75吨循环流化床锅炉生物质改造方案

一、技术实力分析

从事节能、环保的集科、工、贸一体的高科技。技术均来自于各大学院校、锅炉厂、火电厂及工程生产一线，具有扎实的理论功底及丰富的锅炉改造工程实践经验。 技术力量雄厚，清华大学热能工程系是公司的主要技术合作单位，并与国内外有关研究单位合作

不同型号不同炉型、不同吨位的锅炉，遍布在全国。在现改造了的快装炉为循环流化床锅炉是改造锅炉中最小的流化床，改造了煤粉炉（75T/H）为生物质锅炉，其中，与清华大学热能工程系合作开发的75 T/H内置水冷分离器高低混合流速循环流化床锅炉燃用煤及洗煤泥，改造的45T/H内置水冷分离器高低混合流速循环流化床锅炉燃用烟煤掺烧生物质飞灰含碳量在2%—5%。

二、改造目的

（1）原75T/H循环流化床锅炉××锅炉厂2005年设计制造的锅炉产品，采用的是高速床、百叶窗高温分离器加低温旋风分离器两级分离两级回送的技术路线，是循环流化床锅炉发展早期的技术.

（2）百叶窗高温分离器的分离效率较低，一般不到40%，只能对循环灰中部分粒径大于500μm粗颗粒进行分离，小于500μm的细颗粒只能通过布置于省煤器后的旋风分离器进行分离，这样过热器、省煤器就处于灰循环回路中，灰浓度较高，过热器省煤器磨损严重，如旋风分离器分离效率越高，循环倍率越大，则过热器、省煤器磨损越严重。如过热器、省煤器处烟气流速选取不当，烟气流速过高，以及可能产生烟气偏流的影响，会进一步加重过热器的磨损。

（3）按炉膛均匀温度900℃计算，原锅炉有效容积仅为4.8m3，即烟气停留时间不足3.4秒，没有足够的燃烧时间及空间，使燃煤中分离器不能分离的颗粒在通过炉膛时不能一次性燃烧完全，造成飞灰含碳量较高，锅炉热效率下降，锅炉运行经济性较差。

（4）由于高温百叶窗分离器分离效率较低，因此分离器系统性能主要靠布置于低温区的旋风分离器来承担。低温分离返料温度不足300℃，返回炉膛后需重新加热到至少800℃后才能重新燃烧，使循环灰在炉膛内的有效燃烧时间缩短，大大影响了返料灰的循环燃烧效果，难于燃烧完全，造成飞灰含碳量较高。

（5）由于原锅炉设计给水温度为150℃，而实际运行给水温度为104℃，造成省煤器受热面积匹配分歧适，相对较少，影响锅炉出力。

（6）实际运行煤种与设计煤种偏离较大或粒度严重偏离设计粒度也会影响锅炉运行参数偏离设计值。

3、改造的目的

改造的目的是增加锅炉出力至75T/H，并有不低于10%的超负荷能力，改变原设计煤种为现有运行煤种，进步锅炉热效率，降低运行煤耗，减轻锅炉的磨损，延长锅炉的使用寿命，从而实现锅炉的长期、高效、稳定、低磨损运行，达到节能减排，科学发展的目的。

三、改造的技术方案

本次锅炉改造本着长期、稳定、高效、低磨损的原则，采用高低混合流速循环流化床锅炉专利技术，内置高温水冷分离器，单级分离单级返料。最大限度充分利用锅炉原有汽包、构架，保持锅炉原有高度、宽度、深度方向外形尺寸不变。

1、本方案技术特点

（1）采用高、低混合流速循环流化床燃烧方式，锅炉的有效容积大，燃烧完全，热效率高，磨损轻

锅炉采用高低混合流速循环流化床结构设计，使锅炉900℃以上的有效容积达435m3，均匀吨汽有效容积达5.8 m3，烟气停留时间达4.1s，使分离器不能分离的粒径小于80μm的细煤粉颗粒通过炉膛一次性燃烧完全，飞灰含碳量低，热效率高，热效率可达90%以上。

