流化床锅炉主要部件的形式和结构

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1、中铝重庆分公司员工培训培训内容：循环流化床锅炉主要部 件的形式和结构 授课人：钱朝洪 2008年6月4日第二章 循环流化床锅炉主要部件 的形式和结构 第一节 布风装置的结构 第二节 粒子分离装置的种类和结构 第三节 回料器的种类及特点第四节 高温灰渣冷却装置 第五节 影响流化床燃烧的主要因素 第一节 布风装置的结构 一、布风装置的结构、作用和 种类 布风装置的组成：主要由布风板、风室和风帽组成。布风装置的主要作用：(1) 支承床料(2) 使空气均匀地分布在整个炉膛的横截面上，并提供足够的动压头，使床料和物料均匀地流化，避免勾流、 腾涌、气泡尺寸过大、流化死区等不良现象的出现；(3) 把那些已基

2、本烧透、流化性能差、在布风板上有沉降倾向的大颗粒及时排出，避免流化分层，保证正常流 化状态不被破坏，维持安全生产。布风装置的种类：风帽型、密孔板型和猪尾巴型等。 风帽型布风装置是由风室、布风板、风帽和保护层组成。 密孔板型布风装置是由风室和密孔板构成，所需的风机压头较小，电耗较少 。但是，其均匀性较差，床内颗粒还会从小孔漏入风室。其应用没有风帽型 布风装置那样普遍 ； 猪尾巴型布风装置是由风室和带猪尾巴形小弯管的布风板组成，增大了布风 板的阻力，提高了布风的均匀性。同时，也避免了细颗粒漏入风室。 在布风装置的设计中，均匀布风是追求的主要目标。 图2-1 风帽型布风 装置 1风;2保 护层;3布

3、风板;4 冷渣管;5风室 图2-2 密孔板型 布风装置 1小 直孔；2布风板 ； 3风室 图2-3 猪尾巴型布 风装置 1小弯管 ；2保护层3布 风板；4风室 二、风室的结构 风室连接在布风板底下，起着稳压和均流的作用 ，使从风管进入的气体降低流速，将动压转变为 静压。 对风室的设计要求：(1) 具有一定的强度和较好的气密性，在工作条 件下不变形、不漏风；(2) 具有较好的稳压和均流作用(3) 结构简单，便于维护检修，且风室应设有检 修门和放渣门。 流化床的风室主要有两种类型：分流式风室和等 压风室。 分流式风室借助于分流罩或 导流板进入风室的气流均分 为多股气流，使接近于正方 形的风室截面获

4、得均匀的布 风。结构较复杂，且只适用 于正方形截面的流化床锅炉 ，因而只在小型流化床锅炉 上得到应用。 等压风室的结构特点是具有 倾科的底面，这样能使风室 内的静压沿学度保持不变， 有利于提高布风的均匀性。 气流在风室的上升速度不应 超过1.5m/s，进入风室的气 流速度应低于10m/s。一般选 用4mm厚的钢板制成风室。 图2-4 分流式风室 (a) 有分流罩；(b) 有 导流板 图2-5 等压风 室 1风室；2 布风板三、风帽型布风板的设计图2-6 风帽型布风板结构 布风板包括花板和风帽两 部分。花板的作用是支承 风帽和隔热层，初步分配 气流。选用钢板或铸铁板 制成 。 布风板的有效面积的

5、确定 在流化床锅炉设计中占有 重要的地位。布风板有效 面积的大小直接与锅炉的 负荷特性有关。 布风板的形状根据炉型或 组织燃烧的需要而定，有 圆形、矩形等。 循环床没有溢流口。给煤 点、石灰石的供给点以及 返料点的布置也较灵活。 四、风帽的结构 风帽的作用在于使进入流化床 的空气产生第二次分流并具有 一定的动能，以减少初始气泡 的生成和使底部粗颗粒产生强 烈的扰动，避免粗颗粒的沉积 ，减少冷渣含碳损失。风帽还 有产生足够的压降、均匀布风 的作用。小直径的风帽可以使 布风更加均匀，有效地改善流 化质量，提高燃烧效率。 图2-7 风帽的结构形状(a) 蘑菇型 ；(b) 圆柱型 目前广泛采用的是侧孔

