謝國(guó)利，龐樂(lè)民，欽 峰，向夏楠，何 燕

（1.湖州市特種設(shè)備檢測(cè)中心，浙江 湖州 313000；2.湖州煒業(yè)鍋爐容器制造有限公司，浙江 湖州 313000）

能源與環(huán)境，是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的兩大問(wèn)題。我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，也是用煤大國(guó)，煤在我國(guó)的一次能源構(gòu)成中，占據(jù)著絕對(duì)主要的地位。煤炭中又有84%直接用于燃燒，因此燃煤工業(yè)鍋爐，仍將是工業(yè)鍋爐的主導(dǎo)產(chǎn)品。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，環(huán)境壓力的增大，國(guó)內(nèi)對(duì)各種清潔煤技術(shù)的需求進(jìn)一步增長(zhǎng)。潔凈、高效地開(kāi)發(fā)利用煤炭資源，將成為我國(guó)的必然選擇[1]。

對(duì)目前社會(huì)上普遍應(yīng)用的燃煤有機(jī)熱載體爐而言，其燃燒方式均為層燃方式（即手燒固定爐排、往復(fù)爐排、鏈條爐排等），這種燃燒方式技術(shù)成熟、便于實(shí)現(xiàn)，但存在著燃燒效率低、煤種適應(yīng)性差等諸多不足。同時(shí)鏈條等機(jī)械化爐排構(gòu)造復(fù)雜，金屬耗量多，運(yùn)行故障多。

循環(huán)流化床（CFB）鍋爐，以其特殊的流體動(dòng)力特性，使?fàn)t內(nèi)的質(zhì)量和熱量交換非常充分，未燃盡的燃料顆粒，通過(guò)多次循環(huán)，延長(zhǎng)其在爐內(nèi)的停留時(shí)間，燃燒中多次參與床層中劇烈的質(zhì)量和熱量交換，十分有利于燃料的燃盡，故其燃料的適應(yīng)性較好，對(duì)于高灰分低熱值的劣質(zhì)煤而言，也可獲得經(jīng)濟(jì)而穩(wěn)定的燃燒。同時(shí)，爐內(nèi)燃燒溫度相對(duì)較低，可以抑制氮氧化物的生成，可方便采取脫硫措施，降低排放[2]。

有鑒于此，國(guó)內(nèi)諸多大專(zhuān)院校、科研單位、鍋爐制造廠家和用戶(hù)，均在有機(jī)熱載體鍋爐領(lǐng)域進(jìn)行流化床燃燒技術(shù)的嘗試，并對(duì)循環(huán)流化床的流動(dòng)特性、傳熱特性、燃燒特性進(jìn)行深入的研究和試驗(yàn)，并開(kāi)發(fā)出不同特色的循環(huán)流化床有機(jī)熱載體爐。

1 循環(huán)流化床有機(jī)熱載體爐

1.1 n型爐管流化床有機(jī)熱載體鍋爐

如圖1所示，為山東某鍋爐制造單位設(shè)計(jì)的n型爐管流化床有機(jī)熱載體鍋爐[3]。

圖1 n型爐管流化床有機(jī)熱載體鍋爐

該鍋爐輻射受熱面采用n型管結(jié)構(gòu)，可根據(jù)設(shè)計(jì)需要，在一定的空間布置多層n型管。其中，靠近爐膛內(nèi)側(cè)的n型管，是雙面爆光的油冷壁，其吸熱量為單面的2倍，整個(gè)外表面上，都能接受爐膛火焰的高效輻射，強(qiáng)化了傳熱效果，有效降低了鍋爐本體鋼材耗用量。該鍋爐的爐膛由沸騰層和懸浮室組成，即采用慣性分離的方法。

該鍋爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便，慣性分離器與鍋爐匹配性好，熱慣性好，流動(dòng)阻力一般也不大。但是，慣性分離器分離效果欠佳，流化床物料循環(huán)質(zhì)量往往難以保證[4]。

