一、國內(nèi)外循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展?fàn)顩r
循環(huán)流化床鍋爐是在常規(guī)流化床鍋爐的基礎(chǔ)上加上飛灰循環(huán)燃燒而發(fā)展起來的。因此要了解什么是循環(huán)流化床鍋爐必須先了解什么是流化床鍋爐，從固體粒子流態(tài)化過程來看，從固定床（煤粒在爐蓖上靜止不動，即層燃爐）開始，隨著風(fēng)量的增加，即空筒流速（通常叫表觀流速或流化速度）的增加→細(xì)粒在煤層表面流化，是為細(xì)粒流態(tài)化→爐蓖上開始產(chǎn)生氣包，是稱鼓泡流態(tài)化（即常規(guī)流化床，又名鼓泡流化床或沸騰床，此時的沸騰床有明顯的上界面）→湍流流態(tài)化（湍流流化床，此時氣泡變細(xì)狹窄狀，波動振幅增大，上界面已不甚清晰）→快速流態(tài)化（高速流化床，此時的流化床內(nèi)已無氣泡，也無上界面，顆粒聚合成絮團狀粒子束，粒子束不斷形成與解體，形成強烈的固體返混，此時煤粒與氣流的相對速度達(dá)最大，因此大大強化了燃燒與傳熱）→氣力輸送（即煤粉燃燒，此時煤粉與氣流間的相對速度近于零，即已無相對速度）。
經(jīng)典的循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)流態(tài)化工況應(yīng)為高速流化床工況，故嚴(yán)格而言，循環(huán)流化床鍋爐不僅是在爐膛出口處加一個分離器收集部分飛灰返回爐膛燃燒而已，而是其爐內(nèi)流態(tài)化工況應(yīng)屬于高速流化床工況，但實際存在的循環(huán)流化床其下部濃相區(qū)為鼓泡流化床或湍流床，上部稀相區(qū)為高速流化床。但國內(nèi)有相當(dāng)數(shù)量的流化床鍋爐僅是在鼓泡流化床爐膛出口加一個分離器收集部分飛灰返回爐膛燃燒（即其上部稀相區(qū)未達(dá)高速流化床工況），現(xiàn)也稱為循環(huán)床。
循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)缺點
優(yōu)點：
①燃料適應(yīng)性廣——幾乎可燃用各種優(yōu)、劣質(zhì)燃料。如優(yōu)、劣質(zhì)煙煤（包括高硫煤），無煙煤，泥煤，煤泥，矸石，爐渣，油焦，焦炭，生活垃圾，生物質(zhì)廢料等等。
②燃燒效率高——對無煙煤可達(dá)97％，對其他煤可達(dá)98～99.5％，可與煤粉燃燒相競爭。
③環(huán)保性能好
a）爐內(nèi)可直接加石灰石脫硫，成本低，脫硫效率高，當(dāng)Ca/S比為1.5～2.5時，脫硫效率可達(dá)85％～90％，石灰石循環(huán)利用，其利用率比常規(guī)流化床提高近一倍。
b）分段送風(fēng)，低溫燃燒，NOx排放量低(～120ppm)，即為煤粉爐排放量的1/3～1/4。
④燃燒強度高，床面積小，給煤點少，利于大型化。
⑤負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大（110～25％），調(diào)節(jié)速度可快，利于調(diào)峰。也可壓火。
⑥燃料僅需破碎到10mm以下，無需磨煤制粉系統(tǒng)。
⑦灰渣可綜合利用，減少環(huán)境污染。因其低溫燃燒，灰渣可保持活性，可制作水泥，提煉稀有金屬（硒、鍺）等。
缺點：
高循環(huán)倍率流化床鍋爐的爐膛高大，初投資大；分離循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜，自身電耗大；循環(huán)灰濃度大，受熱面磨損大等。
我國在上世紀(jì)80年代初開始研究開發(fā)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，與西方國家不同，原我國發(fā)展循環(huán)流化床鍋爐的主要目的是解決劣質(zhì)煤的應(yīng)用問題。近年來，我國環(huán)保要求日益嚴(yán)格，再加上煤價上漲，煤質(zhì)變化大，大量中、小型（130t/h以下）層燃爐與煤粉爐要求進行技術(shù)改造等原因，大大地促進了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展。循環(huán)流化床鍋爐已成為目前工業(yè)鍋爐、中、小型熱電廠及大型電站的優(yōu)選技術(shù)之一。
