)的床料加熱至點火溫度。點火過程的關(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。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)機抽出。因此，鍋爐需配套鼓風(fēng)機、一次風(fēng)機和引風(fēng)機。由于一次風(fēng)所需的壓頭相對較高，鍋爐推薦鼓風(fēng)機與一次風(fēng)機串聯(lián)的布置方式。除此之外，為保證再循環(huán)灰的回送，還需配套一個高壓小流量的羅茨鼓風(fēng)機，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。同時要求風(fēng)機有防噪音措施。鼓風(fēng)機進口空氣溫度一般應(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（即最下面一個）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相互獨立的通路。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DN200的排渣管。從空氣預(yù)熱器出來的二、三次風(fēng)分別進入二次風(fēng)箱和三次風(fēng)箱，二、三次風(fēng)箱各為兩個，分別布置在燃燒室前、后墻外側(cè)。每個風(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)計技術(shù)規(guī)程》SDJ1和《火力發(fā)電廠熱工自動化設(shè)計技術(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、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要的測點。
    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)生擾動的話，燃料量根據(jù)負荷信號加以控制，燃料量的供給速度是受控制的，其速度信號是以燃料發(fā)熱值為依據(jù)，所以，燃料量的計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)機返料風(fēng)量是按照燃料量來進行控制。調(diào)節(jié)鍋爐循環(huán)灰量以達到床溫控制目的。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)將實現(xiàn)鍋筒水位的自動調(diào)節(jié)，以達到鍋爐安全運行，保證蒸汽品質(zhì)的目的。調(diào)節(jié)減溫水量可實現(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
    1)操作方便，運行穩(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、燃燒幾乎同時進行，燃燒控制無需進行復(fù)雜的調(diào)整。
    2)循環(huán)流化床燃燒方式由于爐內(nèi)燃燒強度和傳熱強度高，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間，又保持較低的煙氣流速，從而使該爐燃燒效率高達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
    從已安裝投運的鍋爐來看，鍋爐總體設(shè)計合理，技術(shù)先進，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。

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