循环流化床锅炉主体结构及其关键部件

循环流化床锅炉主体结构及其关键部件

一、旋风分离器

旋风分离器是循环流化床锅炉的核心部件之一。其主要作用是将大量的高温固体物料从炉膛出口的气流中分离出来。通过返料装置送回炉膛，以维持燃烧室快速流态化状态，使燃料和脱硫剂多次循环，反复燃烧和反应。

旋风分离器进口烟道由汽冷膜式壁包覆而成，内敷耐磨材料，上下环形集箱各一个。蒸汽自三个旋风分离器进口烟道下集箱分别由四根管子送至各自的旋风分离器下部环形集箱，蒸汽通过旋风分离器管屏的管子逆流向上被加热后进 入分离器上部环形集箱，该集箱通过蒸汽连接管与尾部左右侧包墙上集箱相连。

旋风分离器进口烟道设有吹扫风，吹扫风来自于压缩空气，作为锅炉低负荷和停炉时，防止旋风分离器进口烟道积灰的手段。锅炉正常运行时，吹扫风可不开启。

目前旋风分离器的种类比较多，按使用条件的不同，分离器可分为三大类：高温分离器、中温分离器、低温分离器。而高温旋风分离器又可分为：绝热材料制成的高温旋风分离器和水冷、汽冷高温旋风分离器。

绝热材料制成的高温旋风分离器：分离器内部有防磨层和绝热层。此类型的分离装置占了已运行的和正在建造的循环流化床分离装置的绝大部分。此类型的分离器在小型流化床锅炉中运用的较多，运行情况相对稳定，但此旋风分离器体积较大，受旋风分离器最大尺寸的限制，且旋风分离器工作温度较高，需用的耐火和保温材料较厚，启动时间长，而且相对而言散热损失也大，如果燃烧组织不良，还会在旋风分离器内产生二次燃烧。

水冷、汽冷高温旋风分离器：整个分离器设置在一个水冷或汽冷腔室内，此类型的旋风分离器是由Foster Wheeler 公司提出的，采用这种旋风分离器不需要很厚的隔热层。目前容量较大的流化床锅炉已广泛采用此类分离器。

锅炉在炉膛出口与后部烟道之间布置有三台汽旋风分离器，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，长度几乎伸至旋风分离器圆柱体一半位置。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的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联箱相连，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。其内部流动的冷却介质为经过旋风分离器进口烟道受热面加热过的过热蒸汽，过热蒸汽先由分离器进口烟道的受热面出口联箱经导汽管引至旋风分离器下部环形联箱，后经包覆在分离器四周的管子，受热后引至上部环形联箱，后经导汽管进入侧包墙过热器。

旋风分离器的内表面敷设有防磨材料。中间部分为绝热耐火层，最外层是钢制外壳。旋风分离器的中心筒由高温、高强度、抗腐蚀、耐磨损的RA-253mA钢板卷制而成。

汽冷式旋风分离器相比较其它形式的分离器，具有以下优点：

1、耐火材料的用量大大减少，厚底由钢板式内斑纹形式旋风分离器的300-400mm降至25mm，不仅能缩短启停时间和承担一定的热负荷，而且大大降低了耐火材料量，也降低了维护检修的费用。

2、耐火材料用高密度销钉固定，不易脱落，运行安全可靠。

3、锅炉启动速度不受耐火材料升温速度的限制，负荷调节快捷，启动迅速，同时旋风分离器的蓄热量也大为降低，锅炉启动时节省燃料。

4、旋风分离器中心筒采用耐高温、耐腐蚀的奥氏体钢，可靠性较高。汽冷旋风分离器耐火材料布置如右图所示：

5、与炉膛之间胀差小，结构简单，具有更可靠的密封性。

6、汽冷式旋风分离器外壁温度较低，锅炉散热损失减小，可提高锅炉效率，降低运行成本。

7、增加了锅炉过热受热面，有利于CFB锅炉大型化后受热面的布置

其缺点是结构复杂，工艺要求高，成本高，价格贵。

二、布风装置

布风装置是锅炉流态化燃烧的主要部件，布风装置主要有两种类型：风帽式和密孔板式。随着我国循环流化术锅炉的大型化，密孔板式布风装置应用范围越来越小，现在大型循环流化床锅炉多采用风帽式布风板。

1、风帽

风帽是流化床锅炉实现均匀布风以及维持炉内合理的气固两相流动和锅炉安全经济运行的关键部件。随着循环流化床锅炉技术的发展，出现了多种结构形式的风帽，主要有钟罩式、蘑菇头式、导向式风帽等。由于磨损、漏渣等原因其它形式风帽已逐渐被淘汰，目前循环流化床锅炉趋向于采用钟罩式风帽。

