循環(huán)流化床鍋爐布風(fēng)裝置

王運(yùn)法,陳 晶

(1.山西省電力公司電力建設(shè)三公司,山西太原 030006;2.山西漳澤電有力股份有限公司河津發(fā)電分公司,山西河津 043300)

0 引言

布風(fēng)裝置是循環(huán)流化床CFB(Circulating Fluidized Bed)鍋爐實(shí)現(xiàn)流態(tài)化燃燒的關(guān)鍵設(shè)備,是CFB鍋爐空氣供給系統(tǒng)的重要組成部分,關(guān)系到流化質(zhì)量和鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行。國(guó)內(nèi)CFB鍋爐應(yīng)用最普遍的是風(fēng)帽式布風(fēng)裝置。

1 布風(fēng)裝置的工作原理與流程

布風(fēng)裝置是CFB鍋爐3大關(guān)鍵部件 (布風(fēng)裝置、返料裝置、排渣裝置)之一,其工作原理及流程如下。

1.1 工作原理

風(fēng)帽徑向小孔面積總和遠(yuǎn)小于布風(fēng)板面積,使得從風(fēng)帽徑向小孔中射出流化風(fēng)氣流具有較高的速度和動(dòng)能,進(jìn)入床層底部,將底部顆粒吹動(dòng),使風(fēng)帽周圍和帽頭頂部產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng),強(qiáng)化了氣固的混合,進(jìn)而建立良好的流態(tài)化燃燒工況。

1.2 工作流程

第1步,空氣由流化風(fēng)機(jī)增壓后經(jīng)風(fēng)道送入風(fēng)室;第2步,流化風(fēng)由風(fēng)室穩(wěn)壓和均流后通過風(fēng)帽底部的通道,從風(fēng)帽徑向小孔射出;第3步,射出的流化風(fēng)進(jìn)入床層底部,產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng),并形成氣流墊層,使床料中煤粒與空氣均勻混合,建立良好的流化狀態(tài),如圖1所示。

圖1 風(fēng)帽式布風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 布風(fēng)裝置分類與特點(diǎn)

布風(fēng)裝置由風(fēng)室、布風(fēng)板、澆筑料等構(gòu)成,布風(fēng)板由風(fēng)帽、花板等組成。

2.1 風(fēng)帽分類與特點(diǎn)

2.1.1 風(fēng)帽分類

風(fēng)帽主要有帶有帽頭的風(fēng)帽 (亦稱蘑菇狀風(fēng)帽)、無(wú)帽頭風(fēng)帽 (亦稱圓柱狀風(fēng)帽)、L形定向風(fēng)帽 (亦稱單向風(fēng)帽)等。

2.1.2 風(fēng)帽特點(diǎn)

帶有帽頭的風(fēng)帽阻力大,但氣流的分布均勻性較好,連續(xù)運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間后,一些大塊爐渣容易卡在帽沿底下,不易清除,冷渣也不易排掉,積累到一定程度,風(fēng)帽小孔將被堵塞,導(dǎo)致阻力增加,進(jìn)風(fēng)量減少,甚至引起滅火,需要停爐進(jìn)行清理。

無(wú)帽頭風(fēng)帽阻力較小,制造容易,維修方便,但氣流分配性能較差。

定向風(fēng)帽帽頭朝向一個(gè)方向,成 L形,且開口有1個(gè)或2個(gè) (多口的),有利于大顆粒冷渣和焦塊的排出。不足之處是加大了粗粒爐渣對(duì)風(fēng)帽的磨損程度。

2.2 風(fēng)室分類與特點(diǎn)

2.2.1 風(fēng)室分類

風(fēng)室一般分等壓風(fēng)室、分流風(fēng)室、錐體風(fēng)室等,CFB鍋爐最常用的是等壓風(fēng)室,如圖1所示。

2.2.2 風(fēng)室特點(diǎn)

等壓風(fēng)室具有傾斜的底面,這樣能使風(fēng)室的靜壓沿深度保持不變,有利于提高布風(fēng)的均勻性,傾斜底面距布風(fēng)板的最短距離稱為穩(wěn)壓段,其高度一般不小于500 mm,底邊傾角一般為8°～15°,風(fēng)室的水平截面積與布風(fēng)板的有效截面積相等。

