豫園鍋爐和清華大學合作，深入分析了常規循環流化床鍋爐面臨的問題和挑戰，提出了低能耗循環流化床鍋爐設計理論和方法，形成了低能耗循環流化床鍋爐全套設計導則，完成了低能耗循環流化床鍋爐的產品結構設計，低能耗型循環流化床鍋爐與常規產品比較：

節電30%以上

節煤3-6%

爐內NOX含量可低至50-100mg

性能優異，可靠性高，連續運行時間為5000h，年運行時間8000h。

低能耗型循環流化床鍋爐代表了流化床技術發展的新方向，顯示出強大的技術優越性。

1、低能耗型CFB鍋爐理論基礎

1.1 低能耗型CFB鍋爐的技術優勢就是節煤、節電、低排放和高可靠性，技術關鍵就是在低床壓運行時，要維持爐膛物料濃度和流經分離器的循環物料量基本不變。對CFB鍋爐而言，床壓降低，不影響到鍋爐的傳熱性能。

1.2 傳統觀念存在誤區，認為：鍋爐床壓降的高低對循環量的影響很大，從而對爐內傳熱及鍋爐負荷產生較大影響。實際上，床壓降的提高對傳熱的貢獻很小，而爐膛中下部物料濃度的增加必然帶來磨損的加劇、風機電耗的增加等不利影響。

1.3 床存量降低后，二次風區域物料濃度降低，二次風穿透擾動效果增強，爐膛上部氣固混合效果得以改進，提高了鍋爐燃燒效率，降低了NOX的生成，降低了鍋爐機組的供電煤耗。

1.4 床存量降低后，物料流化需要的動力減小，鍋爐一、二次風機的壓頭降低，風機電耗下降，從而降低鍋爐機組的廠用電率。

1.5 床存量降低后，爐膛下部物料濃度大幅度減小，從而可以減輕爐膛下部濃相區特別是防磨層與膜式壁交界處的磨損，提高鍋爐機組的可用率。

2、低能耗型CFB鍋爐流態確定

2.1 “定態設計”理論解決了開發低能耗型CFB鍋爐的基礎問題，即流態如何選擇的問題，因為CFB鍋爐技術研發一旦選定流態，有關床內的物料質量、循環量、物料沿床高濃度分布、相應傳熱系數沿床高的分布、燃燒份額的分布等設計數據均需要從工程實踐中逐步積累、并需要匹配相應的結構及輔機系統來保證，再更改流態十分困難。

2.2 低能耗型爐內流化狀態在實際運行過程中具有可控性，當發生物料量或物料濃度漂移時，可以通過調整床存量而保持設計的流化狀態不變。

3、低能耗型CFB鍋爐性能計算

3.1低能耗型CFB鍋爐性能計算采用了清華大學編制的“熱力性能計算”軟件。清華大學以定態設計理論為基礎，研究總結了國內外數百臺流化床鍋爐的實際運行工況及相應煤種的大量數據，完成了以我國燃煤條件為基礎編制的狀態參數的“熱力性能計算”軟件。

3.2 應用這一軟件計算出的鍋爐各種結構參數，充分考慮了環境地質條件、燃料、脫硫、鍋爐汽水參數、司爐運行操作等各種因素的影響，成為鍋爐設計時最基本的計算數據。

3.3 該軟件在25t/h、35t/h、75t/h、100t/h、130t/h、260t/h、480t/h鍋爐產品上應用，獲得成功。

低能耗型CFB鍋爐產品結構特征

1、產品開發的總體狀況

1.1 清華大學與豫園鍋爐合作開發的低能耗型鍋爐產品系列采用高溫絕熱旋風分離器的主流爐型，產品結構設計采用了多項專利和專有技術。

1.2 應用低能耗型技術的鍋爐在整體布置、熱量分配和部件方面均有不同，同時采用了一系列的結構變化，從而保證鍋爐在較低風室風壓下仍能達到相同的傳熱需要并在流態遷移后對燃燒產生積極的影響，降低了NOX的生成。