大直径钟罩式风帽有以下特点：

1）内管设计阻力合适、布风均匀、调节性能好且运行稳定。

2）外帽小孔风速低，降低了风帽间的磨损。

3）外帽与内管螺纹连接，便于检修。

4）运行时风帽不易堵塞，不易漏灰。

5）使用寿命长，不易磨损。如图5-3所示为大直径钟罩风帽：

2、布风板

布风板的作用是支承固定风帽和隔热层，并初步分配气流。布风板的截面形状大小决定于密相区底部段的截面，由厚度为30~40mm的整块铸铁板或分块组合而成。不论布风板的形状是矩形还是圆形，节距的大小取决于风帽的大小及风帽的个数与气流的小孔速度，为了便于固定和支撑，布风板的实际加工尺寸要大一些。当采用多块钢板拼接时，必须用焊接或用螺栓连接成整体，以免受热变形，产生扭曲、漏风和隔热层裂缝。布风板一般有水冷式布风板和非水冷式布风板两种。大型流化床锅炉一般采用热风点火，要求启停时间短，变负荷快。为适应这些要求，消除热负荷快速变化对流化床锅炉燃烧系统带来的不利影响，采用水冷布风板是十分重要的。水冷式布风板采用膜式水冷壁管拉稀伸长形式，在管与管之间的鳍片上开孔，布置风帽，如图5-4。

 

一个稳定的流化床层要求布风板具有一定的压降，一方面使气流在布风板下的速度分布均匀，另一方面可以抑制由于气泡和床层起伏等原因引起颗粒分布和气流速度分布不均匀，布风板压降的大小与布风板上风帽开孔率的平方成反比。但布风板的压降给风机造成了压头损失与电耗，因此布风板设计中考虑维持均匀稳定床层需要的最小布风板压降。根据运行经验，布风板阻力为整个床层阻力（布风板阻力加料层阻力）的20%~30%时，可以维持床层稳定的运行。

三、回料器

被汽冷式旋风分离器分离下来的循环物料通过回料器送回到炉膛下部密相区。回料器共三台，分别布置在三台旋风分离器的下方，支撑在钢架梁上。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。回料器有两个关键功能：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，防止燃烧室的高温烟气反窜到旋风分离器，影响分离器的分离效率。回料器阀体出口段采用一分为二的结构，每台回料器内的高温循环灰分两路进入炉膛，确保回料的均匀性，减小回料对床层的冲击。回料器用风由单独的高压流化风机负责，流化风机的高压风通过底部风箱及阀体和立管上的四层充气口进入回料器，每层充气管路的母管上都有各自的风量测点，能对各层风量进行准确测量，还可以通过布置在各充气管路上的风门对风量进行调节。回料器上升管上方还布置有启动床料添加口。回料器下部设置了放灰口，用于检修、紧急情况下回料器的放灰，其中每个回料器有一根放灰管接入了滚筒冷渣器入口。

回料器和回料立管由钢板卷制而成，内侧敷设有防磨、绝热材料。

四、省煤器

省煤器是利用锅炉尾部烟气热量加热锅炉给水的热交换器，它属于加热受热面。 

1、省煤器的作用

（1） 节省燃料。锅炉炉膛中燃料燃烧生成的高温烟气，在将热量传递给水冷壁、过热器和再热器后，温度还很高，如果将烟气再经过锅炉尾部省煤器，烟气温度即可降低，从而减少排烟热损失， 提高锅炉效率，节省燃料。省煤器的名称即由此而来。

（2）降低锅炉的造价。由于给水进入汽包之前先在省煤器加热，因此减少了给水在受热面的吸热，可以用省煤器来代替部分造价较高蒸发受热面，从而使锅炉的造价降低。

（3）改善汽包的工作条件。由于采用省煤器，提高了进入汽包的给水温度，给水进入汽包就会减小汽包壁与给水之间的温度差，热应力相应的减小，从而改善汽包的工作条件，延长汽包的使用寿命。

2、省煤器的分类

省煤器按工质出口状态分为沸腾式和非沸腾式两种。

一般沸腾式省煤器适用于中、高压锅炉，它与锅炉联成一个整体，也叫不可分式。其特点是省煤器出口与锅炉之间无任何阀门。在锅炉运行时，给水温度上升的同时还会产生10%-20%的蒸汽。非沸腾式省煤器适用于低压工业锅炉，省煤器与锅炉之间有阀门控制。省煤器出口给水温度要比锅筒内的炉水饱和温度低40-50℃，因此给水不会沸腾产生蒸汽。

