一、循环流化床锅炉现状分析
我国已投运循环流化床锅炉有数千台，就现有的技术发展水平而言，锅炉对煤种适应性、负荷、运行的稳定问题已基本得到解决，但锅炉的运行热效率普遍较低。
循环流化床锅炉燃烧系统、炉膛内结构、分离回送系统设计是否合理是决定锅炉热效率的关键。从目前运行的情况来看，粗颗粒一般均能较好的燃透（含碳量≤5%），但尾部细灰颗粒往往因锅炉结构不同，含碳量相差甚大（5%～48%）。我国煤种种类繁多，经破碎后粉末颗粒占的比例很高【＜2㎜占50%左右】，许多锅炉在设计时并未考虑这一因素，锅炉的飞灰固体不完全燃烧损失（q4）很大，热效率低，并造成过热汽温度难以控制。
1、循环倍率、流化速度
循环流化床锅炉可分为两大块：高循环倍率、高流化速度；低循环倍率、低流化速度。它们均具有各自的优缺点。
1.1、高循环倍率、高流化速度（一般称高速床）
1.1.1、优势
高速床布风板面积小，炉膛截面积小，下部粗颗粒燃烧区的流化床速度达7～9m/s，上部细颗粒燃烧区烟气速度达5～7m/s，因此高速床炉内燃烧强度大，发展新型大容量流化床锅炉不受给煤点数量多、布置困难的限制。炉膛为瘦高型，占地面积小，但厂房高度高。高速床一般均采用高温分离，分离物料回燃条件好。
1.1.2、缺点
采用高循环倍率，高流化速度燃烧方式，一方面煤入炉后受热膨胀爆裂及气流对颗细的冲击和颗粒相互磨擦作用，煤粒细化速度加快；另一方面烟气速度较快携带飞灰能力强，烟气中的飞灰浓度增加，虽然分离器分离的物料总量增加，但实际分离效率却下降；对于改造锅炉来说，汽泡位置较难调整，炉膛高度尺寸基本不变，由于烟气速度的提高，颗粒在炉内的停留时间变短；再者流化速度高，锅炉下部磨损严重，烟气速度高，炉内细粉杨析增加，锅炉受热面、分离器、炉墙磨损加剧，过热蒸汽温度超温现象较为普遍，并难以控制。
1.2、循环倍率，低流化速度（一般称为低速床）
1.2.1、优势
低速床布风板面积大，炉膛截面积大，下部密相区流化速度只有3～4m/s，它充分吸收了成熟的鼓泡床磨损小、密相区热容量大、温度稳定性好的优点，同时，炉内细粉杨析量显著减少，这样，大大减轻了分离器的分离负担，整个烟气流程飞灰浓度下降，锅炉尾部磨损及锅炉原始排放浓度减少。
1.2.2、缺点
炉膛体积大，占地面积大，因此对于75T/H以上大容量锅炉大都采用高速床结构。
2、分离器选型
2.1分离器型式
分离器种类繁多：旋风上排气分离器、旋风下排气分离器、“U”型分离器、槽型分离器、方型分离器、多管分离器、百叶窗分离器、平面流分离器等等。这些分离器虽然各有优缺点，但从现在投入运行的情况看，“U”型分离器、旋风上排气分离器、多管分离器分离效率较高（80～95%）。其它分离器虽然结构简单，布置方便，但分离效率低（40～70%）。
2.2、分离器位置
按分离器所处的烟温位置来分：可分为高温分离器、中温分离器、低温分离器。
高温分离器一般放在900℃以上烟温位置，材质要求高，如不采取特殊措施（如水冷或蒸汽冷却），其使用寿命很短。
下面将目前投运的高温分离器分离性能简单列表如下：
分离器型式
“U”型分离器
（水冷）
旋风上排分离器（普通）
旋风上排汽分离器（水或蒸汽冷却）
槽型分离器
平面流化分离器
百叶窗分离器等
分离效率
≥60%
≥98%
≥98%
≥40%
使用寿命
长
短
长
短
阻力（Pa）
