對#11鍋爐布風(fēng)板風(fēng)帽改造效果的比較分析

張俊劉家超

（華電四川發(fā)電有限公司內(nèi)江發(fā)電廠，四川 內(nèi)江241005）

一、鍋爐布風(fēng)板

內(nèi)江發(fā)電廠410-9.8/540-Pyrofow鍋爐（#11爐）為芬蘭奧斯龍公司生產(chǎn)制造的常壓、單汽包自然循環(huán)、戶外型循環(huán)流化床鍋爐，其布風(fēng)板采用Pyrofow公司開發(fā)的豬尾形布風(fēng)板（圖1）。布風(fēng)板長14米，寬7米，共澆注耐火材料23×6.5塊，每塊耐火材料長600㎜，寬600㎜。

二、豬尾形風(fēng)帽

#11爐豬尾形風(fēng)帽用 Φ21.3×2.6㎜的1Cr18Ni9Ti鋼管做成，固溶溫度920℃。風(fēng)帽出風(fēng)口向上，管口與耐火層齊平。布風(fēng)板上共布置風(fēng)帽5441個，每塊耐火材料布置36個，風(fēng)帽通流面積總共1.11㎡。

圖1 豬尾形布風(fēng)板

豬尾形風(fēng)帽獨具的彎形噴嘴結(jié)構(gòu)，使得床料很難落入流化風(fēng)室，杜絕了床料對布風(fēng)板水冷壁的磨損，而且風(fēng)帽完全掩埋在耐火材料中，所以風(fēng)帽不會被燒壞、風(fēng)帽間不產(chǎn)生相互磨損，但是該風(fēng)帽特殊的結(jié)構(gòu)和安裝方式使其疏通更換工作非常困難。更換風(fēng)帽須將周圍耐火材料打掉，一是很容易傷到水冷壁管，二是粘結(jié)在鰭片上的耐火材料很難清理干凈，給火焊和電焊作業(yè)造成極大困難。如果更換數(shù)量較多則會影響到爐內(nèi)的其它工作。

2005年煤質(zhì)變化后#11機組額定負荷運行時，流化風(fēng)總風(fēng)量一般為50Nm3/s、風(fēng)室壓力13kPa、風(fēng)室溫度220℃。根據(jù)氣體狀態(tài)方程式將冷風(fēng)量轉(zhuǎn)化為熱風(fēng)量為90.29 Nm3/s。

①.速度計算公式

算出小孔風(fēng)速V=81.35m/s

②.干空氣密度計算公式

算出流化風(fēng)室內(nèi)空氣密度ρ=0.09kg/m3

③風(fēng)的動壓計算公式

其中wp為風(fēng)壓 [kN/m2]、ρ為空氣密度[kg/m3]、v為風(fēng)速[m/s]

算出額定負荷時風(fēng)口出風(fēng)具有的動壓wp=297.80kN/m2=297.80kpa=2.98bar。

#11機組在燃用設(shè)計煤種（南川煤）、風(fēng)帽較好的情況下，額定負荷時流化風(fēng)總風(fēng)量一般為42Nm3/s換化為熱風(fēng)量為75.85 Nm3/s，風(fēng)室壓力12kpa、風(fēng)室溫度220℃。得出風(fēng)帽噴嘴風(fēng)速為68.95m/s。

圖2 變形的豬尾形風(fēng)帽

所以，煤質(zhì)變差后#11爐在運行中一次風(fēng)量偏大導(dǎo)致水冷壁磨損加劇、氧量偏大、飛灰含碳量高、一次風(fēng)機電耗增加。由于風(fēng)嘴向上，風(fēng)帽的擾動能力不強，大塊的焦渣很難排除。高負荷時，當風(fēng)帽堵塞及風(fēng)口變形嚴重時可能出現(xiàn)流化風(fēng)吹穿密相區(qū)的現(xiàn)象，造成流化不均勻；低負荷時，爐內(nèi)工況波動大、流化差，爐膛容易結(jié)焦。