3、省煤器的结构

1）省煤器布置在锅炉尾部烟道内，采用螺旋鳍片管结构，由两个水平管组组成，双圈绕顺列布置。

 2）省煤器管子采用常规防磨保护措施：省煤器管组入口与四周墙壁间装设防止烟气偏流的均流板；处于吹灰器有效范围内的省煤器设有防磨护板，以防吹损管子。

 3）给水从省煤器进口集箱右侧单端引入，流经省煤器管组，最后从出口集箱的两端通过连接管从锅炉两侧引入水冷壁。

五、锅炉启动系统

设置启动系统的主要目的就是在锅炉启动、低负荷运行及停炉过程中，通过启动系统建立并维持炉膛内的最小流量，以保护炉膛水冷壁，同时满足机组安全、经济启停、低负荷运行及快速地进行事故处理，并实现工质和热量的回收的要求。启动系统型式及容量的确定是根据锅炉最低直流负荷、机组运行方式、启动工况及最大工况时水冷壁质量流速的合理选取、以及工质的合理利用等因素确定。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈！我公司锅炉配置容量为35%BMCR的启动系统，以与锅炉水冷壁最低质量流量相匹配。启动系统暂定为不带启动循环泵的内置式启动系统，系统由启动分离器、储水罐、水位控制阀、截止阀、启动疏水扩容器、管道及附件等组成。

设置疏水泵，水质不合格时，疏水经启动疏水扩容器扩容后排入机组排水槽。水质合格时，疏水通过疏水泵排入凝汽器，回收工质。

六、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，前烟道内布置有低温再热器水平管组，后烟道内布置有低温过热器、一级中温过热器水平管组，在包墙过热器以下竖井烟道四面由钢板包覆，沿烟气流向分别布置有省煤器和空气预热器。

七、低温过热器

低温过热器位于尾部对流竖井后烟道下部，低温过热器由两组沿炉体宽度方向布置的四圈绕水平管圈组成，顺列、逆流布置。

低温过热器管束通过固定块固定在尾部包墙上，随包墙一起膨胀，蒸汽从中间包墙下集箱引入，与烟气呈逆向流动经过低温过热器管束后进入低温过热器出口集箱，再从出口集箱的两端引出。

低温过热器采取常规的防磨保护措施，每组低过管组入口与四周墙壁间装设防止烟气偏流的阻流板，每组低过管组前排管子迎风面采用防磨盖板。

八、一级减温器

从低温过热器出口集箱至位于炉膛前墙的屏式过热器进口集箱之间的蒸汽连接管道上装设有一级喷水减温器。其内部设有喷管和混合套筒。混合套筒装在喷管的下游处, 用以保护减温器筒身免受热冲击。

九、屏式过热器

屏式过热器共十二片，布置在炉膛上部靠近炉膛前墙，过热器为膜式结构。为保证蒸汽的质量流速，十二片管屏采用串联布置，即过热蒸汽在其中六片管屏内由上向下流动，在另外六片管屏中由下向上流动。在屏式过热器下部转弯区域范围内设置有耐磨材料，整个屏式过热器自下向上膨胀。

十、二级减温器

从屏式过热器出口集箱至位于前墙的高温过热器进口集箱之间的蒸汽连接管道上装设有二级喷水减温器，用于对过热蒸汽温度的细调。二级减温器的结构与一级减温器基本相同。

十一、再热器事故喷水减温器

在低温再热器进口集箱之前装设有事故喷水减温器。其内部设备和过热器系统喷水减温器相同，目的是为了保护再热器不超温。

十二、低温再热器

低温再热器管束通过固定块固定在尾部包墙上，随包墙一起膨胀，低温再热蒸汽由两端引入低温再热器进口集箱，与烟气逆流向上流动经过低温再热器管束后进入低温再热器出口集箱，再从出口集箱的两端引出。

