130 t/h CFB鍋爐供風(fēng)冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)的測(cè)試

何 斌，陳 陽(yáng)

(中國(guó)鋁業(yè)貴州分公司，貴州 貴陽(yáng)550014)

130 t/h CFB鍋爐供風(fēng)冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)的測(cè)試

何 斌，陳 陽(yáng)

(中國(guó)鋁業(yè)貴州分公司，貴州 貴陽(yáng)550014)

對(duì)130 t/h CFB鍋爐供風(fēng)系統(tǒng)空氣動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)量，結(jié)果表明:該CFB鍋爐一、二次風(fēng)管路和點(diǎn)火風(fēng)管路擋板特性較好，隨著流化風(fēng)量的增大，布風(fēng)板阻力增大，料層阻力呈線性關(guān)系增大，布風(fēng)板的阻力大小符合設(shè)計(jì)值，能保證布風(fēng)均勻和床料良好流化。其測(cè)試結(jié)果為工業(yè)CFB鍋爐供風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)選型提供了可靠的數(shù)據(jù)。

CFB鍋爐;供風(fēng)系統(tǒng);冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng);測(cè)試研究

0 引言

鍋爐燃燒工況的優(yōu)劣在很大程度上決定爐膛的空氣動(dòng)力工況[1]，大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:鍋爐爐膛冷態(tài)和熱態(tài)的空氣動(dòng)力場(chǎng)結(jié)構(gòu)是相似的，因此，冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)的測(cè)試結(jié)果，對(duì)鍋爐熱態(tài)的燃燒特性具有指導(dǎo)意義[2]。中鋁貴州分公司熱電廠1臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐，型號(hào)為DG 130/9.81－3，單汽包，自然循環(huán)，高溫旋風(fēng)分離，J閥返料，該文旨在通過(guò)對(duì)該鍋爐供風(fēng)系統(tǒng)空氣動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)行冷態(tài)測(cè)試，了解和掌握各風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置的冷態(tài)工作特性、布風(fēng)板的阻力和料層阻力特性，確保鍋爐順利進(jìn)行冷態(tài)點(diǎn)火啟動(dòng)和熱態(tài)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，防止床面結(jié)焦和設(shè)備燒損，而且，冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)測(cè)試結(jié)果還為工業(yè)CFB鍋爐供風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)選型提供了可靠的數(shù)據(jù)，具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

1 CFB鍋爐的供風(fēng)系統(tǒng)

該CFB鍋爐的供風(fēng)系統(tǒng)主要包括一次供風(fēng)系統(tǒng)、二次供風(fēng)系統(tǒng)和J閥返料供風(fēng)系統(tǒng)。從一次風(fēng)機(jī)鼓出的空氣經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器加熱后，分為3個(gè)支路，第一支路的風(fēng)引入爐膛下部風(fēng)室，通過(guò)布置在布風(fēng)板上的風(fēng)帽吹入爐膛使床料流化，該管路還并聯(lián)配有1臺(tái)點(diǎn)火增壓風(fēng)機(jī)，以克服鍋爐點(diǎn)火時(shí)點(diǎn)火器的阻力;第二支路的風(fēng)經(jīng)給煤增壓風(fēng)機(jī)增壓后，送至3臺(tái)氣力播煤機(jī);第三支路的風(fēng)未經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱直接作為給煤皮帶的密封用風(fēng)。從二次風(fēng)機(jī)鼓出的空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后，直接經(jīng)爐膛四周的二次風(fēng)箱吹入爐膛助燃。J閥返料器共配備有2臺(tái)高壓頭的羅茨風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)出力為100%，正常運(yùn)行時(shí)，1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。風(fēng)量調(diào)節(jié)采用調(diào)節(jié)旁通管道擋板將多余空氣送入一次風(fēng)道內(nèi)。

該CFB鍋爐供風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)主要有一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、J閥風(fēng)機(jī)、風(fēng)道點(diǎn)火增壓風(fēng)機(jī)和播煤增壓風(fēng)機(jī)。各風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 供風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)參數(shù)匯總Tab.1 Summary Fan Parameters of Wind Supply System

2 試驗(yàn)前應(yīng)具備的條件

(1)鍋爐本體、煙風(fēng)道及輔機(jī)全部檢查完畢;一次風(fēng)機(jī)、二次送風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火增壓風(fēng)機(jī)、播煤增壓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)全部正常投入運(yùn)行。若有故障，應(yīng)在試驗(yàn)前消除;

