一、前言

一般旋风分离器由于其分离效高、阻力不大，结构简单而被成功地广泛应用于循环流化床锅炉，但也存在着一些固有的缺点，诸如：

1）分离器本身为园柱（锥）形与锅炉本体（长方形）匹配困难。尤其不适宜用于35T／H以下的工业锅炉。

2）为了避免其内超温结渣，实际上不允许残炭在其内继续燃烧（仅允许CO等气体可燃物在内燃尽），这对挥发份低等难燃燃料是难以做到的。

3）高温旋风分离顺的内衬通常厚达350－400MM因此导致下列三个问题：

i）分离器本身十分笨重，相应支架等钢耗量大，耐火材料的耗量也大。

ii)外壁温度高（通常达120C左右）,使炉壁总散热损失增大。

iii)耐火材料的蓄热量大，热惰性大，启动停炉时间长，冷态启动一般需12－16小时。

因此国外正在研制汽冷旋风分离器，但其仍保持一般立式旋风分离器的形状，因此除汽冷结构复杂、制造困难、成本高外且仍不能解决与锅炉整体匹配困难的问题。

本水冷旋涡内分离器则成功地解决了以上各个问题，带本型分离器的内循环床锅炉现已形成容量6－65（75）T／H的系列产品。迄今生产（包括旧炉改造）了50余台，已投运十余台（蒸汽产量6－65T／H包括热水炉其中6，10，15，65T/H已先后通过省、部顷鉴定），燃用煤种从无烟煤末、炉渣、劣质烟煤到褐煤等，效果良好。当燃用无烟煤末与锅炉渣的混合燃料的燃烧热效率为87．59％与99．09％当燃用多水褐煤时，燃烧效率高达99．23％，相应锅炉热效率为87．59％与88．15％。

二、旋涡循环床锅炉简介

旋涡内循环床锅炉系双汽包或单汽包自然循环（包括热水锅炉）锅炉，它是由燃烧室，水冷旋涡分离器及水冷物料循环回送系统所构成，流化床燃烧室由上、下两部分组成，下部为密相床（泡床或湍流床），有或无埋管，上部为稀相床，此区可燃物在氧化性气氛下燃烧，释放的热量传给四周的膜式水冷壁，表现流速沿炉高的变化为图3所示。一；二次风的比例分别为50：50（无埋管时）或7030（有埋管时）。

夹带着末燃尽气体与炭粒的高温烟气（850－9500C）由燃烧室上部进入水分离器。由分离器分离下来的粒子全部（或大部分）经水冷回料道返回密相床循环燃烧。

本型内循环流化锅炉特别适宜于中、小型热电站与一般工业锅炉，能燃用各种优、劣质燃料。

三、旋涡内循环床锅炉的主要设计特点一优点

1、水冷分离器

本分离器由膜式水冷壁构成，具有下列六方面优点：

i)与锅炉整体匹配合理与简易。分离器在炉膛上部，为燃烧室的延伸部分，因此简化了难以处理得当的从炉膛到分离器与分离器到尾部烟道的高温烟道布置与结构设计，锅炉与分离器的匹配自然合理。ii)水冷分离器本身为一吸热装置，允许残炭在其内继续燃烧直到燃尽，不易引起超温结渣。这点（超温结渣）当然用挥发物低的难料时非水冷分离器是难以避免的。

iii）散热损失水。水冷分离器膜壁的外壁温度低，只需一薄层保温涂料即可达到外皮温度－550C散热损失小。

iv)重量轻。水冷分离器内衬由密抓钉浇注耐火耐磨材料而成，其厚约仅50MM，分离器本身重量轻，节省大量耐火材料与其支架耗钢量。

v)启停可快，不受耐火材料所允许的加热与冷却速度所限，如承压部伯可冷态启动可在2小时内完成。vi)锅炉整体结构紧凑，占地与空间小，省钢材（65T／H本型内循环床锅炉的本体耗钢量为301吨。