上世紀(jì)80年代以來，我國循環(huán)流化床鍋爐數(shù)量和單臺容量逐漸增加，幾乎D級以上的鍋爐廠無一不在生產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐。容量從4、6、8、10、12、15、20、25、30、35、50、65、75、90、130、220、400、410到670噸/時。據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)有近2000臺35～460噸/時循環(huán)流化床鍋爐在運行、安裝、制造或訂貨。平均單臺爐容量從37.40噸/時上升到106.80噸/時，蒸汽參數(shù)從低壓、次中壓、中壓、高壓到超高壓。有關(guān)研究機關(guān)和高校正在研制、開發(fā)超臨界參數(shù)的600～800MW的循環(huán)流化床鍋爐，來滿足我國大型電站的迫切需求。
已投入運行的循環(huán)流化床鍋爐已2000余臺，其中大于410噸/時的100余臺，無論總?cè)萘炕蚺_數(shù)均已超過了除我國大陸以外的全世界循環(huán)流化床鍋爐的總和。
但是，目前的循環(huán)流化床鍋爐派系林立，種類繁多，熱效率參差不齊，高的達(dá)到86％—88％，低的不到65％，飛灰含碳量高的40％以上，低的不到5％，穩(wěn)定運行周期不確定，有的能連續(xù)運行3000小時以上，有的不到200小時，送風(fēng)機的電耗，高的達(dá)到12kWH/噸汽，低的不足6kWH/噸汽，有的廠家新上或改造為循環(huán)流化床鍋爐后，給企業(yè)帶到了巨大的經(jīng)濟效益，有的企業(yè)新上或改造循環(huán)流化床后帶來了災(zāi)難性的損失，分析原因，主要有以下幾個方面：
1、熱效率問題
（1）有效容積
各類型的循環(huán)流化床鍋爐，煙氣在爐內(nèi)的停留時間不一樣，有的不到2秒，有的5秒以上，換句話說，爐內(nèi)的有效容積（即燃用煙煤850℃以上的容積，燃用無煙煤930℃以上的容積）有的不足3m3/噸汽，有的高達(dá)5.5m3/噸汽以上，雖然有的容積高達(dá)5 m3/噸汽以上，但爐內(nèi)溫度偏低，有效容積太小，有部分鍋爐的過熱器為屏式的，占用了大部分容積，且爐膛溫度過高，導(dǎo)致過熱蒸汽溫度超溫，為保證過熱器溫度，不得不犧牲爐膛有效容積。另外，由于小于0.1mm的煤粒，相當(dāng)部分分離器無法捕捉下來，只有靠一次性在爐內(nèi)燃燼，而爐膛有效容積太小，細(xì)灰在爐內(nèi)難以燃燼，導(dǎo)致熱效率低，飛灰含碳量高。爐膛有效容積除設(shè)計原因外，燃用煤種也可以導(dǎo)致有效容積的變化，當(dāng)<1mm的煤粒增多時，懸浮段溫度過高，密相區(qū)的溫度偏低，當(dāng)<1mm的煤粒過少時，懸浮段溫度偏低，也導(dǎo)致爐膛有效容積減少。對于高速床而言，爐內(nèi)溫度主要靠循環(huán)量來調(diào)節(jié)，因此，煤的顆粒變化對高速床影響較小，對低速床影響較大。
（2）分離器的位置及分離效率
高溫分離器分離下來的飛灰直接進入爐膛，易著火燃燼，但高溫分離器材質(zhì)要求高，中溫分離器材質(zhì)易解決，但對燃燼不利。分離器的效率也直接影響了熱效率。分離器的效率高，但阻力大，電耗高。如何平衡考慮，也是循環(huán)流化床的一個設(shè)計問題。慣性分離器如平面流、百葉窗、槽型分離器，結(jié)構(gòu)簡單阻力小，但一般來說分離效率不到40%，離心分離器如旋風(fēng)上排氣，旋風(fēng)下排氣，旋風(fēng)多管分離器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力大，一般為800——1000Pa，但分離效率都在95%以上。
（3）飛灰燃燼
碳的燃燼必須具備三個條件，充分的氧進行反應(yīng)，溫度、停留時間，雖然有了足夠的有效容積，延長了停留時間，有相應(yīng)的溫度，但在飛灰燃燼過程中，由于碳粒子周圍形成了一定的灰殼，外面的氧很難與碳粒子接觸發(fā)生反應(yīng)，同樣使得難以燃燼，因此，在有效容積的范圍內(nèi)，必須有氣流擾動，打破其灰殼，才能使得碳與氧發(fā)生良好的反應(yīng)，如具有旋風(fēng)高溫分離的流化床，由于氣流的旋轉(zhuǎn)，切向運動切割，打破了灰殼，碳粒子能很好的與氧接觸發(fā)生反應(yīng)，所以飛灰含碳量低。在有效容積范圍內(nèi)，沒有氣流擾動的，盡管有足夠的溫度與時間，飛灰含碳量也難以下降到極限。
