1、引言
中國的能源結構中，煤炭占有絕對優勢，清潔煤燃燒技術受到高度重視。自20世紀80年代初，開展循環流化床燃燒技術的研究開發，開發了一批75t/h及以下容量等級的具有中國特色的廉價循環流化床鍋爐。國家經貿委在20世紀90年代支持的國產75t/h循環流化床鍋爐完善化示范工程的完成標志著該容量等級的循環流化床鍋爐完全商業化。接著又相繼開發了一批130t/h容量等級的中壓或高壓循環流化床鍋爐，并成功地投入商業運行。這些經驗的積累以及進一步詳細研究為220t/h的研制及工程設計提供了理論依據。大量引進技術設備的實踐也為開發220t/h循環流化床鍋爐提供了條件。在此條件下，清華大學和無錫鍋爐廠成功開發了220t/h水冷方形分離器循環流化床鍋爐，于2001年底在山東威海熱電廠投入商業運行。本文介紹該爐的設計和運行的基本情況，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
2、220t/h循環流化床鍋爐設計特點
入口帶有加速段水冷方形分離器成功地應用于75 t/h循環床鍋爐，得到國內外同行的關注。該爐型的運行顯示了良好的性能，并具備優異的放大潛力。在工業規模的鍋爐上進行了一系列詳細的測試，積累了大量經驗和關鍵數據，在此基礎上研究開發了220t/h循環流化床鍋爐。該鍋爐是我國自行設計制造、具有獨立自主知識產權、性能先進、容量最大的循環流化床鍋爐之一。
根據威海熱電廠的具體情況，鍋爐采用次高溫次高壓參數、緊湊式設計，半露天布置。該220t/h水冷方形分離循環流化床鍋爐的設計煤種為當地燃料，工業分析見表1；技術規范和主要的設計參數見表2。燃燒室設計溫度為912℃。
鍋爐采用單鍋筒橫置式自然循環，兀型布置，自爐前向后依次布置燃燒室、分離器、尾部煙道。鍋爐采用雙框架結構，爐前向后計4排柱。外形尺寸為高×寬×深-43600mmx21400mmx20700 mm;鍋爐中心標高39600mm；運轉層標高8000mm；左右內柱距離12800mm，前后柱距離20700mm。
爐膛由膜式水冷壁構成，截面積約55m2，燃燒室凈高約為30m，爐膛下部前后墻收縮成錐形爐底，前墻水冷壁延伸成水冷布風板并與兩側水冷壁共同形成水冷風室。燃燒室下部水冷壁是磨損可能發生的重要部位之一，焊有密度較大的銷釘，敷設較薄的高溫耐磨材料。實驗和實踐都證明它是既經濟有效的防磨措施，又有利于水冷壁的利用率。爐膛出口布置兩個膜式水冷壁構成的方形分離器，分離器前墻與燃燒室后墻共用，分離器入口加速段由燃燒室后墻彎制形成；分離器后墻同時作為尾部豎井的前包墻，該屏水冷壁向下收縮成料斗，向上的一部分直接引出吊掛，另一部分向前至燃燒室后墻向上，構成分離器頂棚和出口煙道前墻；分離器兩側墻水冷壁向上延伸形成出口區側墻；分離器出口區汽冷頂棚至轉向室后墻向下作為尾部豎井后墻，與汽冷側包墻、分離器后墻一起圍成膜式壁包墻．分離器、轉向室與尾部包墻結合起來成為一體，避免使用膨脹節，既保持緊湊型布置，又保證良好的密封性能。
省煤器之前的所有爐墻均為膜式壁吊掛結構，鍋爐從水冷風室到尾部包墻采用了膜式壁結構，聯為一體，采用剛性平臺固定中心，鍋爐的膨脹、密封得到了很好的解決；省煤器之后為輕型護板爐墻，支撐結構。
燃燒室上部布置有三屏翼形墻蒸發受熱面和六屏翼形墻過熱器，作為高溫過熱器，充分利用了翼形墻受熱面吸熱量隨循環量和燃燒室溫度變化的特點，使得鍋爐負荷大范圍變動時蒸汽參數保證達到額定值。低溫過熱器布置在尾部汽冷包墻內。由于該爐為次高溫次高壓參數，因此過熱器相對于高溫高壓條件下較少，因此省煤器也位于汽冷包墻內。若為高溫高壓參數，低溫過熱器和省煤器下移，在汽冷包墻內增加末級過熱器。
鍋爐燃燒所需空氣分別由一、二次風機提供。一次風經預熱后，由左右兩側風道引入水冷風室中，流經安裝在水冷布風板上的風帽進入燃燒室，保證流化質量和密相區的燃燒；二次風經預熱后位于燃燒室四周兩層二次風口進入爐膛，補充燃燒空氣并加強擾動混合。燃料在爐膛內燃燒產生的大量煙氣攜帶物料經分離器的入口加速段加速進入水冷方形分離器，煙氣和物料分離。分離的物料經料斗、料腿、回灰閥再返回爐膛；煙氣自分離器的中心筒進入分離器出口區，流經轉向室、低溫過熱器、省煤器、空氣預熱器后排出。大渣由爐底水冷排渣管排渣。