2、三旋涡室分离器图1与图2

第一分离室为主旋涡室（4）大部分粒子在此被分离后经回料,12返回密相床。第二分离室叫端部旋涡室5能分离较粒子使之同样经回料道而返回密相床。第三分离室为主旋涡室串接的旋室6，它能有效地降低主旋涡室分离出来的粒子的二次夹带，各旋涡室的分离作用示于图4由图可知，由于端部旋涡室的存在，使粒径50M的粒子的分离效率有显著提高，端部旋涡室结构示于图5用五孔毕托管及等速取样探头分别测定了其内三维速度场与粒子浓度分布场，图6示出了气流入口截面上及其内某一截面上的切向速度分布，图7和图8示其B－B截面上的轴向速度分布和其内典型的粒子浓度场分布。

由图6可见，端部旋涡室内的切向速度是很小的，其分离细粉主要不是依靠离心力，冷态模型试验发现，端旋端壁的碰壁效奕分离是主要的，如图5所示将端旋沿深度分为长度相等的三段从端壁起分别各为第一二三段。则第一段内的分离量占总分离量的72％，第二三段则分别为11％与17％，而第二段的分离则全靠残余离心力，细粉分离主要不是依靠离心力，则端旋直径的放大将不会明显地影响其对细粒的分离效果，同时其对细粒的离效果，同时旋涡分离器也不必采用高的入口流速来提高其对细粉的分离效率，这对降低分离器的流阻与内壁的磨损均是有利的，本旋涡分离器的分离效率高，总离效率在99％以上，切割粒径为8－12M。因此其循环燃烧的效果也较好。

3、水冷半自流循环物料回阀

本阀的主要部分为由不冷壁构成的矩形回料道，多个松动风口与回料口图2主要优点如下：

（i）回料道内不会发生二次燃烧引起超结渣之弊。因为循环物料一方面被水冷壁冷却同时与低温松动风混合后其温度仅为200－3000C左右。

(ii)多个回料口使回料返入密相床沿炉深分布均匀，不会在布风板上形成局部堆3的积，同时物料与空气接触混合好，有利于流化，燃烧与脱硫化学反应。

四、运行经验

首台本型10T阀／H炉于1989年投运，迄今近20台已相继成功地投（运容量6、10、15、20、65T／H包括热锅炉），其燃烧效率最高达99．23％相应锅炉效率达88．15％，这些锅炉均在额定负荷或超负荷下运行例如65T／H炉的实际运行负荷为75T／H该炉已于1992年9月－14T／NM床温稳定，图9示出在满负荷与部分70％负荷时床温沿炉高分布的特性曲线。由此可见，满负荷时床温沿炉高的偏差是不大的（具有典型环庆的特性），而在部分负荷时下部密相床具有典型的泡床特性。

迄今为止，即使经过十分频繁的与快速的启停考验，尚未发现由于热应力而使分离器与炉内耐火耐磨材料裂开而剥落的现象，冷态启动到带负荷运行通常仅需2小时左右。

五、结论

水冷旋涡内循环流化床锅炉（6－65（75）T／H）的设计与运行经验表明，此型内循环床锅炉对于中，小型热电站与一般工业锅炉具有燃烧效率与热效率高，整体紧凑，占地小，分离器重量轻，省钢、材省耐火材料，与锅炉匹配合理,利于快速启停等特点与优点。

图9床温沿炉高的分布曲线（燃用无烟煤未与炉渣时）

x-*满负荷x---x满负荷(煤中细未较多时)--.--部分负荷时(70％MCR)

参考文献

(1)CaoBolinetal1990CirculatingFluidizedBedBoilerwothanlnternalSepara-rorofThreeVortexChambers,CirculatingFluidizedBedTechnologyaP477,EditdebyprabirBasuet.al,pergamonpress.

(2)CaoBolin,Song,Zexi,1991,循环流化术锅炉的三旋涡分离器proceedingsofthe2ndinternationalsymposiumonCoalsombustionsclenceandtechnology,P496-503,October7-10,1991,Beijing,ChinaEditecdbyuchagXuet,at,ChunaMachinepress,Beijing1991。

(3)曹柏林，宋泽唏，毛国锋，带旋涡分离器的循环流化床锅炉的试验研究，动力工程，第10卷第6期，1990，P34－38。