1.3 對鍋爐核心部件進行優化，保證流化床內的物料達到要求的“品質”和“數量”，是節能型CFB鍋爐最根本的結構保證。

1.4 核心部件的優化都從系統的角度考慮問題，部件之間相互關聯、協調配合，共同支撐著系統可靠的運轉。

2、爐膛結構優化

2.1 按照清華大學定態理論確定的流態選取爐膛煙氣流速和爐膛出口煙氣中的物料攜帶量；

2.2 爐膛頂部采用失速區防磨結構；

2.3 給煤管和二次風管等與膜式壁采用廠內預制式連接密封結構；

2.4 爐膛下部交界處采用系統性防磨措施與讓管結構相結合的方式；

2.5 規范爐膛內煙氣溫度壓力測點的結構及位置；

2.6 爐膛出煙口結構的設計充分考慮了爐內煙氣流場的分布并兼顧分離器入口煙道的優化設計。

3、低阻力、不漏渣的風帽結構

3.1 風帽設計吸取引進鐘罩式風帽不漏渣的結構特點，克服其容易磨損、阻力大和更換困難的缺點。

3.2 在風帽中增加易更換夾套，采取合理的風帽直徑和風帽小孔結構型式，選取合理的風帽阻力，風帽磨損后只需更換夾套和風帽頭，縮短了檢修周期，減小了檢修費用。

4、二次風結構優化

4.1 優化二次風在爐膛四周的布置位置；

4.2 優化二次風布置層數及噴口結構形式；

4.3 優化不同區域二次風量的配置；

4.4 優化二次風口的數量及噴口流速；

4.5 根據不同燃料特性優化選取二次風比例

5、分離器結構優化

5.1 優化分離器的結構模型；

5.2 分離器進口煙道采用足夠長的加速段并優化其高寬比；

5.3 分離器中心筒采用偏置、縮徑等一系列結構措施；

5.4 分離器圓筒截面根據優選的煙氣上升流速來確定；

5.5 錐體角度尺寸與煙氣流場相協調，同時與料腿結構相匹配。

6、低阻力、大流率、小風量回料裝置

6.1 優化回料裝置的物料流動模型和回料閥阻力；

6.2 優化回料腿物料下降流速及料腿直徑；

6.3 優化返料隔墻結構形式及尺寸；

6.4 優化水平回料通道結構形式及尺寸；

6.5 按照清華大學繪制的《回料立管負壓差移動床流動流譜》對返料風系統及返料風量進行優化設計和選取；

6.6 回料裝置為專利技術。

7、尾部煙道結構優化

7.1 分離循環燃燒系統優化后，對尾部煙道結構進行相應的優化；

7.2 尾部煙道結構及受熱面排布與循環燃燒系統的設計相匹配，確保在尾部受熱而又不會出現磨損的同時又能很好的避免積灰，保證尾部受熱面地進行換熱。

8、提高鍋爐部件的廠內裝配率

8.1 為限度的減小現場安裝質量不能保證給鍋爐帶來的隱患，豫園鍋爐秉承在廠內進行限度裝配的設計理念。

8.2 對鍋爐的一些關鍵部件，如水冷床、膜式壁密封塊、爐膛出煙口、膜式壁的讓管、爐墻護架等采用整體出廠的方式。

9、系統及輔機選配優化

9.1、對一二次冷熱風系統、返料風系統、引風系統、給煤系統、石灰石脫硫系統、出渣系統等進行優化設計。

9.2 對一二次風機、羅茨風機、給煤機、冷渣器、吹灰器、耐磨耐火材料提出選型規范。

結論：豫園鍋爐與清華大學合作研發的 “基于流態重建的節能型循環流化床鍋爐”，根據清華大學開發的物料平衡模型分析不同粒度顆粒停留時間，根據不同粒度燃料燃燼時間曲線確定所需的該顆粒度顆粒存量；以此為指導，適當降低構成快速床的有效料床存量，以大顆粒燃燼為限制適當降低構成循環床下部鼓泡床的無效床存量。避免多余存料量引起的不必要的風機能耗和受熱面磨損。提高床質量，降低床存量，達到減耗和磨損的目的。

通過改進分離器的分類效率、改進物料回送裝置的流動特性、控制燃料粒度達到設計要求及更新傳熱系數和燃燒份額分配設計導則，來實現提高床料質量，降低床存量。通過實踐證明，優化床壓降，即可快維持快速流化狀態，保證傳熱性能要求，又降低了過渡區物料濃度，減輕受熱面磨損、降低風機電耗并獲得燃燒效率。同時基于流化床兩相流理論、傳熱理論及燃燒理論，開發的鍋爐產品在運行中爐膛氮氧化物濃度可低至50mg左右。