锅炉上部为高流速，烟气流速为4m/s,携带能力强，分离效率高；下部为低速床，烟气流速为3.5m/s。由于炉膛内的灰浓度随高度增加成降低趋势，在炉膛的下部灰浓度较大，在此处采用较低的烟气流速，即使在没有任何防磨措施的情况下也可以有效防止膜式壁受热面的磨损，炉膛上部灰浓度较低，因此选取适当高一点的烟气流速也不会出现磨损题目。我公司已经改造投运的100余台锅炉长期运行实践证实，无一台锅炉出现炉膛受热面磨损爆管事故，效果理想。

（2）采用内置水冷上排气高温旋风分离器，分离效率高、分离器阻力低，运行稳定可靠

A、采用内置方形分离器结构形式，分离器、料腿与锅炉为一个整体，锅炉结构布置紧凑，占地面积小，可以在不进步汽包的情况下充分利用锅炉原有构架及空间，把高速床无法利用的炉膛与分离器之间的空间充分利用起来，进步炉膛的有效容积，使分离器不能分离的煤粉颗粒通过炉膛时一次性燃烧完全，进步锅炉热效率及运行的经济性。

B、采用水冷上排气旋风分离器，是当今循环流化床锅炉的先进分离器形式，属第三代分离器技术，易于大型化，分离效率高，分离效率达到99%以上，保证除尘灰中粒径小于80μm的细灰份额大于80%。

C、分离器采用水冷结构，分离器既是锅炉蒸发受热面的一部分，同时又保护分离器免受高温烟气烧坏，与尽热型旋风分离器相比，使用寿命及检验周期都大大延长，是当今最为先进的分离器。

D、分离器灰斗及料腿为全水冷形式，可将分离下来的飞灰适当冷却，避免飞灰重燃结焦，堵塞返料管，进步锅炉运行的稳定性。

E、由于炉膛、分离器、料腿为一个整体且同为水冷结构，膨胀系数一致，它们之间的连接不需要设置高温膨胀节，没有尽热分离器膨胀节损坏泄露的题目。

F、分离器阻力低、分离效率高

通过对分离器结构的优化设计，分离器阻力较传统高温旋风分离器大为降低但分离效率不降低，热态运行阻力约为400Pa—700Pa，传统高温旋风分离器典型热态运行阻力为980Pa—1960Pa，系统阻力降低减少了引风机运行电耗，进步了锅炉运行的经济性。

（3）分离器置于过热器、省煤器前，分离、返料温度高，过热器、省煤器不在灰循环回路中，磨损大为减轻

采用水冷高温旋风分离器，分离器置于过热器、省煤器前，分离温度高达950℃，返料温度高达850—950℃，物料返回炉膛后重燃条件好，有利于飞灰的燃尽。同时由于对烟气中的飞灰进行了分离，使进进过热器、省煤器的烟气含尘浓度大为降低，飞灰粒径细化，大大减轻了过热器、省煤器的磨损，过热器、省煤器无需喷涂防磨。

（4）采用带横埋管、炉膛全膜式壁悬吊结构布置方式，负荷稳定

由于埋管受热面的吸热量占整个蒸发吸热量的40%，负荷一般都能保证，并有一定的超负荷能力。埋管属于沉醉受热面，受到高浓度高温床料的激烈冲洗，集对流传热和辐射传热于一体，传热系数高达炉膛水冷受热面的2—3倍，且炉膛容积较大，炉膛蒸发受热面有富余，因此在炉膛稀相区下部敷设部分卫燃带来调整炉膛出口温度。同时，炉膛稀相区下部灰浓度较高内循环强烈，卫燃带还可防止高浓度灰对膜式壁受热面产生磨损。当运行煤种或进炉煤粒度出现出现较大变化时，可以通过调整卫燃带的面积方便的调整炉膛出口温度。