2、負(fù)荷問題。
低速床的埋管受熱量的吸熱量占了整個蒸發(fā)吸熱量的40%，所以，帶埋管的低速床只要各參數(shù)如爐膛各截面的溫度達(dá)到設(shè)計要求，負(fù)荷一般都能保證，并具有一定的超負(fù)荷能力。
對于高速床而言，由于整個蒸發(fā)受熱面，主要靠爐內(nèi)輻射，它的傳熱系數(shù)一是靠爐內(nèi)的溫度，二是靠飛灰的濃度，溫度高，傳熱系數(shù)大，負(fù)荷高。如果燃用低熱值的燃料（發(fā)熱量在2000大卡/公斤以下）時，為了維持高溫，必須復(fù)蓋一部分受熱面，這樣，雖然提高了傳熱系數(shù)，但減少受熱面，爐膛必須有相當(dāng)大的空間，否則難以達(dá)到滿負(fù)荷，現(xiàn)也有人在爐膛出口增設(shè)對流管，來增加受熱面，達(dá)到滿負(fù)荷的目的，這也是一個可取的辦法，另一方面，如果煤的灰分在20%以下時，發(fā)熱量高，解決以上的問題，但由于灰量少，循環(huán)量少，也直接影響了傳熱系數(shù)，使之負(fù)荷下降。
3磨損問題
高速床雖然沒有嚴(yán)格的稀相區(qū)與密相區(qū)之分，但下面顆粒粗，磨損要嚴(yán)重，下部較輕。低速床有明顯的稀相區(qū)與密相區(qū)之分，密相區(qū)的磨損明顯嚴(yán)重。
高速床沒有坦管，不存在埋管磨損，但水冷壁管磨損嚴(yán)重。
低速床有埋管，埋管必須采取有效的防磨措施，才能保證其壽命達(dá)到2-3年。
過熱器、省煤器主要靠選擇合理的煙氣流速，如煙氣流速選擇適當(dāng)，過熱器壽命可大于8年，省煤器壽命可大于5年。分離器在過熱器之前，過熱器磨損較輕，否則，加劇，另一方面，要特別注意煙氣偏流問題，即使煙氣流速選擇合適，由于煙氣偏流，造成局部流速過高，也同樣影響了過熱器、省煤器的壽命。
二、鍋爐改造的原因
1、提高熱效率
鏈條爐的熱效率一般在70%左右，循環(huán)流化床鍋爐熱效率在85%以上，提高熱效率15個百分點，節(jié)能20%左右。按年耗煤量4萬噸計算，節(jié)煤8000噸。按每噸煤價540元計算，年可節(jié)約人民幣435萬元。
2、提高負(fù)荷
鏈條爐的負(fù)荷一般在80%-90%，即30噸到32噸，改成循環(huán)流化床后，可以根據(jù)需要改成35噸/小時，還有10%的超負(fù)荷能力。
3、煤種適應(yīng)性廣
循環(huán)流化床鍋爐可以燃用煙煤、無煙煤，也可以燃用煤矸石、也可以摻燒造氣爐渣，可以設(shè)計成燃用1000大卡/公斤-6500大卡/公斤的任何煤種。當(dāng)設(shè)計煤種確定時，燃用時可以按設(shè)計煤種上浮1500大卡/公斤，下浮500大卡/公斤。例如，按4000大卡/公斤設(shè)計，可以燃用3500-5500大卡/公斤的煤。
三、本次改造的技術(shù)方案
采用經(jīng)專利發(fā)明人授權(quán)使用的高低混合流速循環(huán)流化床鍋爐專利技術(shù)。專利號：02223608.2
1、本技術(shù)的特點：
高、低混合流速循環(huán)流化床，即上部為高流速，下部為低速床，三回程兩級分離，兩級回送，它具有以下幾個特點：
（1）下部為低流速，即磨損嚴(yán)重的密相區(qū)為低流速，所以磨損大為減輕。
（2）上部為高流速，流速大，攜帶能力強，分離效率高，循環(huán)倍率高
（3）用膜式壁將爐內(nèi)隔為三個流程，煙氣流程長，顆粒在爐內(nèi)有良好的高溫燃燒條件，且停留時間為高速床的2倍左右。
（4）高溫分離器為全膜式壁，使用壽命長、免維修。
（5）采用新型結(jié)構(gòu)中溫分離器為多管分離器，。原有高低混合流速循環(huán)流化床所配的多管分離器，布置在高溫省煤器之后，由于分離溫度低，分離效率低嚴(yán)重影響了鍋爐的效率和出力。
通過進一步研究與改進現(xiàn)已研制出一種替代產(chǎn)品，外型尺寸與原來保持一致，內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了重大變化，葉片與分離筒做成整體形式，兩者之間無間隙，防止煙氣短路。內(nèi)部結(jié)構(gòu)也作為重要調(diào)整。分離效率可達(dá)98%以上，0.02mm以上的細(xì)粉都可分離下來。材質(zhì)作了重要調(diào)整，耐溫600℃以上，布置在過熱器出口之后，高溫省煤器進口之前，提高分離溫度130—150℃,有利于飛灰燃燼，降低飛灰含炭量。由于更換了材質(zhì)，壽命可達(dá)5年以上，在3年內(nèi)非人為損壞，可以免費更換。單管損壞（含出煙管）可以直接抽出更換，操作方便。
