1、整體布置
    筆者所在單位組織技術人員進行了75噸／小時循環流化床生物質鍋爐研制工作，鍋爐采用中溫分離、低循環倍率、循環流化床燃燒方式。鍋爐為室外布置，由前部及尾部兩個豎井煙道組成。前部豎井為懸吊結構，四壁由水冷壁組成。自下而上依次為一次風室、濃相床、懸浮段、蒸發管、高低溫過熱器及高溫省煤器。尾部豎井采用支承結構，布置有低溫省煤器及管式空氣預熱器。兩豎井之間由兩個并列的旋風分離器相連通，分離器下部接回送裝置及螺旋除灰器。燃燒室及分離器內部均設有防磨內襯，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，一次風率約為45%。正常運行時，密相區為湍流床，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生反應，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境，降低了NOx的生成量。在這一區域，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、三次風，二、三次風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；又能在懸浮區段造成氧化環境，補充燃料進一步燃燒所需的空氣。由于在蒸發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，蒸發管下部的爐膛高度達20米左右，而爐膛內的煙速在4～5 m/s，所以煙氣能在蒸發管下部的爐膛停留4～5秒，這樣足以使旋風分離器切割粒徑以下的燃料顆粒燃燼，保證高的燃燒效率，然后高溫煙氣夾帶固體粒子向上依次流經蒸發管、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℃左右后進人旋風分離器進行氣固分離。分離下來的再循環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以控制床溫，其余部分落人螺旋除灰器，從旋風分離器出來的煙氣流經尾部豎井，熱量被一級省煤器和空氣預熱器吸收，煙溫降至140～160℃后排出鍋爐。
    生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
    鍋爐采用干式出灰，灰的排放有三個途徑：一是通過密相區底部的排渣管經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、具體結構及工作流程
2.1水汽系統
    水汽系統包括省煤器、鍋筒及內部裝置、水冷壁、下降管、蒸發管、過熱器及減溫器等。在蒸發受熱面中鍋爐采用自然循環方式。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。鍋筒內部裝置采用機械分離裝置進行汽水分離。此外，鍋筒內還設有給水分配管，排污管、加藥管和水位測量接管，以保證給水的正常分配，鍋水品質以及鍋筒水位的指示與控制。蒸發管位于懸浮段上方，由兩組蛇形管組成，管束底部迎風面裝有防磨裝置，鍋水從下降管通過進口集箱進入蒸發管束，在管束內吸收高溫煙氣放出的熱量變成汽水混合物，汽水混合物出管束后進入出口集箱，經頂部連接管流人鍋筒。蒸發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匯集集箱通過導汽管進入低溫過熱器進口集箱，在低溫過熱器管束內被加熱后，由低溫過熱器出口集箱引出，經過連接管進人噴水減溫器中。在減溫器內，減溫水經過噴嘴噴入減溫器內，當霧化水與過熱蒸汽混合時被蒸發，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被加熱到額定溫度，經過出口集箱、導汽管，最后由集汽集箱引出。本爐可在50%～100%負荷變化范圍內保證蒸汽參數。
2.2循環燃燒系統
    爐前給料裝置分別將生物質燃料和石灰石及時準確地送入爐內，且送入量應與鍋爐運行負荷的要求一致。燃燒室包括密相區及懸浮段。四周由膜式水冷壁構成。內設防磨絕熱襯。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為倒梯形。密相區在底部，標高約為4550 mm。水冷壁工作時可向下自由膨脹，最大膨脹位移發生在密相區下部環形水冷集箱處，位移值為115 mm。
    旋風分離器共有2個，用10 mm厚的20#鋼板制成，內設有防磨內襯。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以輸送并調節再循環灰量。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。回送裝置的功能有：形成旋風分離器與爐膛的密封，輸送控制床溫用的再循環回灰量。