錐體風(fēng)室具有布風(fēng)容易均勻的優(yōu)點(diǎn),但其既要求較大的高度,又要求適合于圓形的布風(fēng)板。

等壓水冷風(fēng)室布風(fēng)板上的水冷壁延伸管向下彎曲90°構(gòu)成風(fēng)室后墻,前墻水冷壁向下延伸構(gòu)成風(fēng)室前墻,然后彎曲形成傾斜底板。爐膛兩側(cè)墻水冷壁延伸至布風(fēng)板以下,構(gòu)成風(fēng)室左右墻。

2.3 布風(fēng)板分類與特點(diǎn)

2.3.1 布風(fēng)板分類

通常把花板和風(fēng)帽合稱為布風(fēng)板,一般分水冷式布風(fēng)板、非水冷式布風(fēng)板等兩類。

2.3.2 布風(fēng)板特點(diǎn)

大型CFB鍋爐一般采用水冷式布風(fēng)板。水冷式布風(fēng)板常采用膜式水冷壁管拉稀延伸形式,在管與管之間的鰭片上開孔,布置風(fēng)帽,如圖2所示。

圖2 水冷式布風(fēng)板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

非水冷式布風(fēng)板通常由厚度為12～20 mm鋼板或厚度為30～40 mm的鑄鐵板制成。布風(fēng)板的截面形狀及其大小取決于流化床底部的截面,目前用得最廣泛的是矩形布風(fēng)板,布風(fēng)板上的開孔通常按等邊三角形排列。

2.4 布風(fēng)裝置分類與特點(diǎn)

2.4.1 布風(fēng)裝置分類

一般分風(fēng)帽式布風(fēng)裝置、密孔板式布風(fēng)裝置等兩類。

2.4.2 布風(fēng)裝置特點(diǎn)

風(fēng)帽式布風(fēng)裝置由風(fēng)室、花板、風(fēng)帽和澆筑料等組成,布風(fēng)均勻,當(dāng)負(fù)荷變化時(shí),流化質(zhì)量穩(wěn)定。但壓火停爐時(shí),帽頭浸埋在高溫床料中,容易燒損。

密孔板式布風(fēng)裝置由風(fēng)室和密孔板構(gòu)成的,是密孔板沸騰爐使用的一種布風(fēng)裝置;密孔板式又分條形密孔板和平板密孔板兩類。

3 布風(fēng)裝置作用

當(dāng)布風(fēng)裝置出現(xiàn)故障時(shí),會(huì)影響到燃燒工況,甚至鍋爐根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)流態(tài)化燃燒。因此,布風(fēng)裝置是CFB鍋爐燃燒達(dá)到穩(wěn)定與安全運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。其風(fēng)帽、風(fēng)室、布風(fēng)板等部件發(fā)揮著不同的作用。

3.1 風(fēng)帽作用

風(fēng)帽起著均勻布風(fēng),改變氣流方向和提高氣流速度的作用。定向風(fēng)帽利用定向吹動(dòng)的作用有利于爐渣的排出。

3.2 風(fēng)室作用

風(fēng)室相當(dāng)于流化風(fēng)的混合分配箱,使從風(fēng)管進(jìn)入的流化風(fēng)降低速度,動(dòng)壓轉(zhuǎn)化為靜壓,所以能起到穩(wěn)壓和均流的作用,使風(fēng)量更加均勻地分布在布風(fēng)板之上。如果風(fēng)室設(shè)計(jì)合理,內(nèi)部氣流分布均勻,布風(fēng)板對(duì)流化風(fēng)的重整阻力則越小,反之則越大。

3.3 布風(fēng)板作用

布風(fēng)板由花板和風(fēng)帽組成,主要作用有花板承托澆筑料和靜止床料;利用布風(fēng)板的重整阻力,使布風(fēng)板之上的流化風(fēng)均布,提供足夠的動(dòng)壓頭,使床料均勻流化;利用布風(fēng)板的重整阻力,維持床層穩(wěn)定,避免出現(xiàn)勾流、騰涌等流化床層的不穩(wěn)定性;及時(shí)排除床層爐渣,避免流化分層,維持正常流態(tài)化燃燒。