1.2 縱向膜式壁管流化床有機(jī)熱載體鍋爐

另外，國(guó)內(nèi)某鍋爐企業(yè)，還研發(fā)出了縱向膜式壁管流化床有機(jī)熱載體爐[5]。與螺旋盤(pán)管作為輻射受熱段不同，該鍋爐由縱向膜式壁管?chē)奢椛鋫鳠峥臻g，燃燒室產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥上孪蛏细咚倭鲃?dòng)，膜式壁管內(nèi)的導(dǎo)熱油沿管壁由下向上以大于2 m/s的速度流動(dòng)，并與高溫?zé)煔馔瓿蔁峤粨Q。中部，高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器，向上轉(zhuǎn)彎進(jìn)入右側(cè)對(duì)流室，在分離器內(nèi)旋轉(zhuǎn)分離出來(lái)的煤灰向下流動(dòng)，回到燃燒室進(jìn)一步燃燒，完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程。所布置的旋風(fēng)分離器，分離效率在97%～98%之間，分離效果比n型管鍋爐有明顯提高。對(duì)流傳熱部件的多組對(duì)流管束與煙氣對(duì)流換熱，下部為空氣預(yù)熱裝置，回收余熱。被加熱的熱空氣送到左側(cè)的燃燒室內(nèi)，以利于燃燒。

采用膜式水冷壁，能使?fàn)t膛具有良好的密封性，減少了漏風(fēng)。同時(shí)，由于采用敷管爐墻（管承爐墻），爐墻的全部重力由懸吊的水冷壁支撐。并且，由于水冷壁吸收大量輻射熱，使?fàn)t墻內(nèi)壁溫度大大降低，因此爐墻的厚度和總質(zhì)量可以減小[6]。

該種鍋爐的缺點(diǎn)是，因爐膛內(nèi)未布置傳熱系數(shù)高的埋管埋管受熱面，需采用增大爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)的方法控制爐內(nèi)溫度，但該舉措因燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間減少，將導(dǎo)致固體不完全燃燒熱，損失增大，且煙氣量過(guò)多，也會(huì)導(dǎo)致排煙熱損失增加，甚至可能會(huì)引起分離器超溫，并伴隨著爐膛溫度過(guò)高，容易產(chǎn)生有害氣體等問(wèn)題[7]。

圖2 縱向膜式壁管流化床有機(jī)熱載體鍋爐

2 循環(huán)流化床油水雙介質(zhì)鍋爐

上述兩種以有機(jī)熱載體為單一工質(zhì)的循環(huán)流化床鍋爐，盡管采取了一些提高熱效率的方法（如增設(shè)空預(yù)器等），但因有機(jī)熱載體的加熱溫度往往較高，尾部受熱面對(duì)流換熱后，鍋爐排煙溫度仍較高。為克服該問(wèn)題，國(guó)內(nèi)科研單位和制造廠家，研發(fā)出了多種循環(huán)流化床油水雙介質(zhì)鍋爐。該種形式的鍋爐與普通循環(huán)流化床的最大區(qū)別，在于其兩部分，分別為蒸汽（熱水）鍋爐部分及有機(jī)熱載體爐部分，即同時(shí)接入以水（蒸汽）為工質(zhì)的低溫供熱系統(tǒng)。

2.1 油水雙介質(zhì)循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐

如圖3示，某鍋爐廠開(kāi)發(fā)了一種油水雙介質(zhì)循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐[8]。

圖3 油-水雙介質(zhì)流化床鍋爐

經(jīng)過(guò)軟化處理的水，先進(jìn)入省煤器進(jìn)口集箱，均勻地分配給省煤器管束，并與經(jīng)過(guò)對(duì)流換熱的煙氣進(jìn)一步換熱，再?gòu)氖∶浩鞒隹诩渑懦?，進(jìn)入埋管進(jìn)口集箱，各埋管管束直接伸入爐膛，與高溫火焰直接換熱，最終從熱水出口集箱接至熱用戶(hù)。為減少埋管磨損，提高埋管使用壽命，選取壁厚較大的埋管，并且在埋管四周焊接鰭片，借此增加水冷壁溫度，降低爐膛溫度，即有效克服了縱向膜式壁管流化床鍋爐的缺點(diǎn)。

