豫园锅炉和清华大学合作，深入分析了常规循环流化床锅炉面临的问题和挑战，提出了低能耗循环流化床锅炉设计理论和方法，形成了低能耗循环流化床锅炉全套设计导则，完成了低能耗循环流化床锅炉的产品结构设计，低能耗型循环流化床锅炉与常规产品比较：

节电30%以上

节煤3-6%

炉内NOX含量可低至50-100mg

性能优异，可靠性高，连续运行时间为5000h，年运行时间8000h。

低能耗型循环流化床锅炉代表了流化床技术发展的新方向，显示出强大的技术优越性。

1、低能耗型CFB锅炉理论基础

1.1 低能耗型CFB锅炉的技术优势就是节煤、节电、低排放和高可靠性，技术关键就是在低床压运行时，要维持炉膛物料浓度和流经分离器的循环物料量基本不变。对CFB锅炉而言，床压降低，不影响到锅炉的传热性能。

1.2 传统观念存在误区，认为：锅炉床压降的高低对循环量的影响很大，从而对炉内传热及锅炉负荷产生较大影响。实际上，床压降的提高对传热的贡献很小，而炉膛中下部物料浓度的增加必然带来磨损的加剧、风机电耗的增加等不利影响。

1.3 床存量降低后，二次风区域物料浓度降低，二次风穿透扰动效果增强，炉膛上部气固混合效果得以改进，提高了锅炉燃烧效率，降低了NOX的生成，降低了锅炉机组的供电煤耗。

1.4 床存量降低后，物料流化需要的动力减小，锅炉一、二次风机的压头降低，风机电耗下降，从而降低锅炉机组的厂用电率。

1.5 床存量降低后，炉膛下部物料浓度大幅度减小，从而可以减轻炉膛下部浓相区特别是防磨层与膜式壁交界处的磨损，提高锅炉机组的可用率。

2、低能耗型CFB锅炉流态确定

2.1 “定态设计”理论解决了开发低能耗型CFB锅炉的基础问题，即流态如何选择的问题，因为CFB锅炉技术研发一旦选定流态，有关床内的物料质量、循环量、物料沿床高浓度分布、相应传热系数沿床高的分布、燃烧份额的分布等设计数据均需要从工程实践中逐步积累、并需要匹配相应的结构及辅机系统来保证，再更改流态十分困难。

2.2 低能耗型炉内流化状态在实际运行过程中具有可控性，当发生物料量或物料浓度漂移时，可以通过调整床存量而保持设计的流化状态不变。

3、低能耗型CFB锅炉性能计算

3.1低能耗型CFB锅炉性能计算采用了清华大学编制的“热力性能计算”软件。清华大学以定态设计理论为基础，研究总结了国内外数百台流化床锅炉的实际运行工况及相应煤种的大量数据，完成了以我国燃煤条件为基础编制的状态参数的“热力性能计算”软件。

3.2 应用这一软件计算出的锅炉各种结构参数，充分考虑了环境地质条件、燃料、脱硫、锅炉汽水参数、司炉运行操作等各种因素的影响，成为锅炉设计时基本的计算数据。

3.3 该软件在25t/h、35t/h、75t/h、100t/h、130t/h、260t/h、480t/h锅炉产品上应用，获得成功。

低能耗型CFB锅炉产品结构特征

1、产品开发的总体状况

1.1 清华大学与豫园锅炉合作开发的低能耗型锅炉产品系列采用高温绝热旋风分离器的主流炉型，产品结构设计采用了多项专利和专有技术。

1.2 应用低能耗型技术的锅炉在整体布置、热量分配和部件方面均有不同，同时采用了一系列的结构变化，从而保证锅炉在较低风室风压下仍能达到相同的传热需要并在流态迁移后对燃烧产生积极的影响，降低了NOX的生成。