3.4 澆筑料作用

為避免布風(fēng)板受熱而撓曲變形,在布風(fēng)板上必須有一定厚度的澆筑料進(jìn)行保護(hù)。

4 布風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)

按布風(fēng)裝置的分類,密孔板式布風(fēng)裝置由風(fēng)室和密孔板等組成;風(fēng)帽式布風(fēng)裝置由風(fēng)帽、澆注料、花板、排渣管、風(fēng)室等組成,各組成部件有著發(fā)揮各自作用的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。

4.1 風(fēng)帽結(jié)構(gòu)

風(fēng)帽結(jié)構(gòu)一般分帶帽頭和無(wú)帽頭兩種;風(fēng)帽小孔 (φ 4 mm～6 mm)采用四周側(cè)向開孔,數(shù)量為6～12個(gè)/單個(gè)風(fēng)帽,可均布成一排或雙排,小孔中心線呈水平,也可向下傾斜15°,以利于風(fēng)帽間粗粒的擾動(dòng)和減小細(xì)顆粒通過小孔漏入風(fēng)室[1]。

4.2 風(fēng)室結(jié)構(gòu)

一般選用4 mm厚的鋼板制成風(fēng)室。風(fēng)室支吊在布風(fēng)板上,若風(fēng)室過大,須在布風(fēng)板上設(shè)計(jì)支撐框架,以免引起布風(fēng)板變形。

4.3 排渣管結(jié)構(gòu)

小型CFB鍋爐的排渣管直接從布風(fēng)板開孔接出,排渣管穿過風(fēng)室,一般排渣管上端與花板之間能自由伸縮,主要靠布風(fēng)板上的澆筑料來調(diào)節(jié)和密封。排渣管與風(fēng)室穿過處滿焊,以免漏風(fēng)。其缺點(diǎn)易造成漏風(fēng)、漏渣。為避免漏風(fēng)、漏渣而采用如圖3所示的連接方式。將排渣管上端與花板焊接,另一端穿過風(fēng)室自由伸縮。其關(guān)鍵是在排渣管與風(fēng)室之間設(shè)置一個(gè)密封法蘭。

圖3 渣管與風(fēng)室法蘭密封簡(jiǎn)圖

4.4 風(fēng)帽式布風(fēng)板結(jié)構(gòu)

風(fēng)帽式布風(fēng)板由花板、風(fēng)帽和澆筑料等組成。

4.4.1 水冷式布風(fēng)板

大型CFB鍋爐多采用水冷式布風(fēng)板。是利用膜式水冷壁管拉稀延伸形式,在管與管之間的膜式壁上開孔布置風(fēng)帽。

4.4.2 花板結(jié)構(gòu)

花板是用來支撐風(fēng)帽的,材料一般為16～20 mm厚的鋼板,或厚度為30～40 mm的整塊鑄鐵板或分塊組合而成的。開孔節(jié)距通常是等邊三角形,節(jié)距一般為風(fēng)帽帽沿直徑的1.5倍～1.75倍。

4.5 澆筑料保護(hù)層

為避免布風(fēng)板受熱而撓曲變形,在花板上必須有一定厚度的澆筑料保護(hù)層。保護(hù)層厚度根據(jù)風(fēng)帽高度而定,一般為100～150 mm。澆筑料層與風(fēng)帽小孔之距一般為15～20 mm,不宜超過20 mm,否則運(yùn)行中容易結(jié)渣,但也不宜離風(fēng)帽小孔太近,以免堵塞小孔。

5 布風(fēng)裝置設(shè)計(jì)基本要求

布風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)是設(shè)備、施工、運(yùn)行的基礎(chǔ),其布風(fēng)板、風(fēng)室設(shè)計(jì)有著不同的設(shè)計(jì)基本要求。