（5）采用自平衡型U型阀返料器

U型阀返料用具有自我调整，自我平衡能力，当进炉煤煤种、粒度产生变化或变负荷时，U型阀返料器能自动平衡返料量的变化，无需人为调整，返料顺畅，稳定可靠，是当今循环流化床锅炉应用最广泛的返料器。

（6）采用自流式风力给煤装置

本给煤装置经过长期运行，运行良好，在水分合适的情况下不堵塞。给料口有两股不同方向的播料风口。一股水平，另一股向上15°角。可根据燃料粒度、水分的不同调节二股风的风量，使燃料均匀播撒进床，并可对燃烧份额及过热汽温作少量调节，有效改善给料口四周氧情况。

2、进步热效率的措施

进步锅炉热效率的途径有三：一是进步锅炉的有效容积，二是进步分离器的分离效率，三是进步分离返料温度。

（1）进步锅炉有效容积

将锅炉后墙后移，采用高低混合流速结构，增大了炉膛的容积，炉内受热面通过卫燃带调节，使各部位的温差控制在50度以内，整个炉膛温度都在900℃以上，整个容积都是有效容积，总有效容积可以达到435m3，吨气有效容积5.8m3，按900℃计算，烟气停留时间进步到4.1s，使分离器不能分离的粒径小于80μm煤粉颗粒通过炉膛时一次性燃烧完全，有效降低了飞灰的含碳量。

（2）进步分离器的分离效率和分离返料温度

通过对分离器设计进行优化设计，分离器阻力降为400Pa—700Pa，分离效率高达99%以上，分离温度高达950℃以上。旋转烟气的扰动打破了灰包碳结构，烟气与循环灰强烈的混合使分离内燃烧在较低氧浓度的情况下也十分强烈，促进飞灰的燃尽，降低飞灰的含碳量。又是高温返料，返料温度高达850—950℃，有利于飞灰燃烬。循环倍率为5-7，热效率高达90%以上，飞灰含碳量可降至5%以下。

3、进步负荷的措施

本方案采用高低混合流速循环流化床专利技术，下部布置有埋管，埋管的吸热量是整个蒸发吸热量的40%以上，所以在燃用低热值燃料时，也可使锅炉的出力能够达到满负荷，并有一定的超负荷能力。在进炉煤低位发热量比设计煤种低位发热量下降500Kcal/kg，上浮1500Kcal/kg的范围内，都可以保证锅炉负荷在75T/H经济稳定运行,各参数符合运行要求，并保证有10%以上的超负荷能力。

4、防磨措施

（1）埋管

埋管最低点位置选择公道为450mm，穿过埋管的烟气流速低，不超过5.5m/s，加之埋管采用不锈钢防磨鳍片，使用寿命长，燃用4000Kcal/kg的烟煤，埋管寿命可达4年以上。

（2）炉膛、分离器

炉膛密相区、分离器进口、分离器内壁、料腿、返料器、分离器出口均采用钢玉耐磨浇注料或可塑料，炉膛稀相区卫燃带采用高强耐磨防磨浇注料。传统循环流化床锅炉的分离器是磨损最为严重的部位，短的不到一个月便无法运行，采用本方案设计的锅炉在运行半年及一年后停炉检查，刚玉耐磨浇注料、可塑料完好无损，施工时模板间的浇注料漏浆印记仍在，未发现有磨损的迹象。

（3）过热器、省煤器

由于过热器、省煤器前布置高温分离器，过热器、省煤器进口烟气浓度大为降低且粒径细化，这样大大减少了烟气中飞灰颗粒对过热器、省煤器的冲洗、磨损。并且过热器、省煤器迎风面及弯头均焊有防磨片或防磨瓦，这样过热器、省煤器寿命就大大延长，过热器寿命可大于10年、省煤器寿命可大于5年。采用本方案设计的锅炉在运行半年及一年后停炉检查，受热面及防磨瓦完好，未发现有磨损的迹象。过热器、省煤器等受热面根本不需要喷涂防磨。

