几种常见锅炉介绍 杨艺菲 67 一、 锅炉总述 锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而 经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器， 炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活 提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的 锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为 锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。 我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家，锅炉产业是与人类共存的永恒产业，是一个不断发展的 产业。未来工业锅炉产品市场发展除了受我国国民经济的发展速度和投资规模等因素影响外，越来越受到 能源政策和节能、环保要求的制约。 二、 锅炉一般节能措施 ① 加装燃油 经燃油节能器处理之碳氢化合物，分子结构发生变化，细小分子增多，分子间距离增大，燃料的粘度 下降，结果使燃料油在燃烧之前雾化、细化程度大为提高，喷到燃烧室内在低氧条件下得到充分燃烧，因 而燃烧设备之鼓风量可以减少 15%至 20%，避免烟道中带走之热量，烟道温度下降 5℃ 至 10℃。燃烧设备 之燃油经节能器处理后，由于燃烧效率提高，故可节油 %至 %，并且明显看到火焰明亮耀眼，黑烟消失，炉 膛清晰透明。彻底清除燃烧油咀之结焦现象，并防止再结焦。解除因燃料得不到充分燃烧而炉膛壁积残渣 现象，达到环保节能效果。大大减少燃烧设备排放的废气对空气之污染，废气中一氧化碳（ CO）、氧化氮 （NOx ）、碳氢化合物（ HC）等有害成分大为下降，排出有害废气降低 50%以上。同时，废气中的含尘量可 降低 30%—40%。安装位置：装在油泵和燃烧室或喷咀之间，环境温度不宜超过 360 ℃ 。 ② 安装冷凝型燃气锅炉节能器 燃气锅炉排烟中含有高达 18%的水蒸气，其蕴含大量的潜热未被利用，排烟温度高，显热损失大。天 然气燃烧后仍排放氮氧化物、少量二氧化硫等污染物。减少燃料消耗是降低成本的最佳途径，冷凝型燃气 锅炉节能器可直接安装在现有锅炉烟道中，回收高温烟气中的能量，减少燃料消耗，经济效益十分明显， 同时水蒸气的凝结吸收烟气中的氮氧化物，二氧化硫等污染物，降低污染物排放，具有重要的环境保护意 义。 ③ 采用冷凝式余热回收锅炉技术 传统锅炉中，排烟温度一般在 160～250 ℃ ，烟气中的水蒸汽仍处于过热状态，不可能凝结成液态的水 而放出汽化潜热。众所周知，锅炉热效率是以燃料低位发热值计算所得，未考虑燃料高位发热值中汽化潜 热的热损失。因此传统锅炉热效率一般只能达到 87%～91%。而冷凝式余热回收锅炉，它把排烟温度降低到 50 ～70℃ ，充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热，提升了热效率；冷凝水还可以回收利用。 ④ 锅炉尾部采用热管余热回收技术 余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它 包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液 和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的 17%~67%， 可回收利用的余热资源约为余热总资源的 60%。 超导热管是热管余热回收装置的主要热传导元件，与普通 的热交换器有着本质的不同。热管余热回收装置的换热效率可达 98%以上，这是任何一种普通热交换器无 法达到的。热管余热回收装置体积小，只是普通热交换器的 1/3 。其工作原理如图所示：左边为烟气通道， 右边为清洁空气（水或其它介质）通道，中间有隔板分开互不干扰。高温烟气由左边通道排放，排放时高 温烟气冲刷热管，当烟气温度 30 ℃时，热管被激活便自动将热量传导至右边，这时热管左边吸热，高温烟 气流经热管后温度下降，热量被热管吸收并传导至右边。