≈100
≈800
≈800
≈500
放置位置
炉内
炉外
炉内
炉内
造价
一般
一般
一般
低
运行的可靠性
好
常出现结焦
好
常出现结焦
维修工作量
不需要维修
常维修
维修少
常更换
从上表可以看出，采用水冷旋风上排汽分离器比较理想。
中温分离一般放在600～700℃烟温位置，对材质要求不高，使用周期长，采用多管旋风分离器或旋风上排汽分离器均能达到满意效果，阻力均为700～800Pa。
如果在550℃以下分离由于物料回炉需吸热升温才能燃烧，燃烧效果差，如果流程较短则效果更差，故一般不采用。
2.3、分离回送系统组合
按分离回送系统组合来分，可分为一级分离、一级回送；二级分离、一级回送；二级分离、二级回送。二级分离、二级回送的运行效果较为理想。
3、循环流化床锅炉运行效果不理想原因分析
3.1、从技术流派来看，目前循环流化床锅炉均为单一的高循环倍率、高流化速度（高速床）或者单一的低循环倍率、低流化速度（低速床），因此，它们不可避免存在着热效率低、磨损严重等问题。
3.2、从分离回送系统来看，由于分离器选型不当，匹配不合理，造成循环系统分离效率低，回送阀易结焦，使用寿命短，运行稳定性差。
3.3、就锅炉改造而言，由于受到原有锅炉结构，厂房尺寸的限制，为了提高锅炉的燃烧效率，延长细颗粒在炉内的停留时间，则需提高原有汽泡及厂房高度，改造费用高，周期长；如改为一般的低速床则锅炉的热效率等参数难以达到设计要求。
因此，目前许多循环流化床锅炉（包括旧锅炉改造成循环流化床锅炉）运行状况并不理想，飞灰含碳量高，热效率低，磨损严重。
二、改造技术路线
（一）、技术路线分析
根据我国入炉煤宽筛分（0～10㎜）、细颗粒煤所占比例大的特点。为了使粉末颗粒尽量燃透，提高锅炉的热效率，该炉改造方案需设计时遵循如下技术思路：
1、充分吸收高速床，低速床的优势，克服其缺点；
2、尽量延长颗粒在炉内的停留时间；
3、保持上部炉膛稀相区燃烧温度在900～950℃范围，给细颗粒创造良好的燃烧条件；
4、采用分离效率较高且阻力适当的二级分离器，保证细颗粒的多次循环燃烧；
5、细颗粒比例大，回灰系统回送量大，为了使循环系统运行可靠，回灰物料保持在800℃左右水准；
6、锅炉改造后，过热器可能会超温，因此必须采取可靠的调节措施以保证机组运行的安全性；
7、密相区采用低流化床速度，尽量减少粗颗粒入炉后进一步细化，减少磨损；
8、充分利用原有锅炉结构，低改造费用，缩短改造时间。
（二）技术改造路线
采用上部为高流速，下部为低流速的高低混合流速结构；内置水冷上排气，高温旋风分离器，小流化床返料系统；高低混合流速内置水冷分离器的循环流化床锅炉。
本方案的特点：
1、下部为低流速，磨损严重的密相区流速低，有效地控制磨损。
2、上部为高流速，以较高的流速进入分离器，流速高粉尘携带能力强，分离效率高。
3、采用传统的上排气分离结构，技术成熟，分离效率高达98%以上。
4、分离温度在900—950℃度，飞灰易于燃烬，循环倍率高，可使燃烧效率达97%以上。
5、内置水冷结构，分离器四周是水冷壁管，分离器寿命长，便于维修。
6、返料器内布有受热面，有效控制返料温度，在返料器内不结焦，运行稳定。
7、采用小流化床返料系统，技术成熟，不结焦，返料顺畅。
8、分离器也是燃烬室，有效容积大，飞灰停留时间长，便于飞灰燃烬。