6、式小风帽，它有带帽头的蘑菇型和 无帽头的圆柱型两种型式，如图2-7所示。 风帽外表尺寸、内孔直径、小孔直径和小孔风速的选取要 根据布风板有效面积和布风板阻力特性来确定。 五、布风板阻力 正确设计，使布风板具有恰当的阻力特性。 布风板的阻力特性是布风板阻力和料层阻力之比， 。布风板阻力主要包括风帽进口局部阻力、风帽沿程阻力、 风帽出口局部阻力和风帽帽隙出口局部阻力。风帽沿程阻 力和风帽帽隙出口局部阻力可忽略不计，布风板阻力为 ：式中：i、o分别为风帽进、出口局部阻力系数；i为 风帽进口气体平均速度，m/s；o为风帽出口小孔气体平 均速度，m/s；g为气体密度，kg/m3。 为了使流化床锅炉运行稳

7、定，床料静止高度 应维持在500- 700mm，相应的料层阻力为5100-6100Pa。这样通过上面的 公式就可以计算出风帽小孔的气流速度。 在实际设计中，一般是根据经验来设计风帽小孔的尺寸 和选取风帽小孔风速，然后利用上面的公式来检验设计 的合理性。风帽的数量由布风板的尺寸和风帽尺寸及风帽的布置方 式来确定。风帽小孔数m应取偶数。风帽的计算要进行多 次反复计算。为了排除床料中沉积的粗渣和杂物，在布 风板上每1.3-1.5m2面积开设一个109-160的冷渣孔。把 靠近炉墙的2-3排风帽小孔直径加大或孔数增多，使其小 孔流通面积比中间部分风帽的多20%左右。对冷渣孔四周 的风帽也作同样处理。

8、六、水冷布风装置 图2-8 有定向风帽的水冷布风板结构1水冷管；2定向风帽；3耐火层 为了消除热负荷快速变化对 流化床燃烧系统带来的不利 影响，采用水冷布风装置是 十分必要的。 水冷布风装置包括水冷布风 板和水冷风室。 水冷布风板上的风帽尺寸要 大于非水冷布风板的风帽尺 寸。水冷布风板的风帽可以 是定向风帽(图2-8)，也可以 是侧孔式风帽，还可以用猪 尾巴形的小弯管代替风帽。 为了避免在运行时产生汽水 分层，水冷布风板应与水平 方向有一个夹角。 等压风室为水冷风室在循环 流化床锅炉中应用较普遍。 七、布风板的保护层 图2-9 布风板保护层 1风帽；2耐火层；3 绝热层；4密封层；5 花板 为

9、了防止布风板受热挠 曲变形，在花板上必须 敷设一定厚度的保护隔 热层。其厚度根据风帽 小孔离花板高度而定， 一般是100-150mm。在水冷布风板上也需敷 设保护层，不过保护层 的厚度比非水冷布风板 的保护层要薄。 第二节 粒子分离装置的种 类和结构 粒子分离装置是循环床锅炉的关键部件之一。它的性 能直接影响到锅炉的安全和经济运行。 分离器的结构型式和布置位置，决定了循环床锅炉的 整体布置型式与紧凑性，成为区别循环床锅炉技术流 派的重要标志之一。 分类：按工作温度或布置位置可分为：高温分离装置(800左右)、中温分离装置(500左右)和低温分离装置(300以下)按分离机理或结构型式可分为：惯性

10、分离装置和离心(即旋风)分离装置。 优点：必须具有足够高的分离效率，提供足够多的物 料进行循环，以保证锅炉在燃烧、传热、脱硫和负荷 调节等方面的需要。另外，还应具有阻力小、磨损轻 、结构简单、布置紧凑等优良性能，以降低锅炉造价 与运行维护费用。 根据所利用的分离机理不同，循环床锅炉的粒 子分离装置可分为惯性分离器和旋风分离器两 大类。 基本原理：惯性分离器主要是依靠气流方向突然改变时 ，粒子由于惯性作用继续按原来气流的方向运 动，碰撞到某些挡板上而被捕集下来。 旋风分离器则是利用旋转气流对粒子产生的 离心力使其从气流中分离出来。 一、粒子分离装置的基本原理 和性能指标评价指标：评价分离器工作的

11、性能，有各种指标，如分离效率、阻力、 处理气量、投资和运行费用等。在选择分离器时，必须综合 加以考虑，其中以分离效率和阻力这两项指标最为重要。 1、分离器的分离效率分离器的分离效率是指含尘气流在通过分离器时，捕集 下来的物料量占进入分离器的物料量的百分数，即 分离效率是衡量分离器分离气流中固体颗粒的能力。 它除了与分离器结构尺寸有关外，还取决于固体颗粒 的性质、气体的性质和运行条件等因素。分级效率就是指分离器对某一粒径颗粒的分离效率。 表示为 ： 或2、分离器的阻力 它表示气流通过分离器时的压力损失，是衡量 分离器的能耗和运行费用的一个指标。 分离器的阻力不仅取决于其自身的结构尺寸， 还与运行