常温清洁空气（水或其它介质）在鼓风机作用下， 沿右边通道反方向流动冲刷热管，这时热管右边放热，将清洁空气（水或其它介质）加热，空气流经热管 后温度升高。 由若干根热管组成的余热回收装置 ,安装在锅炉烟口， 将烟气中热量吸收并高速传导至另一端， 使排烟温度降至接近露点而减少热量排放损失。加热后的清洁空气可烘干物料或补充到锅炉内循环使用。 提高锅炉和工业窑炉的热效率，降低燃料消耗，达到节能的目的。 在工业燃油、燃气、燃煤锅炉设计制造时，为了防止锅炉尾部受热面腐蚀和堵灰，标准状态排烟温度 一般不低于 180℃ ，最高可达 250 ℃ ，高温烟气排放不但造成大量热能浪费，同时也污染环境。热管余热回 收器可将烟气热量回收，回收的热量根据需要加热水用作锅炉补水和生活用水，或加热空气用作锅炉助燃 风或干燥物料。节省燃料费用，降低生产成本，减少废气排放，节能环保一举两得。改造投资 3-10 个月回 收，经济效益显著。 ⑤ 采用防垢、除垢技术 通过采用锅炉除垢剂和电子防垢器以及软化水处理设备，优化水汽循环系统，软化水设备可以去除水 中钙、镁等结垢离子，使得水质软化，合理控制锅炉的排污率，从而减少水垢，提高锅炉热效率。 ⑥ 采用燃料添加剂技术 在燃料中加入添加剂达到优化燃料，达到降低烟垢，提高热效率的目的。 ⑦ 采用新燃料 采用新型环保燃料油，达到降低燃油成本的目的。 ⑧ 采用富氧燃烧技术 空气中氧气含量 ≤21%。工业锅炉的燃烧也是在这样空气下进行的工作。实践表明：当锅炉燃烧的气体 氧气量达到 25% 以上时，节能高达 20%；锅炉启动升温时间缩短 1/2 －2/3 。而富氧是应用物理方法将空气 中的氧气进行收集，使收集后气体中的富氧含量为 25% －30% 。富氧助燃是一种最新节能环保技术。近十几 年来，随着环保要求的不断提高以及节约能源的需要，富氧燃烧作为一种新兴的燃烧技术在世界各国蓬勃 发展，现在西方一些发达国家要求全部新增工业炉窑、工业锅炉不得用普通空气助燃，都得用富氧空气助 燃。 ⑨ 采用旋流燃烧锅炉技术 众所周知，传统锅炉存在着两大弊端，一是燃烧时有烟雾烟尘冒出，成为重要的污染源；二是煤渣燃 烧不充分，能源浪费极为严重。采用纯无烟再节能旋流燃烧锅炉新技术与传统工业锅炉相比较，有着绝对 的优势。 它比手烧式锅炉节煤 30%~35%，比链条式自动化锅炉节煤 25%。由于纯无烟再节能技术使用了 PID 变频和 ABM 节电系统，比传统锅炉节电 40%，挥发份可实现 90%以上的燃烧和利用，而传统锅炉的挥发份 的燃尽率只有 78%左右，有 22%的烟尘排向大气层，纯无烟再节能旋流燃烧技术使灰渣燃尽率达到了 97%， 而传统锅炉煤渣的燃尽率只有 80%左右，正是由于这些原因，纯无烟再节能燃烧技术可使炉温从原来的 1200 ℃提高到 1500℃左右，提高了燃烧效率，节省了燃料，满足了客户的需求。 ⑩ 采用空气源热泵热水机组替换技术 将现有的燃油（气）热水锅炉替换成空气源热泵热水机组；可节约能源消耗 30%到 50% 三、 循环流化床锅炉 1、 基本简介 循环流行化床锅炉技术是近十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧枝术。国际上这项技术在电 站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规模的大型循环流 化床锅炉发展；国内在这方面的研究、开发和应用也逐渐兴起，已有上百台循环流化床锅炉投入运行或正 在制造之中。未来的几年将是循环流化床飞速发展的一个重要时期。 2、 原理简介 是在鼓泡床锅炉（沸腾炉）的基础上发展起来的，因此鼓泡床的一些理论和概念可以用于循环流化床 锅炉。但是又有很大的差别。早期的循环流化床锅炉流化速度比较高，因此称作快速循环循环床锅炉。快 速床的基本理论也可以用于循环流化床锅炉。鼓泡床和快速床的基本理论已经研究了很长时间，形成了一 定的理论。要了解循环流化床的原理，必须要了解鼓泡床和快速床的理论以及物料从鼓泡床 →湍流床 →快 速床各种状态下的动力特性、燃烧特性以及传热特性。 流态化 当固体颗粒中有流体通过时，随着流体速度逐渐增大，固体颗粒开始运动，且固体颗粒之间的摩擦力 也越来越大，当流速达到一定值时，固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等，每个颗粒可以自由运动， 所有固体颗粒表现出类似流体状态的现象，这种现象称为流态化。 