鍋爐給水經省煤器加熱后進入汽包；汽包內的飽和水經集中下降管、分配管分別進入燃燒室水冷壁、水冷屏和分離器水冷壁下集箱，加熱蒸發后流入上集箱，然后進入汽包；飽和蒸汽流經頂棚管、后包墻管、側包墻管，進入低溫過熱器入口集箱，由低溫過熱器加熱后進入減溫器調節汽溫，然后經布置在燃燒室頂部的高溫過熱器將蒸汽加熱到額定汽溫汽壓，進入集汽箱至主汽閥和主蒸汽管道。
分離器是循環流化鍋爐的核心部件之一，它直接影響循環流化床鍋爐的性能。由膜式水冷壁組成當量直徑為5400mm的方形分離器，與爐膛組成一個整體。分離器膜式壁的磨損是一個需要著重考慮的問題。借鑒國外水冷圓形旋風筒成功的防磨經驗，采用壁面密焊銷釘涂一層很薄的耐磨澆注料的方法，由于較薄并受冷卻，具有更強的防磨性能。在捕集物料的同時對物料冷卻，保證回灰不發生結焦。
采用了水冷風室及水冷布風板，床下點火；而較薄的防磨內襯對鍋爐的啟動要求較低，可以快速啟動，節約啟動用油；負荷變化速度不再受耐火材料的穩定性限制。
返料裝置是循環流化床鍋爐的關鍵部件之一。返料裝置由灰斗、料腿、U型閥構成。根據分離器的設置，采用兩套返料裝置。料腿為圓柱形，懸吊在水冷灰斗上。自平衡U型閥是一高流率小風量自平衡回灰閥，運行操作簡單、安全可靠�；鼗议y的松動風取自高壓風機。
尾部煙道自上而下依次布置低溫過熱器、省煤器、=次風空預器和一次風空預器。低溫過熱器為光管順列布置；省煤器分兩組錯列布置；空氣預熱器為臥式管式。
3、初步運行經驗
啟動油槍加熱床料，約100 min后，床料加熱到450℃以上，即可開始少量給煤；根據床溫的變化速度和排煙氧氣含量判斷是否著火。煤著火燃燒后床料從整體的暗紅色逐漸轉向亮紅色。床溫開始明顯上升后，迅速調整風量和給煤量，維持床溫為900℃左右，此時主蒸汽壓力和溫度也接近額定參數。當主蒸汽溫度和壓力達到汽輪機的要求后并汽。逐漸增大給煤量，提高鍋爐負荷。啟動過程中燃燒室的溫度與啟動時間的關系見圖2。冷態啟動到滿負荷的時間約為3～4 h。床溫升溫速率平均為8℃/min，最大為24℃/min。
帶到需要的負荷后，運行穩定，各主要參數見表2，運行燃料見表1。負荷根據供熱情況變化，按給水溫度修正后見圖3。鍋爐出力穩定，有20%的超負荷能力。
鍋爐密封性能好，沒有泄漏�；鼗伊鲿�，分離器水冷受熱面的吸熱使回灰溫度明顯下降，回灰溫度比分離器進口溫度低，一般為40℃左右，見圖4。分離器、料腿、返料裝置從未出現高溫結焦現象。燃燒室上下溫度均勻，典型的主循環回路溫度見圖5。從主循環回路的溫度分布以及負荷情況來看，該爐循環量較大。
該爐的燃燒效率比較高，飛灰含碳量為6%~10%；底渣及靜電除塵器3個電場飛灰的燒失量見圖6。與其他技術的循環流化床鍋爐相比，這一結果是比較理想的。
主循環回路工作穩定、可靠，為鍋爐長期安全連續運行提供保證。為了解主循環回路的性能，對底渣、循環灰、飛灰粒徑進行取樣篩分，其分布見圖7。這些粒度分布情況與其他等當量直徑圓形旋風筒的循環流化床鍋爐燃燒相近煤種的情況是完全一致的。這也表明當量直徑為5400mm的方形分離器的分離效果能夠滿足循環流化床鍋爐的需要。
220t/h水冷方形分離循環流化床鍋爐于2001年11月19日一次點火成功，12月1日正式投入商業運行。截至2002年7月15日，連續運行時間己逾5200h。該爐的蒸發受熱面設計裕量偏大，減溫水調節閥關閉不嚴，使低負荷主蒸汽溫度偏低。尾部對流受熱面煙氣流速偏低，積灰嚴重加大了這一趨勢。圖8為不同負荷下的主蒸汽溫度，在低負荷下低于額定值。因此，在下一臺鍋爐上取消了爐膛中的水冷屏，改為過熱屏。
我國的220t/h循環流化床鍋爐的調試期一般較長，多為3～6個月。但該爐由于技術比較成熟，設計比較仔細，安裝質量較好，調試期非常短，僅為12天，隨即投入商業運行。良好的分離性能和優越的密封性能，使之迅速達到較高的可用率，用戶對此非常滿意。
經過7個月的運行，停爐檢查發現受熱面的表面沒有任何磨損，還有一定的積灰。分離器的耐火材料表面完好如初。
4、結論
(1)該鍋爐結構緊湊、占地面積小，鋼材和耐火材料消耗量低。
(2)密封性好，啟動迅速。
(3)運行安全穩定可靠，可用率高。
(4)鍋爐熱效率較高，可滿足電力行業的要求，富通新能源不但生產銷售生物質鍋爐，而且還大量銷售木屑顆粒機壓制的楊木木屑生物質顆粒燃料，生物質顆粒燃料主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