12、条件等有关。分离器分离效率的提高 是以阻力增加为代价的 。 分离器的阻力是以分离器前后管道中气流的平 均全压差来表示的。其计算式为：式中：g为气流密度，kg/m3；u为气流速度，m/s。二、国内外循环床锅炉各 种分离器简介 1、高温耐火材料内 砌或浇灌的旋风 分离器 Lurgi型、Pyroflow型、 MSFB型循环床锅炉中普 遍采用这种分离器。 优点：具有技术成熟、 使用可靠、分离效率高( 可达99%以上)等优点。 缺点：体积庞大、热惯 性大，由此而带来的一 系列的布置、支撑、启 停运行等问题。 图2-10 高温耐火材料内 砌成浇灌的旋风分离器 (a) 砖砌结构；(b) 浇灌 结构2、汽(水

13、)冷高温旋风分离器图2-11 汽(水)冷旋风 分离器 美国FW公司开发这种新型结构的汽(水)冷旋风分离器。 优点：(1) 旋风筒内只敷上一层约10 50mm的薄耐火材料层，不仅能缩 短启停时间和承担一定的热负荷， 而且还大大降低了耐火材料量，也 降低了维护费用。(2) 减少了高温 管道和膨胀节，从而减少了维修费 用。(3) 可以采用标准的保温，使 外表温度下降，有效地减少了散热 损失，可节约燃料费用约0.25% 0.5%。(4) 分离器的重量和尺寸均 有所减小。(5) 能在制造车间装配 好，整体或分片出厂，减少了现场 工作量。 缺点：制造比较复杂、工艺要求高， 因此成本较高。3、炉内卧式高温旋

14、风分离 器 芬兰Eco Fire公司及国内清华大学、东北电力 学院分别开发炉内卧式旋风分离器。这种分离 器由水冷壁延伸弯曲而成，双面用耐磨材料覆 盖，布置在炉膛上方出口处。优缺点：具有启停时间短、散热损失小等优点 。另外，锅炉结构也很紧凑，但分离器制造复 杂、检修十分不便，大型循环床锅炉使用有困 难。4、高温方形(异形)旋风分离 器 Pyropower公司和国内清华大学均有所研究。 这种特殊结构的旋风分离器是基于常规旋风分离 器的一些缺陷，并借鉴方形循环床内四壁特别是 四角处粒子浓度很大的特点而提出并开发的。采用方形结构可以方便地利用水冷壁形成分离器 ，结构简单，布置方便。这种分离器对于10m

15、以上的颗粒分离效率较高 当床料平均粒径为330m时，分离效率可达 99%以上，其阻力与常规旋风分离器相当。5、中温旋风分离器 为了克服高温旋风分离器的某些缺点， Babcock公司在其Circofluid型循环床锅炉中采 用了中温旋风分离器，将分离器置于对流受热面 之后，入口温度为400左右。优缺点：由于烟温明显下降，所以分离器的尺寸 明显减小，烟气黏性也得以下降，这两点将有助 于分离效率的提高。由于采用中温分离器，回料 温度较低，有利于床温调节，也提高了锅炉运行 的安全性。但为了防止受热面的磨损，不得不采 取较低的循环倍率。与高温旋风分离器一样，其 结构布置与尾部烟道的布置不相协调。 6、中

16、温下排气旋风分离器 华中理工大学研究开发了中温下排气旋风分离器。这种 新型分离器的独特之处在于采用了新颖的结构形式向下 排气以及特殊结构的导流体。 优点：与采用上排气旋风分离器相比，锅炉整体结构更为合 理，总体结构尺寸明显减小(可减小锅炉占地面积30%左 右)，锅炉结构紧凑，布置更方便，系统阻力也明显减小 ，从而降低了锅炉及其厂房的造价和运行费用。与采用惯性分离器相比，这种分离器的分离效率高， 易于满足循环倍率的要求，有利于细小颗粒的燃尽，提 高燃烧效率，也有利于提高脱硫效果，减少脱硫剂的消 耗，更不会给锅炉受热面的布置带来结构上的困难。与采用高温分离器相比，分离器的体积缩小、分离效 率提高、耐温耐磨材料易于解决、成本降低、热惯性小 、运行调节灵活，还提高了锅炉运行的安全可靠性。 7、槽钢分离器 瑞典Studsvik循环床锅炉采用槽钢分离器。该 分离器由多排错