9、由于高低流速结构，布风板面积虽然大于高速床，但小于低速床，所以负荷调节范围大，可在50—110%之内调节。
10、布有高传热系数的埋管，有较好的超负荷能力。
11、埋管采用防磨瓦结构，防磨瓦寿命大于2年，以后换防磨瓦，不换埋管，埋管与锅炉同寿命。
12、由于高低混合流速，自耗电低，基本上与低速床一致。
三、改造后的锅炉参数及技术指标
1、燃烧方式：中循环倍率，高、低混合流速相结合；
2、额定蒸发量D：45t/h
3、额定蒸汽压力P：3.82MPa；
4、额定蒸汽温度T：450℃；
5、给水温度Tgs：105℃；
6、排烟温度Tpy：150℃；
7、负荷调节范围：60～110%；
8、热效率η：≥88.7%；
9、灰渣含碳量CZ：≤2%；
10、飞灰含碳量：CF：≤8%；
四、改造技术方案（见方案图）
1、采用高、低混合流速循环流化床燃烧方式
该炉原为链条炉，根据现有的厂房位置空间，如按一般的低速床方案进行改造，锅炉结构，分离选型及布置位置很困难，锅炉的热效率难以保证。如按高速床方案进行改造，为了提高烟气流程，汽包位置必须提高，厂房高度必须增加，这样改造周期长，成本高。因此，该锅炉改造采用我中心研究开发的专利技术——高、低混合流速流化床燃烧方式。<专利号02223608.2>
该方案为下部采用较大布风板面积，低流化速度，密相区布置埋管，流化速度＜4m/s，为了延长细颗粒在炉内的停留时间，炉膛设计充分利用原有结构空间，稀相区入口烟气速度控制在3m/s以下，为了提高分离效率，炉膛上部截面积逐步缩小，烟气速度逐步加快，出口烟速达6m/s左右，进入分离器的流速达20m/s左右。
2、采用合理的回送系统
如何组织好细颗粒燃烧，将被烟气携带出炉膛大量的未燃烬的颗粒捕捉下来入炉回燃是该炉改造是否成功的关键。
高温分离器分离下来的物料回燃条件好，燃烧效率高，且能显著减少尾部受热面的磨损，因此，本方案在过热器前布置高温水冷旋风上排气的分离器，其类型属于炉内分离，分离器内采用特殊结构设置，分离效率达98%以上，满足流化床锅炉对分离器的要求。返料系统采用技术成熟的小流化床返料结构，运行稳定。
3、合理布置炉膛受热面
一般原煤经破碎后＜2mm占50%左右，由于密相区燃烧份额较小，埋管受热面应比传统鼓泡床受热面少，而悬浮段以上稀相区燃烧份额大，因此，本方案除炉膛四周布置水冷蒸发受热面外，还增加了中隔墙膜式蒸发受热面。同时，为了保证悬浮段以上的烟气温度（900～950℃），给粉末颗粒创造良好的燃烧条件，大部分蒸发受热面均溥了浇注料或挂砖，以降低水炉膛水冷度。
4、增加二次风
在炉膛上部炉墙四角布置强旋二次风，保证经颗粒在进入过热器降温冷却之前得到充分燃烧。
5、防止过热器超温措施
炉膛上部细灰颗粒燃烧份额大，烟气飞灰浓度高，过热器传热系数增大，由于一级表面式减温器减温能力有限，如不采取措施，必然造成过热蒸汽温度超温。按设计，锅炉的蒸发吸收热量（或蒸发受热面）与过热吸热量（过热器受热面）成一定比例，当过热器超温时，适当增加蒸发受热面，过热蒸汽温度即会下降。本方案前、中隔墙膜式壁采用挂砖结构，因此，过热器温度调节十分方便，从根本上解决了过热器超温问题。
6、防止回送系统结焦措施