機組運行中，高溫軟化的鐵塊等隨工況波動會落入風(fēng)管造成風(fēng)帽堵塞。機組高負荷運行時，床溫經(jīng)常超過920℃，風(fēng)帽風(fēng)口在高溫下發(fā)生軟化，風(fēng)口受耐火材料擠壓而變形（圖2）。

三、改造原因分析

1、使用時間長、風(fēng)口變形多。

#11機組自1996年投產(chǎn)發(fā)電到2008年，#11鍋爐豬尾形風(fēng)帽已連續(xù)使用13年，風(fēng)口變形嚴重、爐膛流化不好、排渣困難，鍋爐安全性和經(jīng)濟性受到較大影響。為保證爐膛排渣2007年年修更換了后墻及乙側(cè)墻風(fēng)帽1994個，但鍋爐的流化并沒有得到有效改善。

2、檢修難度大、人力物力及時間消耗大。

布風(fēng)板風(fēng)帽疏通需10人耗時一天，且每人按8個工、80元/工（2010年標準）計算，則每次疏通風(fēng)帽的人工費為6400元。

#11爐布風(fēng)板堵塞率為3%，每塊耐火材料內(nèi)最多允許堵塞1.1個，所以當每塊耐火材料內(nèi)風(fēng)帽堵塞超過1個時，必須將堵塞風(fēng)帽更換，需增大人力物力及時間的投入，這樣便影響了承壓部件的檢修及檢修工期。

表1 #11機組部分經(jīng)濟指標

3、豬尾形風(fēng)帽更適合爐底中心排渣方式的CFB鍋爐，而我廠是爐膛兩側(cè)及后墻排渣方式的CFB鍋爐。

4、煤質(zhì)變差，不適應(yīng)煤種變化。

2005年入廠煤質(zhì)量開始變差，入爐煤煤量增加，煤矸石和石塊增多。為保證鍋爐流化，流化風(fēng)增大，一次風(fēng)機耗電率增加。由于風(fēng)帽風(fēng)口向上，高負荷時水冷壁磨損加??；低負荷時爐內(nèi)工況不穩(wěn)定，大塊焦渣很難排除，爐膛易結(jié)焦。

四、風(fēng)帽改造方案

2008年年修內(nèi)江發(fā)電廠對#11爐布風(fēng)板進行了改造，將豬尾形風(fēng)帽更換成了圖3所示的鐘罩式風(fēng)帽：材質(zhì)Cr25Ni20MnHfMoSiNRe；風(fēng)管內(nèi)徑Φ28㎜、外徑Ф38，風(fēng)管上部帶密封的圓盤，便于密封及安裝固定；罩體共8個出風(fēng)孔，直徑Ф12，罩體高度130㎜、壁厚13mm、外徑Ф90，風(fēng)帽安裝時密封圓盤與耐火材料齊平，罩體與密封盤點焊一點，罩體間的出風(fēng)孔錯開避免影響出風(fēng)。改造后布風(fēng)板共有鐘罩式風(fēng)帽1774個。

圖3 鐘罩式風(fēng)帽

五、改造效果分析

1、機組帶負荷能力提高

改造后，機組能順利帶到滿負荷，床溫床壓能維持穩(wěn)定，高低負荷時爐內(nèi)較大的渣塊能順利排出。滿負荷時的飛灰可燃物及排煙溫度與改造前無明顯變化，飛灰可燃物≤5%，排煙溫度在140℃左右。但是，由于機組臨界流化風(fēng)量、負荷波動時一次風(fēng)的調(diào)節(jié)量等都發(fā)生了改變，造成機組剛運行時低負荷運行能力不強，低負荷時爐內(nèi)工況波動頻繁。經(jīng)過運行人員半年的摸索，機組最終能較經(jīng)濟地低負荷運行，最低負荷能帶40MW/h。