（6）由于采取了以上的措施，及兩級分離，兩級回送熱效率高，一般大于85%，飛灰含碳量低，一般在10%以下，最低可達(dá)5%
（7）爐內(nèi)膜式壁隔墻均采用掛磚結(jié)構(gòu)，懸浮燃燒溫度、蒸發(fā)受熱面、負(fù)荷、過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)十分方便。
（8）布置有高傳熱系數(shù)的埋管受熱面，鍋爐高度方向與煤粉爐、鏈條爐基本相同，金屬耗量低，舊鍋爐改造時，汽包、鋼架、廠房都保持不變，投資少，改造工期短。
（9）布風(fēng)板面積比高速循環(huán)流化床大，但比低速循環(huán)流化床小得多。35T/H的為7—8平方米，130T/H的為18—20平方米，給煤、點火都十分方便，易于鍋爐大型化。
（10）高速床沒有埋管，但高、低混合流速循環(huán)流化床有一定的埋管，埋管面積比普通低速床少得多，埋管間距大，布置位置高，所以磨損輕，使用壽命長（采用防護瓦結(jié)構(gòu)，只換防磨瓦，不換埋管）。
2、提高熱效率的措施
將鍋爐前墻前移，增大了爐膛的容積，爐內(nèi)受熱面通過掛磚調(diào)節(jié)，使各部位的溫差控制在50度以內(nèi)，整個容積都是有效容積，有效容積 6立方米/噸汽。
第一回程進入第二回程時，煙氣切向進入，第二回程上部增設(shè)導(dǎo)向筒，在第二回程煙氣產(chǎn)生了高速旋轉(zhuǎn)，如下排氣分離器一樣，在第二回程出口又采用臥式旋風(fēng)結(jié)構(gòu)，這樣強化了煙氣的擾動，破壞了灰包碳結(jié)構(gòu)，強化了燃燒，也提高了U型分離器的分離效率，因此，大大降低了飛灰含碳量。
采用了兩級分離，一有分離是高溫分離，有利于燃燼，二級分離是多管旋風(fēng)分離，分離效率高，解決了原鍋爐沒有高溫分離器的不足。
3、提高負(fù)荷的措施
本方案采用高低混合流速循環(huán)流化床技術(shù)，下部布有埋管，埋管的吸熱量是整個蒸發(fā)吸熱量的40%以上，所以在燃用低熱值燃料也可使鍋爐的出力能夠達(dá)到滿負(fù)荷，并有一定的超負(fù)荷能力。
4、防磨措施
（1）埋管
埋管最低點位置選擇合理為500mm穿過埋管的流速低，加之埋管采用鐵鋁瓷防磨片，使用壽命長，更換十分方便。
（2）第一、二回程窗口管，及整個第二回程采用鋼玉料防磨
（3）過熱器
由于過熱器前布置高溫分離器，這樣大大減少了煙氣中粗顆粒對過熱器的沖刷、磨損。過熱器迎風(fēng)面及彎頭均焊有防磨片或防磨瓦。
（4）省煤器
省煤器煙速控制在6。5M/S左右，每組省煤器進出口均焊有防磨瓦。
（5）空氣預(yù)熱器
空氣預(yù)熱器進口裝有防磨套管。
（6）爐墻磨損
密相區(qū)采用優(yōu)質(zhì)耐火、耐磨材料，流化速度3—4M/S
四、改造后鍋爐技術(shù)性能參數(shù)
1、蒸發(fā)量：35t/h
2、蒸汽壓力：3.82Mpa
3、蒸汽溫度：450℃
4、給水溫度：104℃
5、排煙溫度：≤150℃
五、改造內(nèi)容、范圍
鍋爐主體仍采用“π”型結(jié)構(gòu)布置，單鍋自然水循環(huán)，汽泡標(biāo)高不變，爐寬不變，前墻前移，爐深加長1.2米 。在堅進煙道不變。尾部受熱面調(diào)整。
（1）、改造內(nèi)容：
a、鍋爐的高度、寬度、尾部豎井尺寸不變，前墻前移。
b、廠房、主體基礎(chǔ)、鋼架樓梯平臺不變。
c、汽包不變、過熱器、省煤器、空預(yù)器位置不變，作適當(dāng)調(diào)理。
d、整個爐膛采用重型爐墻。
e、布有橫埋管。
f、給煤系統(tǒng)不變。
g、更換鼓引風(fēng)機、煙風(fēng)道作適當(dāng)調(diào)整。
h、更新等壓風(fēng)箱、布風(fēng)板、風(fēng)帽、分離回送系統(tǒng)。
i、儀表、電器、點火平臺更新、原基礎(chǔ)利舊，新增承重布風(fēng)板的基礎(chǔ)。
j、木炭點火。
k、人工出渣。
六、工期、投資
設(shè)計 天，材料準(zhǔn)備 天。
拆爐、安裝、筑爐、保溫、烘爐、煮爐共 天。