（4）空气预热器

空气预热器进口装有防磨套管，防磨套管磨损后只需更换防磨套管即可。

四、改造后锅炉技术性能参数

1、蒸发量：75t/h

2、蒸汽压力：5.3Mpa

3、蒸汽温度：470℃

4、给水温度：105℃

5、排烟温度：≤150℃

6、负荷调节范围：50～110%

7、设计热效率: 89.5%，保证热效率≥88.5%

8、灰渣中的可燃物：≤1.5%

9、飞灰中的可燃物：≤5%

10、设计煤种：生物质颗粒

（低位发热量3800—4300Kcal/kg）

11、烟气林格曼黑度：＜1级

12、锅炉排烟原始含尘浓度：≤15g/Nm3

五、改造内容、范围

1、改造内容：

a、锅炉的高度不变、宽度、深度、尾部竖井尺寸不变，汽包位置不变。

b、厂房、主体基础不变，钢架、楼梯平台适当改造。

c、取消一组空气预热器，省煤器位置下移，增加一组省煤器受热面，将高温过热器移至竖井烟道。

d、炉膛膜式壁受热面全部更新，炉膛后墙膜式壁弯曲构成高低混合流速，即炉膛下部截面积大，上部截面积小。后部为内置水冷旋风上排气分离器，后部上方布布置2个用耐温耐磨材料做成的出烟管，烟气经出烟管后，经过水平的烟道进进竖井烟道。

e、炉膛、分离器采用全膜式壁管上炉墙结构，保温层外层采用彩钢板或镀锌铁皮；尾部竖井烟道采用轻型炉墙结构，保温层外焊有金属护板，密封性能好。

f、布置横埋管，采用360°全防磨结构，迎风面采用耐热不锈钢防磨鳍片，背风面采用碳钢防磨鳍片。

g、采用炉前三点给料系统，原有两台皮带给煤机利旧改造，新增一台皮带机，改造原有钢制煤仓。

h、更换鼓风机、引风机利旧，烟道作适当调整。

i、更新等压风箱、布风板、风帽、分离回送系统，风道更新。

j、炉前给料，炉前点火，木炭床上点火，可预留床上油点火系统。

k、布风板标高不变，新增炉前点火平台。

l、电器仪表系统利旧改造。

m、炉膛膜式壁、过热器、省煤器、空气预热器全部更新，阀门部分更新。减温器利旧改造，下降管改造更新，排污系统改造更新，给水系统。

n、根据用户需求也可选装床下油点火系统和滚筒式冷渣机。

1）、新增1#生物质上料系统（采用德国先进技术），包括入料口振动筛、筛料机、上料滑槽、上料皮带等，经试运行证明对玉米秸秆、棉杆、树皮、枝桠材、稻草等完全实现上料自动化，未发生堵料现象；