5.1 布風(fēng)板設(shè)計(jì)基本要求

布風(fēng)板設(shè)計(jì)一般應(yīng)滿足能均勻密集地分配流化風(fēng),避免在布風(fēng)板之上出現(xiàn)死區(qū)現(xiàn)象;流化風(fēng)流經(jīng)布風(fēng)板的阻力,既要滿足密相區(qū)流化態(tài)的需要,又不能阻力損失過大;風(fēng)帽小孔射出流化風(fēng)具有較大的動(dòng)能,能使布風(fēng)板上的床料與空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)和混合;具有足夠的強(qiáng)度和剛度,能支承本身和床料的重量,壓火時(shí)防止布風(fēng)板受熱變形,風(fēng)帽不燒損,并考慮到檢修清理方便等要求[2]。

5.2 風(fēng)室設(shè)計(jì)基本要求

風(fēng)室設(shè)計(jì)一般應(yīng)滿足具有一定的強(qiáng)度、剛度及嚴(yán)密性,在運(yùn)行條件下不變形,不漏風(fēng);具有一定容積使之能夠穩(wěn)壓和均流,消除進(jìn)口風(fēng)速對(duì)氣流速度分布不均勻性的影響,穩(wěn)流段高度大于500 mm;具有一定的導(dǎo)流作用,盡可能地避免形成死角與渦流區(qū);結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于維護(hù)檢修,且風(fēng)室應(yīng)設(shè)有檢修門和放渣門等要求[2]。

6 布風(fēng)裝置施工要點(diǎn)

布風(fēng)裝置安裝的優(yōu)劣,將影響到CFB鍋爐的流態(tài)化質(zhì)量。其風(fēng)帽、風(fēng)室、澆筑料的施工尤為重要。

6.1 風(fēng)帽施工要點(diǎn)

風(fēng)帽施工一般應(yīng)注意安裝風(fēng)帽時(shí)必須按圖施工,不得隨意挪動(dòng)或改變風(fēng)帽的位置;風(fēng)帽安裝時(shí),先用塑料布或膠布把風(fēng)帽小孔臨時(shí)封閉,冷態(tài)試驗(yàn)前清除封閉,并逐個(gè)清理小孔,以免堵塞而引起布風(fēng)不均;由于風(fēng)帽采用耐熱鑄件,容易破碎,因此在安裝過程中不允許用重物敲打;風(fēng)帽安裝結(jié)束后應(yīng)注意防護(hù),投用前和停爐期間注意檢查風(fēng)帽上的小孔是否暢通;防止角度偏差造成床料流化不均或磨穿風(fēng)帽,床壓達(dá)不到設(shè)計(jì)值而影響鍋爐的出力等要點(diǎn)。

6.2 風(fēng)室施工要點(diǎn)

風(fēng)室施工一般應(yīng)注意風(fēng)室密封性要求很高,安裝結(jié)束后必須用風(fēng)壓、滲油等方法進(jìn)行檢漏,若嚴(yán)密性得不到保證,導(dǎo)致風(fēng)室漏風(fēng)失壓,影響流化質(zhì)量;對(duì)于水冷風(fēng)室,風(fēng)室四周及排渣管需要嚴(yán)格按圖焊上鋼筋,然后打上耐火澆注料;風(fēng)室殼體配裝時(shí),應(yīng)防止施焊、切割而產(chǎn)生的各種變形等要點(diǎn)。

6.3 澆筑料施工要點(diǎn)

澆筑料施工一般應(yīng)注意澆注料施工要有防止風(fēng)帽小孔堵塞的有效措施;澆注料層應(yīng)低于風(fēng)帽小孔中心線15 mm～20 mm,不宜超過20 mm,否則運(yùn)行中容易結(jié)渣,但也不宜太近,以免堵塞小孔;按設(shè)計(jì)采購(gòu)耐火澆注料材料,施工時(shí)盡量打得致密等要點(diǎn)。

[1] 岑可法,倪明江,駱仲泱,等.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行 [M].北京:中國(guó)電力出版社,1995:613-615.

[2] 路春美,程世慶,王永征.循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運(yùn)行[M].北京:中國(guó)電力出版社,2003:87-91.