總工期： 天
從停爐開始 天。
總投資： 萬元左右。
循環(huán)流化床鍋爐是在常規(guī)流化床鍋爐的基礎(chǔ)上加上飛灰循環(huán)燃燒而發(fā)展起來的。因此要了解什么是循環(huán)流化床鍋爐必須先了解什么是流化床鍋爐，從固體粒子流態(tài)化過程來看，從固定床（煤粒在爐蓖上靜止不動，即層燃爐）開始，隨著風(fēng)量的增加，即空筒流速（通常叫表觀流速或流化速度）的增加→細(xì)粒在煤層表面流化，是為細(xì)粒流態(tài)化→爐蓖上開始產(chǎn)生氣包，是稱鼓泡流態(tài)化（即常規(guī)流化床，又名鼓泡流化床或沸騰床，此時的沸騰床有明顯的上界面）→湍流流態(tài)化（湍流流化床，此時氣泡變細(xì)狹窄狀，波動振幅增大，上界面已不甚清晰）→快速流態(tài)化（高速流化床，此時的流化床內(nèi)已無氣泡，也無上界面，顆粒聚合成絮團狀粒子束，粒子束不斷形成與解體，形成強烈的固體返混，此時煤粒與氣流的相對速度達(dá)最大，因此大大強化了燃燒與傳熱）→氣力輸送（即煤粉燃燒，此時煤粉與氣流間的相對速度近于零，即已無相對速度）。
經(jīng)典的循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)流態(tài)化工況應(yīng)為高速流化床工況，故嚴(yán)格而言，循環(huán)流化床鍋爐不僅是在爐膛出口處加一個分離器收集部分飛灰返回爐膛燃燒而已，而是其爐內(nèi)流態(tài)化工況應(yīng)屬于高速流化床工況，但實際存在的循環(huán)流化床其下部濃相區(qū)為鼓泡流化床或湍流床，上部稀相區(qū)為高速流化床。但國內(nèi)有相當(dāng)數(shù)量的流化床鍋爐僅是在鼓泡流化床爐膛出口加一個分離器收集部分飛灰返回爐膛燃燒（即其上部稀相區(qū)未達(dá)高速流化床工況），現(xiàn)也稱為循環(huán)床。
循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)缺點
優(yōu)點：
①燃料適應(yīng)性廣——幾乎可燃用各種優(yōu)、劣質(zhì)燃料。如優(yōu)、劣質(zhì)煙煤（包括高硫煤），無煙煤，泥煤，煤泥，矸石，爐渣，油焦，焦炭，生活垃圾，生物質(zhì)廢料等等。
②燃燒效率高——對無煙煤可達(dá)97％，對其他煤可達(dá)98～99.5％，可與煤粉燃燒相競爭。
③環(huán)保性能好
a）爐內(nèi)可直接加石灰石脫硫，成本低，脫硫效率高，當(dāng)Ca/S比為1.5～2.5時，脫硫效率可達(dá)85％～90％，石灰石循環(huán)利用，其利用率比常規(guī)流化床提高近一倍。
b）分段送風(fēng)，低溫燃燒，NOx排放量低(～120ppm)，即為煤粉爐排放量的1/3～1/4。
④燃燒強度高，床面積小，給煤點少，利于大型化。
⑤負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大（110～25％），調(diào)節(jié)速度可快，利于調(diào)峰。也可壓火。
⑥燃料僅需破碎到10mm以下，無需磨煤制粉系統(tǒng)。
⑦灰渣可綜合利用，減少環(huán)境污染。因其低溫燃燒，灰渣可保持活性，可制作水泥，提煉稀有金屬（硒、鍺）等。
缺點：
高循環(huán)倍率流化床鍋爐的爐膛高大，初投資大；分離循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜，自身電耗大；循環(huán)灰濃度大，受熱面磨損大等。
我國在上世紀(jì)80年代初開始研究開發(fā)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，與西方國家不同，原我國發(fā)展循環(huán)流化床鍋爐的主要目的是解決劣質(zhì)煤的應(yīng)用問題。近年來，我國環(huán)保要求日益嚴(yán)格，再加上煤價上漲，煤質(zhì)變化大，大量中、小型（130t/h以下）層燃爐與煤粉爐要求進行技術(shù)改造等原因，大大地促進了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展。循環(huán)流化床鍋爐已成為目前工業(yè)鍋爐、中、小型熱電廠及大型電站的優(yōu)選技術(shù)之一。