2）、原输煤系统改造成2#生物质上料系统，经试运行证明输送生物质量满足1#炉及2#炉满负荷运行所需；

3）、新增1#上料系统分料皮带及生物质料仓，完全实现自动控制；

4）、加装自动温感、烟感式消防系统。

2、给料系统：

1）、新增1#线给料系统（调频生物质螺旋给料机来控制给料量，给料机螺旋及叶片采用新技术，减轻磨损及变形）；

2）、新增炉膛的生物质螺旋给料口（此给料口秸秆、树皮、稻草及其它小品种燃料下料量均能保证机组满负荷）；

3）、防火快关门，保证引风机跳闸或炉膛负压剧降时，炉膛火反窜到给料机，保证掺烧粉状燃料时机组的安全；

4）、加装自动温感、烟感式消防系统。

3、锅炉系统：

1）、新增尾部烟道输灰系统（防止尾部烟道受热面积灰起到很大作用，经试运行证明效果良好）；

2）、新增尾部各受热面吹灰器（纯烧各种生物质燃料，经试运行证明避免尾部过热器、省煤器、空预器积灰及结焦效果良好）；

3）、炉膛二次风改造（经过热力计算，经运行证明能适应各种生物质燃料纯烧）；

4）、炉膛下料口改造（经过热力计算能适应各种生物质燃料纯烧）；

5）、炉膛防磨改造（经过热力计算，能适应各种生物质燃料纯烧）；

6）、炉膛风帽改造（经过热力计算，能适应各种生物质燃料纯烧）；

7）、返料器中心筒高度改造（避免返料器内部膨灰、堵灰、无返料等现象）等。

2、结构设计

（1）锅炉外形尺寸

锅炉钢架高度为29600mm，钢架中心线宽度6800 mm，钢架中心线深度14515 mm，保持与原锅炉相同，锅炉外形尺寸保持与原锅炉相同。

（2）汽包高度

汽包高度为27230 mm，在原锅炉位置不动。

（3）流化床燃烧系统

A、本锅炉流化床燃烧系统设计采用低速流化态燃烧系统，热态流化速度在4.2m/s左右，略低于高速床流化速度，但高于传统低速床。

B、布风板采用δ=20mmQ235-A钢板制造，布风板宽度方向为4928 mm，布置节距77mm风帽64排，深度方向为3696，布置节距77mm风帽48排，布风板有效面积为18.2m2，风帽共3048个。

C、锅炉总送风量为76197Nm3/h,其中一次风份额为80%，即60958 Nm3/h送进流化床燃烧系统，二次风份额为20%，通过二次风系统从流化床燃烧系统稀相区与密相区的交界处送进炉膛。本锅炉不设计二次风专用风机，二次风从一次风热风道接出。

D、前墙给料，共设三个给料口，沿前墙均匀分布。

E、共设六个Φ133排渣口，靠炉前方向三个，为事故放渣口，靠炉后方向三个，为正常排渣口。炉前给煤，炉后方向排渣，密相区粗颗粒在炉内停留时间长，有利于充分燃烧，降低炉渣含碳量。

F、流化床四周靠墙部位及排渣口四周布置八孔风帽，其余位置布置六孔风帽。

G、流化床燃烧系统为悬吊结构布置，布风板悬吊于四周膜式壁上，热态运行时与炉膛膜式壁受热面一同向下膨胀。

（4）埋管受热面

A、埋管采用顺列布置，沿高度方向共四层。

B、埋管最下面一层采用Φ51×7厚壁管，上面三层采用Φ51×5厚壁管，材质为20GB3087。

C、公道选择穿过埋管的烟气流速不超过5.5m/s，同时在埋管的迎风面焊接四片耐热不锈钢防磨鳍片，在埋管背风面焊接四片碳钢防磨鳍片进行防磨，可保证埋管整体使用寿命不小于四年。

（5）炉膛受热面布置

A、炉膛设计为全膜式壁结构，漏风系数小，密封性能好。

B、埋管上集箱就是炉膛前墙下集箱，炉膛前墙垂直向上接前墙上集箱，悬吊于锅炉顶部钢架上。炉膛前墙位置保持与原锅炉炉膛前墙位置相同。

C、炉膛侧墙垂直向上接侧墙上集箱，悬吊于锅炉顶部钢架上。炉膛侧墙宽度保持与原锅炉炉膛宽度相同为7270 mm。

D、炉膛后墙悬吊于锅炉顶部钢架上，向下延伸并向炉后方向弯曲，构成高低混合流速燃烧系统，即下部为低流速，上部为高速。

E、炉膛后墙也是水冷分离器的前墙，炉膛与水冷分离器紧密结合在一起。

（6）水冷分离器系统、返料系统

A、共设置两个直径Φ2635的水冷高温分离器。

B、水冷分离器内壁密焊销钉，敷设一薄层刚玉质耐磨浇注料进行防磨。刚玉浇注料敷设层较薄，又受到分离器受热面的冷却，工作温度低、强度高、抗热震能力强。与采用同样材质的尽热型分离器相比，锅炉起停速度可进步一倍以上，使用寿命延长2—3倍以上，设计整体使用寿命不低于10年。