而對(duì)有機(jī)熱載體鍋爐部分而言，有機(jī)熱載體經(jīng)熱媒循環(huán)泵輸入進(jìn)口集箱，進(jìn)口集箱連通對(duì)流受熱面（含多支對(duì)流管組，以增加對(duì)流受熱面積，起到分流作用），對(duì)流管束與高溫?zé)煔鈸Q熱后，進(jìn)入對(duì)流出口集箱，后通過(guò)連通集箱，將熱載體導(dǎo)入輻射進(jìn)口集箱均勻地分配給各輻射管，輻射管盤(pán)旋環(huán)繞而上，圍成密閉的矩形爐膛。管子的向火面共同組成輻射受熱面，加熱有機(jī)熱載體。工質(zhì)最終進(jìn)入頂上集箱，通過(guò)頂棚管到達(dá)出口集箱，在接至用戶(hù)換熱，繼而再返回重新加熱。

該鍋爐因煙氣經(jīng)過(guò)對(duì)流管組、省煤器管束和空氣預(yù)熱器換熱，能進(jìn)一步降低排煙溫度、提高熱效率。

有機(jī)熱載體爐上采用循環(huán)流化床技術(shù)，要特別注意的，就是克服磨損，一旦磨損爆管，損失將十分巨大。相對(duì)于尾部對(duì)流受熱面磨損問(wèn)題，已有成熟的技術(shù)而言，爐膛磨損至今仍是國(guó)際上的研究課題之一，故對(duì)爐膛內(nèi)布置介質(zhì)為有機(jī)熱載體管壁的爐型，仍應(yīng)慎重選擇[9]。

2.2 熱汽聯(lián)產(chǎn)循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐

筆者通過(guò)對(duì)一種熱汽聯(lián)產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐（DHX4-1.25-WII+YXL-12 000MW型）進(jìn)行制造監(jiān)督檢驗(yàn)期間，對(duì)該種鍋爐積累一定認(rèn)識(shí)。鑒于上述各爐型的流化床鍋爐均存在一些缺點(diǎn)和不足，故對(duì)此新型流化床鍋爐進(jìn)行介紹。

圖4所示鍋爐，也由有機(jī)熱載體鍋爐和蒸汽鍋爐兩部分構(gòu)成。對(duì)于有機(jī)熱載體鍋爐，熱載體經(jīng)熱媒循環(huán)油泵輸入進(jìn)口集箱，集箱連通對(duì)流受熱面。對(duì)流管束與高溫?zé)煔鈸Q熱后，進(jìn)入對(duì)流出口集箱，再接至熱用戶(hù)換熱，繼而再返回重新加熱。

圖4 DHX4-1.25-WII+YXL-12 000MW型熱汽聯(lián)產(chǎn)循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐

對(duì)于蒸汽鍋爐部分，其經(jīng)軟化處理的水，先進(jìn)入省煤器進(jìn)口集箱，均勻分配給省煤器管束，使之與對(duì)流換熱后的煙氣進(jìn)一步換熱，再?gòu)氖∶浩鞒隹诩渑懦?，進(jìn)入埋管進(jìn)口集箱，各埋管管束、膜式水冷壁在爐膛內(nèi)與高溫火焰直接換熱，最終從汽包接至熱用戶(hù)。在埋管上施焊鰭片，并增加壁厚以防磨。

尾部的對(duì)流管上均布置防磨片，以減弱煙氣對(duì)管束的嚴(yán)重沖刷。該鍋爐除具備油水雙介質(zhì)流化床鍋爐的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)外，因爐膛內(nèi)工質(zhì)為水和蒸汽，更能保證安全運(yùn)行的要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

有機(jī)熱載體爐與蒸汽鍋爐相比，由于其運(yùn)行時(shí)壓力低，溫度高，安全可靠，供熱穩(wěn)定，溫度調(diào)節(jié)精確，節(jié)約能源，能短期收回投資，因而被越來(lái)越多的工業(yè)用戶(hù)采用。而流化床與有機(jī)熱載體爐結(jié)合的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，也成為了工業(yè)鍋爐領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。本文介紹了幾種不同型式的流化床有機(jī)熱載體爐，總的來(lái)說(shuō)，該類(lèi)爐型的開(kāi)發(fā)必須克服兩個(gè)關(guān)鍵障礙：一是如何有效克服磨損，二是如何合理增設(shè)尾部受熱面。文中介紹的DHX4-1.25-WII+YXL-12000MW型熱汽聯(lián)產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐，因其技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)效益明顯，且能有效地克服以上關(guān)鍵障礙，具有非常大的潛力和競(jìng)爭(zhēng)力，是值得推廣的產(chǎn)品。

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