上世紀(jì)80年代以來，我國循環(huán)流化床鍋爐數(shù)量和單臺容量逐漸增加，幾乎D級以上的鍋爐廠無一不在生產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐。容量從4、6、8、10、12、15、20、25、30、35、50、65、75、90、130、220、400、410到670噸/時。據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)有近2000臺35～460噸/時循環(huán)流化床鍋爐在運行、安裝、制造或訂貨。平均單臺爐容量從37.40噸/時上升到106.80噸/時，蒸汽參數(shù)從低壓、次中壓、中壓、高壓到超高壓。有關(guān)研究機關(guān)和高校正在研制、開發(fā)超臨界參數(shù)的600～800MW的循環(huán)流化床鍋爐，來滿足我國大型電站的迫切需求。
已投入運行的循環(huán)流化床鍋爐已2000余臺，其中大于410噸/時的100余臺，無論總?cè)萘炕蚺_數(shù)均已超過了除我國大陸以外的全世界循環(huán)流化床鍋爐的總和。
但是，目前的循環(huán)流化床鍋爐派系林立，種類繁多，熱效率參差不齊，高的達(dá)到86％—88％，低的不到65％，飛灰含碳量高的40％以上，低的不到5％，穩(wěn)定運行周期不確定，有的能連續(xù)運行3000小時以上，有的不到200小時，送風(fēng)機的電耗，高的達(dá)到12kWH/噸汽，低的不足6kWH/噸汽，有的廠家新上或改造為循環(huán)流化床鍋爐后，給企業(yè)帶到了巨大的經(jīng)濟效益，有的企業(yè)新上或改造循環(huán)流化床后帶來了災(zāi)難性的損失，分析原因，主要有以下幾個方面：
1、熱效率問題
（1）有效容積
各類型的循環(huán)流化床鍋爐，煙氣在爐內(nèi)的停留時間不一樣，有的不到2秒，有的5秒以上，換句話說，爐內(nèi)的有效容積（即燃用煙煤850℃以上的容積，燃用無煙煤930℃以上的容積）有的不足3m3/噸汽，有的高達(dá)5.5m3/噸汽以上，雖然有的容積高達(dá)5 m3/噸汽以上，但爐內(nèi)溫度偏低，有效容積太小，有部分鍋爐的過熱器為屏式的，占用了大部分容積，且爐膛溫度過高，導(dǎo)致過熱蒸汽溫度超溫，為保證過熱器溫度，不得不犧牲爐膛有效容積。另外，由于小于0.1mm的煤粒，相當(dāng)部分分離器無法捕捉下來，只有靠一次性在爐內(nèi)燃燼，而爐膛有效容積太小，細(xì)灰在爐內(nèi)難以燃燼，導(dǎo)致熱效率低，飛灰含碳量高。爐膛有效容積除設(shè)計原因外，燃用煤種也可以導(dǎo)致有效容積的變化，當(dāng)<1mm的煤粒增多時，懸浮段溫度過高，密相區(qū)的溫度偏低，當(dāng)<1mm的煤粒過少時，懸浮段溫度偏低，也導(dǎo)致爐膛有效容積減少。對于高速床而言，爐內(nèi)溫度主要靠循環(huán)量來調(diào)節(jié)，因此，煤的顆粒變化對高速床影響較小，對低速床影響較大。
（2）分離器的位置及分離效率
高溫分離器分離下來的飛灰直接進入爐膛，易著火燃燼，但高溫分離器材質(zhì)要求高，中溫分離器材質(zhì)易解決，但對燃燼不利。分離器的效率也直接影響了熱效率。分離器的效率高，但阻力大，電耗高。如何平衡考慮，也是循環(huán)流化床的一個設(shè)計問題。慣性分離器如平面流、百葉窗、槽型分離器，結(jié)構(gòu)簡單阻力小，但一般來說分離效率不到40%，離心分離器如旋風(fēng)上排氣，旋風(fēng)下排氣，旋風(fēng)多管分離器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力大，一般為800——1000Pa，但分離效率都在95%以上。
（3）飛灰燃燼
碳的燃燼必須具備三個條件，充分的氧進行反應(yīng)，溫度、停留時間，雖然有了足夠的有效容積，延長了停留時間，有相應(yīng)的溫度，但在飛灰燃燼過程中，由于碳粒子周圍形成了一定的灰殼，外面的氧很難與碳粒子接觸發(fā)生反應(yīng)，同樣使得難以燃燼，因此，在有效容積的范圍內(nèi)，必須有氣流擾動，打破其灰殼，才能使得碳與氧發(fā)生良好的反應(yīng)，如具有旋風(fēng)高溫分離的流化床，由于氣流的旋轉(zhuǎn)，切向運動切割，打破了灰殼，碳粒子能很好的與氧接觸發(fā)生反應(yīng)，所以飛灰含碳量低。在有效容積范圍內(nèi)，沒有氣流擾動的，盡管有足夠的溫度與時間，飛灰含碳量也難以下降到極限。