C、分离器及料腿均为水冷结构，烟气及循环物料在其中会有适当的降温，返料温度在850℃—950℃之间，不会造成返料结焦事故。

D、分离器前墙（炉膛后墙）、分离器侧墙、分离器中隔墙、均通过其上集箱悬吊于锅炉顶部钢架上，分离器后墙通过弹簧吊架悬吊于尾部钢架上。

E、与炉膛受热面紧密结合在一起，同为水冷结构，膨胀方向及膨胀系数一致，因此不设置高温膨胀节，避免了高温膨胀节的损坏泄露事故。

F、分离器内部结构采用特殊结构优化设计，运行阻力不大于700Pa，分离效率达到99%以上，分离性能不低于传统圆形分离器，保证分离器出口飞灰粒径小于80μm的份额不小于80%，与煤粉炉相当，但灰量小于煤粉炉，减轻尾部受热面的磨损。

G、返料系统采用U型阀返料器，布置在分离器料腿下部，是自平衡型返料器，当循环物料量出现变化时，能自动调整适应返料量的变化，不需人为调节。

H、返料器风室分为返料风室和松动风室，可独立各自调节至合适开度。返料风取自锅炉一次风系统，不设返料专用风机，故障点少。

I、返料器结构经优化设计，返料顺畅，返料阻力小，动力消耗低。

（7）过热器

A、过热器布置于水冷高温分离器之后，采用悬吊结构布置于尾部烟道的上部。

B、过热器低温段采用20GB3087Φ38×3.5钢管制造，高温段采用12Cr1MoVGB5310Φ42×3钢管制造。

C、高温过热器烟气流速选择在8m/s左右，低温过热器烟气流速选择在10m/s左右。因分离器分离效率高，尾部飞灰粒径细化，流速过低极易出现积灰题目，所以采用适当高一点的流速，既不会出现过热器的磨损题目，也不会出现烟气流速过低带来过热器积灰题目。

D、过热器进口前三排管子，出口前两排管子、弯头、悬吊掉管采用耐热不锈钢防磨瓦防磨，防磨瓦采用抱箍结构，与管子不满焊，防止膨胀系数不一致拉裂管子，仅点焊一点定位防翻转。

E、减温器采用喷水减温器，布置于锅炉后部高温过热器与低温过热器之间，采用锅炉给水（一级除盐水）作为减温水。

F、过热器使用寿命不低于十年。

（8）省煤器

A、省煤器布置于过热器之后尾部烟道中，采用支撑结构布置于省煤器支撑钢梁上，重量传递到尾部钢架上。支撑钢梁采用自然冷却透风梁，并用耐火浇注料层保护。

B、省煤器采用20GB3087Φ32×4制造。

C、省煤器进口前三排管子，出口前两排管子、弯头管采用16Mn防磨瓦防磨，防磨瓦采用抱箍结构，与管子不满焊，防止膨胀系数不一致拉裂管子，仅点焊一点定位防翻转。

D、高温省煤器烟气流速选择在7.5m/s左右，低温省煤器烟气流速选择在7m/s左右。因分离器分离效率高，尾部飞灰粒径细化，流速过低极易出现积灰题目，所以采用适当高一点的流速，既不会出现省煤器的磨损题目，也不会出现烟气流速过低带来省煤器积灰题目。

（9）空气预热器

A、空气预热器采用20#Φ40×1.5焊接钢管制造。

B、空气预热器进口设200mm长防磨套管，可有效防止空气预热器的磨损。防磨套管磨损后只需更换防磨套管即可。

C、空气预热器烟气侧流速采用10—11m/s。

3、改为高低混合流速循环流化床锅炉的工作范围

汽水系统自给水操纵平台一次阀门开始至排污母管截止；

烟风系统自鼓风机开始至空气预热器出口烟道3m内截止（含引

风机）