2、對水冷壁管的磨損減小

改造協(xié)議書上指出“，改造后鍋爐承壓部件的磨損量在連續(xù)運行小時數(shù)為1000小時不超過0.27㎜（以原始管壁厚度5㎜左右的水冷壁管為依據(jù)進行考核）”。

檢修期間，為檢驗改造效果，在爐內(nèi)水冷壁易磨損區(qū)域取了兩點壁厚作為檢驗數(shù)值——#11爐耐火材料上部4.5米，后墻左右第一根水冷壁管，壁厚分別為5.1mm和5.3mm。改造后機組第一次啟動至停機期間，#11爐連續(xù)運行了1848小時，經(jīng)測量兩檢驗點壁厚分別為4.8mm和5.1mm，未超過協(xié)議允許的范圍。

2006～2007年#11爐水冷壁爆管3次，2009～2010年水冷壁爆管0次。

3、風(fēng)機耗電降低

表1#11機組部分經(jīng)濟指標

#11機組一次風(fēng)機功率1320kw。由表可知，改造后一次風(fēng)機每發(fā)一度電的用電量比改造前有明顯下降。

4、風(fēng)帽流化及排渣能力增強

改造后#11機組額定負荷運行時，流化風(fēng)總風(fēng)量一般為48Nm3/s換算成熱態(tài)為86.6848Nm3/s，風(fēng)室壓力 13KPa、風(fēng)室溫度220℃。改造后布風(fēng)板的通流面積為1.5㎡，由式2-1、2-2、2-3計算出鐘罩式風(fēng)帽小孔在額定負荷下射流風(fēng)速和具有的動壓：

由計算知，改造后風(fēng)帽射流速度與改造技術(shù)協(xié)議中設(shè)計速度相當，協(xié)議計劃安裝1668個風(fēng)帽、射流速度60.2m/s。由于風(fēng)帽小孔向不同方向射流，增強了床料的竄動能力，所以爐膛流化及排渣得到了有效改善。

六、風(fēng)帽改造后出現(xiàn)的主要問題及解決方法.鐘罩式風(fēng)帽長時間運行后，罩體與密封圓盤的焊點被磨掉造成罩體脫落，罩體內(nèi)的風(fēng)管失去罩體的保護后發(fā)生斷裂現(xiàn)象，造成大量的床料落入流化風(fēng)室。當返回的床料積攢到一定程度后不但會阻礙送風(fēng)、堵塞風(fēng)帽、增加一次風(fēng)機電耗（表1中2010與2009年對比），還會磨損流化風(fēng)室內(nèi)水冷壁管，危及鍋爐的安全運行。

所以，每次停機檢修都要對風(fēng)帽進行檢查處理，一是疏通風(fēng)嘴，二是恢復(fù)脫落的罩體。對罩體內(nèi)風(fēng)管已斷裂的風(fēng)帽則用Φ38×5.6×95㎜的過熱器管焊接在密封盤上。

七、兩種風(fēng)帽在#11爐應(yīng)用中的比較

表2 兩種風(fēng)帽比較

結(jié)論

改造后，布風(fēng)板較好地適應(yīng)了煤質(zhì)的變化，保證了#11機組安全穩(wěn)定運行、提高了其經(jīng)濟性。機組運行時流化風(fēng)能控制在合理范圍內(nèi)，降低了一次風(fēng)機電耗、避免了水冷壁過速磨損。隨著新風(fēng)帽使用時間的延長也暴露出一些問題，如罩體脫落、上部風(fēng)管斷裂、流化風(fēng)室進床料等，所以要加強風(fēng)帽的檢修，提高檢修質(zhì)量，保證機組經(jīng)濟運行。

【1】馮冰瀟,時貴玉.某電廠循環(huán)流化床鍋爐布風(fēng)板的風(fēng)帽改造[J].能源技術(shù),2009.