2、負(fù)荷問題。
低速床的埋管受熱量的吸熱量占了整個蒸發(fā)吸熱量的40%，所以，帶埋管的低速床只要各參數(shù)如爐膛各截面的溫度達(dá)到設(shè)計要求，負(fù)荷一般都能保證，并具有一定的超負(fù)荷能力。
對于高速床而言，由于整個蒸發(fā)受熱面，主要靠爐內(nèi)輻射，它的傳熱系數(shù)一是靠爐內(nèi)的溫度，二是靠飛灰的濃度，溫度高，傳熱系數(shù)大，負(fù)荷高。如果燃用低熱值的燃料（發(fā)熱量在2000大卡/公斤以下）時，為了維持高溫，必須復(fù)蓋一部分受熱面，這樣，雖然提高了傳熱系數(shù)，但減少受熱面，爐膛必須有相當(dāng)大的空間，否則難以達(dá)到滿負(fù)荷，現(xiàn)也有人在爐膛出口增設(shè)對流管，來增加受熱面，達(dá)到滿負(fù)荷的目的，這也是一個可取的辦法，另一方面，如果煤的灰分在20%以下時，發(fā)熱量高，解決以上的問題，但由于灰量少，循環(huán)量少，也直接影響了傳熱系數(shù)，使之負(fù)荷下降。
3磨損問題
高速床雖然沒有嚴(yán)格的稀相區(qū)與密相區(qū)之分，但下面顆粒粗，磨損要嚴(yán)重，下部較輕。低速床有明顯的稀相區(qū)與密相區(qū)之分，密相區(qū)的磨損明顯嚴(yán)重。
高速床沒有坦管，不存在埋管磨損，但水冷壁管磨損嚴(yán)重。
低速床有埋管，埋管必須采取有效的防磨措施，才能保證其壽命達(dá)到2-3年。
過熱器、省煤器主要靠選擇合理的煙氣流速，如煙氣流速選擇適當(dāng)，過熱器壽命可大于8年，省煤器壽命可大于5年。分離器在過熱器之前，過熱器磨損較輕，否則，加劇，另一方面，要特別注意煙氣偏流問題，即使煙氣流速選擇合適，由于煙氣偏流，造成局部流速過高，也同樣影響了過熱器、省煤器的壽命。
二、鍋爐改造的原因
1、提高熱效率
鏈條爐的熱效率一般在70%左右，循環(huán)流化床鍋爐熱效率在85%以上，提高熱效率15個百分點，節(jié)能20%左右。按年耗煤量4萬噸計算，節(jié)煤8000噸。按每噸煤價540元計算，年可節(jié)約人民幣435萬元。
2、提高負(fù)荷
鏈條爐的負(fù)荷一般在80%-90%，即30噸到32噸，改成循環(huán)流化床后，可以根據(jù)需要改成35噸/小時，還有10%的超負(fù)荷能力。
3、煤種適應(yīng)性廣
循環(huán)流化床鍋爐可以燃用煙煤、無煙煤，也可以燃用煤矸石、也可以摻燒造氣爐渣，可以設(shè)計成燃用1000大卡/公斤-6500大卡/公斤的任何煤種。當(dāng)設(shè)計煤種確定時，燃用時可以按設(shè)計煤種上浮1500大卡/公斤，下浮500大卡/公斤。例如，按4000大卡/公斤設(shè)計，可以燃用3500-5500大卡/公斤的煤。
三、本次改造的技術(shù)方案
采用經(jīng)專利發(fā)明人授權(quán)使用的高低混合流速循環(huán)流化床鍋爐專利技術(shù)。專利號：02223608.2
1、本技術(shù)的特點：
高、低混合流速循環(huán)流化床，即上部為高流速，下部為低速床，三回程兩級分離，兩級回送，它具有以下幾個特點：
（1）下部為低流速，即磨損嚴(yán)重的密相區(qū)為低流速，所以磨損大為減輕。
（2）上部為高流速，流速大，攜帶能力強，分離效率高，循環(huán)倍率高
（3）用膜式壁將爐內(nèi)隔為三個流程，煙氣流程長，顆粒在爐內(nèi)有良好的高溫燃燒條件，且停留時間為高速床的2倍左右。
（4）高溫分離器為全膜式壁，使用壽命長、免維修。
（5）采用新型結(jié)構(gòu)中溫分離器為多管分離器，。原有高低混合流速循環(huán)流化床所配的多管分離器，布置在高溫省煤器之后，由于分離溫度低，分離效率低嚴(yán)重影響了鍋爐的效率和出力。
通過進一步研究與改進現(xiàn)已研制出一種替代產(chǎn)品，外型尺寸與原來保持一致，內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了重大變化，葉片與分離筒做成整體形式，兩者之間無間隙，防止煙氣短路。內(nèi)部結(jié)構(gòu)也作為重要調(diào)整。分離效率可達(dá)98%以上，0.02mm以上的細(xì)粉都可分離下來。材質(zhì)作了重要調(diào)整，耐溫600℃以上，布置在過熱器出口之后，高溫省煤器進口之前，提高分離溫度130—150℃,有利于飛灰燃燼，降低飛灰含炭量。由于更換了材質(zhì)，壽命可達(dá)5年以上，在3年內(nèi)非人為損壞，可以免費更換。單管損壞（含出煙管）可以直接抽出更換，操作方便。