低温再热器由两组沿炉体宽度方向布置的四圈绕水平管圈组成，顺列、逆流布置。

低温再热器采取常规的防磨保护措施，每个管组入口与四周墙壁间装设防止烟气偏流的均流孔板，管组第一排管子迎风面采用防磨盖板。

十三、再热器喷水减温器

从低温再热器出口集箱两侧至位于炉膛前部的屏式再热器进口集箱之间的蒸汽连接管道上装设有微喷减温器，和尾部烟道烟气挡板一起对再热汽温起到调节作用。

十四、屏式再热器

屏式再热器共8片，布置在炉膛上部靠近炉膛前墙，再热器为膜式结构，在屏式再热器下部转弯区域范围内设置有耐磨材料，整个屏式再热器自下向上膨胀。

十五、点火装置

循环流化床锅炉的点火方式有床下点火、床上点火和混合式点火三种方式。床下点火方式的特点是：热利用率高，点火油燃烧所产生的热量由床下点火风携带对床料进行加热，大部分热量被床料吸收，床温上升快速、均匀，能加快升炉速度和减小热损失。但其有较长的点火风道，占地面积较大，系统复杂。床上点火风道的特点是：油燃烧器直接装在炉本体四周，节约了系统投资,在锅炉发生事故时可以起到稳燃的作用，但其热利用率低，大部分热量随烟气进入尾部烟道，如雾化不良易造成尾部烟道的二次燃烧。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈！其床料温度上升较慢且不均匀。混合式点火方式即是床下和床上点火方式的组合，这种点火方式虽融合了床上与床下点火方式的优点，也集中了两种方式的缺点。

不论是床上点火方式还是床下点火方式，其点火装置都是点火油枪（燃气装置），这与煤粉锅炉差不多。循环流化床锅炉的点火油枪多为简单压力式点火枪。其主要由点火油喷嘴、油枪杆、进油管道组成。其油喷嘴主要由雾化片、旋流片和分油嘴三部分组成。从油泵来的高压燃料油（一般是轻柴油）经过分油嘴的几个小孔汇合到环形槽内，然后经过旋流片的切向槽进入旋流片中心的旋涡室并产生高速旋转。旋转后的油通过雾化片的中心孔喷出，在离心力的作用下被破碎成很细的油滴，并形成具有一定雾化角的圆锥形油雾。雾化油能和空气充分的混合，在遇到明火时能迅速着火。其打火装置一般采用高能电子发生器。为保证油枪的正常使用，在油管道靠近油枪杆的部位还装有蒸汽吹扫系统。在油枪使用前对油枪杆及油喷嘴进行吹扫，目的是对油枪进行吹堵和预热，更利于燃油点燃。在油枪使用后对油枪杆及油喷嘴进行吹扫，目的是吹净油阀后管道中的积油，防止积油在管道中碳化造成油枪堵塞。

十六、锅炉构架

本锅炉按露天布置采用钢结构骨架。柱脚在-1000mm标高处，通过钢筋与基础相连，柱与柱之间有横梁和垂直支撑，以承受锅炉本体及由于风和地震引起的荷载。

锅炉的主要受压件（如启动分离器、炉膛水冷壁、旋风分离器、尾部竖井烟道等）均由吊杆悬挂于顶板上，而其它部件如冷渣器、空气预热器、回料器等均采用支撑结构支撑在横梁或地面上。

锅炉需运行巡检的地方均设有平台扶梯。

十七、安全阀

安全阀是锅炉的一种保护装置，其作用是当锅炉压力达到一定值时通过安全阀排出部分蒸汽泄压以保证锅炉的正常运行。

安全阀一般分为弹簧式安全阀、杠杆（重锤）式安全阀和脉冲式（冲量式）安全阀及活塞式盘形弹簧式安全阀。

弹簧式安全阀，它主要由阀芯、阀座、阀杆、弹簧、调整螺钉组成。这种阀门是利用弹簧的弹力将阀芯压于阀座之上，当锅炉的压力大于弹簧的压力时即可顶开阀门排汽泄压，弹簧弹力可通过调整螺钉来调节。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈！阀门开启过程中弹簧弹力不断增大，因此开启过程是个不断受到抑制的过程而不容易顺利的排汽，为克服这一缺点，弹簧式安全阀的阀芯与阀座接触面研磨成斜面，并在阀芯边缘制成一个伸出的弯头，这样做的道理是当阀芯被稍稍顶起时阀芯边缘也受到汽压的作用（压力的传播速度相当快）使受力面积突然增大，阀门能较大幅度的开启。压力降低时，同样的道理受力面积突然减小阀门及时关闭，这种“突开突闭”有利于锅炉的安全运行，在安全阀上还设有调整环，调整环位置高低不同，使阀门开闭的汽压值随之变化，以适应不同的工况。弹簧式安全阀体积小、调整方便，而且只要弹簧材料的性能跟的上，它的调节范围很广。

为了实现弹簧式安全阀的强制开关，在阀门顶部装有提升把手，另外为了保证安全性，阀门还装有防止随便拧动调节螺钉的装置。

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