对于液固流态化的固体颗粒来说， 颗粒均匀地分布于床层中，称为 “散式 ”流态化。而对于气固流态化的 固体颗粒来说，气体并不均匀地流过床层，固体颗粒分成群体作紊流运动，床层中的空隙率随位置和时间 的不同而变化，这种流态化称为 “聚式 ”流态化。循环流化床锅炉属于 “聚式 ”流态化。 固体颗粒（床料） 、流体（流化风）以及完成流态化过程的设备称为流化床。 燃烧机理 循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式，是介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式， 即通常所讲的半悬浮燃烧方式。在循环流化床锅炉中 ,存有大量床料 ,首次启动时人为添加床料 ,在锅炉运行 时床料主要由煤中的灰、未反应的石灰石、石灰石脱硫反应产物等构成。床料在从布风板下送入的一次风 的作用下处于流化状态，煤粒、床料及石灰石被烟气夹带在炉膛内向上运动，在炉膛的不同高度部分大颗 粒将沿着炉膛边壁下落，形成物料的内循环；较小固体颗粒被烟气夹带进入分离器，进行分离，绝大多数 颗粒被分离下来，一部分通过回料阀直接返回炉膛，另一部分通过外置式换热器后返回炉膛，形成物料的 外循环；飞灰随烟气进入尾部烟道。通过炉膛的内循环和炉外的外循环，从而实现燃料不断的往复循环燃 烧。 循环流化床根据物料浓度的不同将炉膛分为密相区、过渡区和稀相区三部分，密相区中固体颗粒浓度 较大，具有很大的热容量，因此在给煤进入密相区后，可以顺利实现着火；与密相区相比，稀相区的物料 浓度很小，稀相区是燃料的燃烧、燃尽段，同时完成炉内气固两相介质与蒸发受热面的换热，以保证锅炉 的出力及炉内温度的控制。 脱硫原理 循环流化床锅炉处在 830-900 ℃的工作温度下， 在此温度下石灰石可充分发生焙烧反应， 使碳酸钙分解 为氧化钙，氧化钙与煤燃烧产生的二氧化硫进行盐化反应，生成硫酸钙，以固体形式排出达到脱硫的目的。 石灰石脱硫反应方程 CaCO3=CaO+CO2-热量 Q CaO+SO2+1/2O2=CaSO4+热量 Q 因此循环流化床锅炉可实现炉内高效廉价脱硫，一般脱硫率均在 90% 以上。同时，由于较低的炉内燃 烧温度，循环流化床锅炉中生成的 NOX主要由燃料 NOX 构成即燃料中的 N 转化成的 NOX；而热力 NOX 即 空气中的 N 转化成的 NOX生成量很小； 同时循环流化床锅炉采用分级送风的方式即一次风从布风板下送入， 二次风分二层从炉膛下部密相区送入，可以有效地抑制 NOX 的生成。因此循环流化床锅炉中的污染物排放 很低。 3、 结构分析 锅炉采用单锅筒，自然循环方式，总体上分为前部及尾部两个竖井。前部竖井为总吊结构，四周有膜 式水冷壁组成。自下而上，依次为一次风室、密相床、悬浮段，尾部烟道自上而下依次为高温过热器、低 温过热器及省煤器、空气预热器。尾部竖井采用支撑结构，两竖井之间由立式旋风分离器相连通，分离器 下部联接回送装置及灰冷却器。燃烧室及分离器内部均设有防磨内衬，前部竖井用敖管炉墙，外置金属护 板，尾部竖井用轻型炉墙，由八根钢柱承受锅炉全部重量。 锅炉采用床下点火（油或煤气） ，分级燃烧，一次风比率占 50— 60%，飞灰循环为低倍率，中温分离灰 渣排放采用干式，分别由水冷螺旋出渣机、灰冷却器及除尘器灰斗排出。炉膛是保证燃料充分燃烧的关键， 采用湍流床，使得流化速度在— s，并设计适当的炉膛截面，在炉膛膜式壁管上铺设薄内衬（高铝质砖） ，即 使锅炉燃烧用不同燃料时，燃烧效率也可保持在 98— 99%以上。 高温分离器入口烟温在 800 ℃左右，旋风筒内径较小，结构简化，筒内仅需一层薄薄的防磨内衬（氮化 硅砖）。其使用寿命较长。循环倍率为 10— 20 左右。 循环灰输送系统主要由回料管、回送装置，溢流管及灰冷却器等几部分组成。 床温控制系统的调节过程是自动的。 在整个负荷变化范围内始终保持浓相床床温 850-950 ℃间的某一恒 定值，这个值是最佳的脱硫温度。当自动控制不投入时，靠手动也能维持恒定的床温。 保护环境，节约能源是各个国家长期发展首要考虑的问题，循环流化床锅炉正是基于这一点而发展起来， 其高可靠性，高稳定性，高可利用率，最佳的环保特性以及广泛的燃料适应性，特别是对劣质燃料的适应 性，越来越受到广泛关注，完全适合我国国情及发展优势。 