    鍋爐有兩臺點火燃燒器布置在風室前端的一次風道內，以供鍋爐啟動點火之用。點火使用燃料為油，油經機械霧化燃燒產生巨大的熱量，與從蝸殼進入的空氣混合后，形成870℃左右的高溫煙氣。通過布風裝置將床內的床料加熱至點火溫度。點火過程的關鍵是要保證油在蝸殼內充分燃燼，絕對避免在布風裝置內發生再燃而燒壞風帽。由于高溫煙氣全部穿過床料，熱利用率高，點火迅速。
2.3煙風系統
    鍋爐煙風系統按平衡通風方式設計。一次風與二、三次風從不同部位以不同的風壓鼓人燃燒室，排煙靠引風機抽出。因此，鍋爐需配套鼓風機、一次風機和引風機。由于一次風所需的壓頭相對較高，鍋爐推薦鼓風機與一次風機串聯的布置方式。除此之外，為保證再循環灰的回送，還需配套一個高壓小流量的羅茨鼓風機，其風壓風量的選取應以保證回送裝置內返料灰完全流化為原則。同時要求風機有防噪音措施。鼓風機進口空氣溫度一般應由暖風器加熱至25—40℃。
    空氣預熱器為適應高風壓及低溫腐蝕，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規格的普通碳鋼管，其余使用∮40 x1.5規格的普通碳鋼管，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。一次風和二、三次風以不同的壓力從管內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。一次風和二、三次風比例為：0.45/0. 55，出口風溫一200℃。一次風通過熱風道進入一次風室，一次風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。風室頂部的扁鋼上均勻布置有稀土耐熱鋼鑄造風帽，一次風通過這些風帽噴人濃相床，從而保證床內均勻流化和燃燒，另外，在布風裝置上還設有兩個DN200的排渣管。從空氣預熱器出來的二、三次風分別進入二次風箱和三次風箱，二、三次風箱各為兩個，分別布置在燃燒室前、后墻外側。每個風箱上接有一排分風管使熱風沿爐膛寬度方向均勻分配。調整二、三次風的比例，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
    為保證鍋爐安全、高效地運行，其控制系統應作相應的配置。根據中華人民共和國水力電力部頒發的《火力發電廠設計技術規程》SDJ1和《火力發電廠熱工自動化設計技術規定》NDGJ16以及循環流化床鍋爐的特殊要求，鍋爐本體設置了滿足檢測、保護、自動調節系統需要的測點。
    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，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定值，如果循環流化床爐膛內的溫度不發生擾動的話，燃料量根據負荷信號加以控制，燃料量的供給速度是受控制的，其速度信號是以燃料發熱值為依據，所以，燃料量的計量及控制是非常重要的問題。一次風，二、三次風及羅茨風機返料風量是按照燃料量來進行控制。調節鍋爐循環灰量以達到床溫控制目的。床層高度是通過風帽處與自由空間內的壓力差來進行控制。為保證床層高度，鍋爐的排渣裝置——水冷絞龍除渣設備必須具備連續排渣且排渣量是可控的。爐膛內的壓力應保持在一定數值內。由鍋爐水位，蒸汽流量和給水流量組成的三沖量調節系統將實現鍋筒水位的自動調節，以達到鍋爐安全運行，保證蒸汽品質的目的。調節減溫水量可實現主蒸汽溫度控制。根據環保對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、鍋爐的主要技術特點
    1)操作方便，運行穩定。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象，燃燒穩定。生物質燃料的干燥、著火、燃燒幾乎同時進行，燃燒控制無需進行復雜的調整。
    2)循環流化床燃燒方式由于爐內燃燒強度和傳熱強度高，燃燒同樣多的生物質燃料，流化床爐和爐排爐相比投資較低。
    3)鍋爐燃料適應性廣，能夠完全燃燒水分含量高且隨季節變動大的樹皮等生物質燃料，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)循環灰系統無復燃、結焦。
4、結束語
    從已安裝投運的鍋爐來看，鍋爐總體設計合理，技術先進，但尚有一些不足之處，其中生物質燃料給料管上的密封風風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。經研究給料管上接密封風風管處增加一金屬軟管，成功解決此問題。