对于高温分离器来说，由于分离下来的物料温度高（900～950℃），进入“U”型回送阀后结焦的可能性很大，一旦阀内结焦，飞灰将无法循环燃烧，循环流化床将变为一般的鼓泡床。本方案在高温分离物料仓内布置水冷壁，因此不存在锅炉结焦问题。
7、在入炉煤中加入Ca（OH）2和TUX—GL助固硫剂，可使炉内脱硫效率≥90%。其中Ca（OH）2加入量按Ca：S=1.5：1。TUX—GL助固剂按给煤量的1%。采用一级脱硫除尘器，可使炉子脱硫效率≥90%，除尘效率≥99%。
五、改造方案简图（见附图）
六、改造工程内容
1、本体部分：
1.1炉膛受热面；
1.1.1、密相区布置斜埋管，分上下四层，增加埋管上下集箱；
1.1.2、前墙受热面管前移，数量不变，此即构成埋管上升管及前墙水冷壁管。
1.1.3、左右侧墙受热面宽度位置不变（即炉宽不变），布置左右侧集箱；
1.1.4、后墙位置基本保持一致，但结构需作较大调整
增加后下集箱，上升管受热面先通过水冷高温分离回料灰仓，高度方向中途向炉内延伸，组成前膜式壁隔墙，炉膛通过叉型管引入汽包。
增加后上集箱，一部分上升管受热面构成中膜式壁隔墙，通过叉型管引入汽包，一部分上升管构成后墙水冷壁，并引入后上集箱进入汽包。
1.1.5、炉膛四周水冷壁水冷度需作设计计算，在部分区域内敷设耐火混凝土。
1.2下降管系
1.2.1、分散型下降管经计算按比例重新分配。
1.3、高、低温过热器、省煤器适当调整。
1.4、炉膛部分
1.4.1、炉顶向前延伸至前墙；
1.4.2、炉墙全部采用重型炉墙结构；
1.4.3、中隔墙采用部分挂砖，部分浇注料结构；
1.4.4、尾部坚井炉墙结构除中温分离器位置部分改变外，但需全部拆除重新布置和砌墙。
1.5、基础部分
利用原燃烧系统、炉墙支撑混凝土立柱、横梁、鼓风机基础，引风机基础作适当加大或新作，位置不变。
1.6、其它部分
给煤系统、烟、风道接管、钢架、平台等利旧改造或部分更新。
破碎筛分系统利旧。
1.7、辅机
给煤机、鼓风机利旧，更换引风机，改造电器、仪表、电缆等。
八、改造工程范围
〈一〉拆除工程范围
1、炉膛前墙、后墙，左右侧墙，尾部竖井炉墙；
2、前集箱及下降管、前墙水冷壁管；
3、后下集箱、下降管、后水冷壁管；
4、左、右侧集箱及下降管，左右侧水冷壁管；
5、引风机；
6、空气预热器；
7、部分管道阀门、法兰、测温、测压点；
8、高、低温过热器；
9、省煤器及集箱。
〈二〉、不动部分
1、汽包、高、低温过热器集箱，炉顶集箱；
2、原钢架、平台、扶梯、栏杆；
3、给水管道系统、蒸汽管道系统、安全阀排汽系统，一、二次阀门与仪表，排污总管。
〈三〉、设计、制作、安装工程范围
1、炉墙（包括耐火材料、保温材料、红砖及附助材料）；
2、新增混凝土基础及点火平台；
3、炉膛四周水冷壁、前隔墙、中隔墙、埋管及所有集箱、下降管系；
4、省煤器重新布置，联箱新做。
5、新增钢架、平台、扶梯、栏杆、吊架；
6、燃烧系统（包括布风板、风帽、风室等）；
7、风道、烟道调整；
8、水冷分离器，回送装置；
9、新增管道、阀门，测温、测压点；
10、落煤口及煤斗改造；
11、鼓、引风机及其基础改造；
12、电控柜、动力柜改造，新增电器、电缆，一、二次仪表；
13、锅炉点火、调试运行。
八、工程概算
改造工程的造价概算为： 万元。
九、改造工期：
1、设计时间 天；
2、受压部件材料准备 天；
3、施工 天
4、烘、煮炉、试运行按国家规定天数。