4、 发展现状及特点 气固分离器是 CFB 系统的核心部件之一。其之所以关键，从运行机理上来讲，只有当分离器完成了含 尘气流的气固分离并连续地把收集下来的物料回送至炉膛，实现灰平衡及热平衡，才能保证炉内燃烧的稳 定与高效；就系统结构而言，分离器设计、布置得是否合理直接关系着锅炉系统制造、安装、运行、维修 等各方面的经济性与可靠性。虽然分离器是 CFB 必不可少的关键环节，但它又具有相对的独立性和灵活性， 在结构与布置上回旋余地很大。从某种意义上讲， CFB 锅炉燃烧技术的发展也取决于气固分离技术的发展， 分离器设计上的差异标志着不同的 CFB 技术流派。 1 循环流化床锅炉的特点 由于循环流化床内气、固两相混合物的热容量比单相烟气的热容量大几十倍甚至几百倍，循环流化床 锅炉中燃料的着火、燃烧非常稳定。在床内沿炉膛高度所进行的燃烧和传热过程，基本上是在十分均匀的 炉膛温度下 (一般为 850 ℃～ 900 ℃)进行的，从而可使循环流化床锅炉达到 98%～99%的燃烧效率。在钙与燃 料中的硫摩尔比为 115～215 的情况下可以达到 90% 以上的脱硫效率。由于循环流化床锅炉是低温燃烧，而 且燃烧过程是在整个炉膛高度上进行的， 所以可以方便地组织分级燃烧， 因而可以有效地抑制 NOx 的生成， 降低 NOx 的排放。由于炉内气、固两相流对受热面的传热是在整个炉膛内进行的，不需在床内布置埋管受 热面，因而完全避免了埋管的磨损问题。而布置在炉膛出口外的高效分离器可将大部分固体颗粒从烟气中 分离出来，大大减少了尾部烟道中烟气的粉尘浓度，减少了尾部受热面的磨损。 2 循环流化床锅炉的发展及发展中存在的问题 目前各循环流化床锅炉制造厂家和研究机构都十分重视循环流化床锅炉的大型化，方形分离器在大型 化方面具有很大的优势。 由于循环流化床锅炉炉膛没有设置埋管，不存在磨管现象。也不存在点火时有一部分热量被水冷系统 带走的问题，点火启动，停炉都比较方便。冷炉状态 20 分钟炉子就可以点着，热炉状态只用 5到 6 分钟， 一般压火 24 小时没有问题，环境污染小。由于循环流化床锅炉的低温燃烧特性，二氧化硫和氮氧化物排放 浓度非常低 (氮氧化物的生成温度约为 1000℃，其排放浓度可控制在 200PPM 以下 )，是链条炉和煤粉所不容 易实现的。由于循环燃烧使它的炉渣几乎不含碳，呈黄褐色小颗粒，可以作为水泥制品的掺和料。并相对 减少了总出渣量。 5、 生物质节能型循环流化床锅炉 由于生物质燃料组成成分的特殊性，与煤相比，其组成成分分布的特点是“三高三低”，即挥发份、 氧及氢含量很高，前两项远远高于煤；而碳、硫和灰的含量比较低。且灰中的 SiO2 和 K2O 的含量明显高。 因此，生物质燃烧设备的设计应从不同种类生物质的燃烧特性出发，才能保证生物质燃烧设备运行的经济 性和可靠性，提高生物质开发利用的效率。 针对锅炉生物质燃料的特性，该锅炉采用以下特殊措施： （1） 采用高大的炉膛结构和较低的炉膛烟气流速。 （2 ） 由于生物质燃料中含有含碱金属、硫和氯等元素，其燃烧生成的衍生物与碱金属盐一起共同对 高温过热器造成高温腐蚀。 6、 循环流化床锅炉重要部件的发展技术 1） 锅炉冷渣器 由于循环流化床锅炉 , 所使用的燃料为劣质燃料 , 燃料中大量的灰渣在燃烧后需要排出 , 大量灰渣的 排出温度在 90℃ 左右 , 将带出大量的灰渣潜热 , 灰分高于 30% 的中低热值燃料 , 如果灰渣不经冷却 , 灰渣 物理热损失可达 2% 以上 , 这一部分热量通过适当的传热装置是可以回收利用的。另一方面 , 炽热灰渣的处 理和运输十分麻烦 , 不利于机械化操作 , 一般的灰处理机械可承受的温度上限大多在 150一 300 ℃之间 , 故灰 渣冷却是必需的。 从节能节水和环境保护的角度看，全空气冷却器是冷渣器的发展方向 ,因为以空气作为冷渣器的冷却介 质,冷却后的空气变为预热空气直接返回炉膛助燃 ,避免了水冷却的能量损失和水资源的浪费 ,同时减少了因 为用水冷却而带来的二次污染问题但是由于空气为非吸收型介质 ,直接使用空气作为冷却介质 ,必须解决好 空气和灰渣之间的气固两相流动和传热问题 ,也是冷渣器的核心和关键性技术问题。 2 ） 燃烧器 注汽锅炉的核心部件是燃烧器，是将燃

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