1.3 对锅炉核心部件进行优化，保证流化床内的物料达到要求的“品质”和“数量”，是节能型CFB锅炉根本的结构保证。

1.4 核心部件的优化都从系统的角度考虑问题，部件之间相互关联、协调配合，共同支撑着系统可靠的运转。

2、炉膛结构优化

2.1 按照清华大学定态理论确定的流态选取炉膛烟气流速和炉膛出口烟气中的物料携带量；

2.2 炉膛顶部采用失速区防磨结构；

2.3 给煤管和二次风管等与膜式壁采用厂内预制式连接密封结构；

2.4 炉膛下部交界处采用系统性防磨措施与让管结构相结合的方式；

2.5 规范炉膛内烟气温度压力测点的结构及位置；

2.6 炉膛出烟口结构的设计充分考虑了炉内烟气流场的分布并兼顾分离器入口烟道的优化设计。

3、低阻力、不漏渣的风帽结构

3.1 风帽设计吸取引进钟罩式风帽不漏渣的结构特点，克服其容易磨损、阻力大和更换困难的缺点。

3.2 在风帽中增加易更换夹套，采取合理的风帽直径和风帽小孔结构型式，选取合理的风帽阻力，风帽磨损后只需更换夹套和风帽头，缩短了检修周期，减小了检修费用。

4、二次风结构优化

4.1 优化二次风在炉膛四周的布置位置；

4.2 优化二次风布置层数及喷口结构形式；

4.3 优化不同区域二次风量的配置；

4.4 优化二次风口的数量及喷口流速；

4.5 根据不同燃料特性优化选取二次风比例

5、分离器结构优化

5.1 优化分离器的结构模型；

5.2 分离器进口烟道采用足够长的加速段并优化其高宽比；

5.3 分离器中心筒采用偏置、缩径等一系列结构措施；

5.4 分离器圆筒截面根据优选的烟气上升流速来确定；

5.5 锥体角度尺寸与烟气流场相协调，同时与料腿结构相匹配。

6、低阻力、大流率、小风量回料装置

6.1 优化回料装置的物料流动模型和回料阀阻力；

6.2 优化回料腿物料下降流速及料腿直径；

6.3 优化返料隔墙结构形式及尺寸；

6.4 优化水平回料通道结构形式及尺寸；

6.5 按照清华大学绘制的《回料立管负压差移动床流动流谱》对返料风系统及返料风量进行优化设计和选取；

6.6 回料装置为专利技术。

7、尾部烟道结构优化

7.1 分离循环燃烧系统优化后，对尾部烟道结构进行相应的优化；

7.2 尾部烟道结构及受热面排布与循环燃烧系统的设计相匹配，确保在尾部受热而又不会出现磨损的同时又能很好的避免积灰，保证尾部受热面地进行换热。

8、提高锅炉部件的厂内装配率

8.1 为限度的减小现场安装质量不能保证给锅炉带来的隐患，豫园锅炉秉承在厂内进行限度装配的设计理念。

8.2 对锅炉的一些关键部件，如水冷床、膜式壁密封块、炉膛出烟口、膜式壁的让管、炉墙护架等采用整体出厂的方式。

9、系统及辅机选配优化

9.1、对一二次冷热风系统、返料风系统、引风系统、给煤系统、石灰石脱硫系统、出渣系统等进行优化设计。

9.2 对一二次风机、罗茨风机、给煤机、冷渣器、吹灰器、耐磨耐火材料提出选型规范。

结论：豫园锅炉与清华大学合作研发的 “基于流态重建的节能型循环流化床锅炉”，根据清华大学开发的物料平衡模型分析不同粒度颗粒停留时间，根据不同粒度燃料燃烬时间曲线确定所需的该颗粒度颗粒存量；以此为指导，适当降低构成快速床的有效料床存量，以大颗粒燃烬为限制适当降低构成循环床下部鼓泡床的无效床存量。避免多余存料量引起的不必要的风机能耗和受热面磨损。提高床质量，降低床存量，达到减耗和磨损的目的。

通过改进分离器的分类效率、改进物料回送装置的流动特性、控制燃料粒度达到设计要求及更新传热系数和燃烧份额分配设计导则，来实现提高床料质量，降低床存量。通过实践证明，优化床压降，即可快维持快速流化状态，保证传热性能要求，又降低了过渡区物料浓度，减轻受热面磨损、降低风机电耗并获得燃烧效率。同时基于流化床两相流理论、传热理论及燃烧理论，开发的锅炉产品在运行中炉膛氮氧化物浓度可低至50mg左右。