（6）由于采取了以上的措施，及兩級分離，兩級回送熱效率高，一般大于85%，飛灰含碳量低，一般在10%以下，最低可達(dá)5%
（7）爐內(nèi)膜式壁隔墻均采用掛磚結(jié)構(gòu)，懸浮燃燒溫度、蒸發(fā)受熱面、負(fù)荷、過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)十分方便。
（8）布置有高傳熱系數(shù)的埋管受熱面，鍋爐高度方向與煤粉爐、鏈條爐基本相同，金屬耗量低，舊鍋爐改造時，汽包、鋼架、廠房都保持不變，投資少，改造工期短。
（9）布風(fēng)板面積比高速循環(huán)流化床大，但比低速循環(huán)流化床小得多。35T/H的為7—8平方米，130T/H的為18—20平方米，給煤、點火都十分方便，易于鍋爐大型化。
（10）高速床沒有埋管，但高、低混合流速循環(huán)流化床有一定的埋管，埋管面積比普通低速床少得多，埋管間距大，布置位置高，所以磨損輕，使用壽命長（采用防護瓦結(jié)構(gòu)，只換防磨瓦，不換埋管）。
2、提高熱效率的措施
將鍋爐前墻前移，增大了爐膛的容積，爐內(nèi)受熱面通過掛磚調(diào)節(jié)，使各部位的溫差控制在50度以內(nèi)，整個容積都是有效容積，有效容積 6立方米/噸汽。
第一回程進入第二回程時，煙氣切向進入，第二回程上部增設(shè)導(dǎo)向筒，在第二回程煙氣產(chǎn)生了高速旋轉(zhuǎn)，如下排氣分離器一樣，在第二回程出口又采用臥式旋風(fēng)結(jié)構(gòu)，這樣強化了煙氣的擾動，破壞了灰包碳結(jié)構(gòu)，強化了燃燒，也提高了U型分離器的分離效率，因此，大大降低了飛灰含碳量。
采用了兩級分離，一有分離是高溫分離，有利于燃燼，二級分離是多管旋風(fēng)分離，分離效率高，解決了原鍋爐沒有高溫分離器的不足。
3、提高負(fù)荷的措施
本方案采用高低混合流速循環(huán)流化床技術(shù)，下部布有埋管，埋管的吸熱量是整個蒸發(fā)吸熱量的40%以上，所以在燃用低熱值燃料也可使鍋爐的出力能夠達(dá)到滿負(fù)荷，并有一定的超負(fù)荷能力。
4、防磨措施
（1）埋管
埋管最低點位置選擇合理為500mm穿過埋管的流速低，加之埋管采用鐵鋁瓷防磨片，使用壽命長，更換十分方便。
（2）第一、二回程窗口管，及整個第二回程采用鋼玉料防磨
（3）過熱器
由于過熱器前布置高溫分離器，這樣大大減少了煙氣中粗顆粒對過熱器的沖刷、磨損。過熱器迎風(fēng)面及彎頭均焊有防磨片或防磨瓦。
（4）省煤器
省煤器煙速控制在6。5M/S左右，每組省煤器進出口均焊有防磨瓦。
（5）空氣預(yù)熱器
空氣預(yù)熱器進口裝有防磨套管。
（6）爐墻磨損
密相區(qū)采用優(yōu)質(zhì)耐火、耐磨材料，流化速度3—4M/S
四、改造后鍋爐技術(shù)性能參數(shù)
1、蒸發(fā)量：35t/h
2、蒸汽壓力：3.82Mpa
3、蒸汽溫度：450℃
4、給水溫度：104℃
5、排煙溫度：≤150℃
五、改造內(nèi)容、范圍
鍋爐主體仍采用“π”型結(jié)構(gòu)布置，單鍋自然水循環(huán)，汽泡標(biāo)高不變，爐寬不變，前墻前移，爐深加長1.2米 。在堅進煙道不變。尾部受熱面調(diào)整。
（1）、改造內(nèi)容：
a、鍋爐的高度、寬度、尾部豎井尺寸不變，前墻前移。
b、廠房、主體基礎(chǔ)、鋼架樓梯平臺不變。
c、汽包不變、過熱器、省煤器、空預(yù)器位置不變，作適當(dāng)調(diào)理。
d、整個爐膛采用重型爐墻。
e、布有橫埋管。
f、給煤系統(tǒng)不變。
g、更換鼓引風(fēng)機、煙風(fēng)道作適當(dāng)調(diào)整。
h、更新等壓風(fēng)箱、布風(fēng)板、風(fēng)帽、分離回送系統(tǒng)。
i、儀表、電器、點火平臺更新、原基礎(chǔ)利舊，新增承重布風(fēng)板的基礎(chǔ)。
j、木炭點火。
k、人工出渣。
六、工期、投資
設(shè)計 天，材料準(zhǔn)備 天。
拆爐、安裝、筑爐、保溫、烘爐、煮爐共 天。
總工期： 天
從停爐開始 天。
總投資： 萬元左右。