(2)所有試驗(yàn)用測(cè)點(diǎn)檢查校驗(yàn)完畢，所有需要標(biāo)定的測(cè)量裝置和傳壓管路連接完畢，在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)有合適的腳手架，現(xiàn)場(chǎng)照明充足;

(3)試驗(yàn)場(chǎng)地道路暢通，清掃干凈，扶梯欄桿齊全牢固，危險(xiǎn)區(qū)應(yīng)有明顯標(biāo)志，并有圍欄圍護(hù);

(4)對(duì)爐膛、風(fēng)帽進(jìn)行徹底檢查，確保床面干凈、風(fēng)帽排列符合設(shè)計(jì)、風(fēng)帽孔眼暢通;

(5)鍋爐本體及煙、風(fēng)管道人孔門(mén)密封嚴(yán)密，煙風(fēng)管道暢通無(wú)阻;

(6)準(zhǔn)備好足夠粒度0～6的底料(能鋪滿(mǎn)床面700 mm高)。

3 試驗(yàn)方法及內(nèi)容

試驗(yàn)結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)并參考《GB10184－88電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》及常規(guī)電站鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)方法進(jìn)行，主要試驗(yàn)內(nèi)容如下:

(1)一次風(fēng)、點(diǎn)火風(fēng)和播煤風(fēng)管路擋板特性測(cè)定;

(2)二次風(fēng)管路擋板特性測(cè)定;

(3)核實(shí)一、二次風(fēng)機(jī)出力;

(4)測(cè)定爐膛布風(fēng)板阻力(空板);

(5)測(cè)定爐膛不同料層下(400 mm、600 mm、700 mm)的料層阻力;

(6)測(cè)定J閥出力。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 一次風(fēng)系統(tǒng)測(cè)量

在對(duì)一次風(fēng)主管路擋板特性進(jìn)行測(cè)定的同時(shí)，也對(duì)播煤風(fēng)管路和點(diǎn)火風(fēng)管路的擋板特性進(jìn)行了測(cè)定。對(duì)一次風(fēng)和點(diǎn)火風(fēng)管路的擋板特性的測(cè)定分5個(gè)工況，開(kāi)度分別為20%，40%，60%，80%，100%。播煤風(fēng)有3路，分別標(biāo)記為A，B，C，分3個(gè)工況，擋板開(kāi)度分別為30%，60%，90%，對(duì)播煤風(fēng)管路的擋板特性進(jìn)行了測(cè)試。

在對(duì)一次風(fēng)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，開(kāi)啟引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)，通過(guò)改變一次風(fēng)機(jī)入口擋板開(kāi)度調(diào)整工況，工況調(diào)整后保持爐膛出口壓力為0～－100 Pa，測(cè)試并記錄臨時(shí)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值。一次風(fēng)和點(diǎn)火風(fēng)管路擋板特性曲線見(jiàn)圖1。

圖1 一次風(fēng)和點(diǎn)火風(fēng)管路擋板特性曲線Fig.1 Damper’s Property Curves of Primary Air Pipeline and Ignition Air Pipeline

由圖1可知，一次風(fēng)和點(diǎn)火風(fēng)管路擋板特性較好。隨著擋板開(kāi)度的增加，一次風(fēng)和點(diǎn)火風(fēng)的風(fēng)量都隨著增加。擋板開(kāi)度在20%～60%范圍內(nèi)時(shí)，風(fēng)量增加較快，擋板開(kāi)度在60% ～100%范圍內(nèi)時(shí)，風(fēng)量增加緩慢。在擋板開(kāi)度為100%時(shí)，一次風(fēng)量為96 503 m3/h，和表1對(duì)比可知，一次風(fēng)機(jī)出力不足，只有81.1%。

表2 播煤風(fēng)管路特性Tab.2 Property of the Fuel Spreading Air Pipelines

3路播煤風(fēng)擋板特性見(jiàn)表2，由表2可知，隨著擋板開(kāi)度的增大，3個(gè)管路的風(fēng)量也隨著增大，A風(fēng)管的擋板特性較好，但是，B、C風(fēng)管的擋板特性較差，隨著擋板開(kāi)度的增大，風(fēng)量增加不大。而且3個(gè)風(fēng)管的風(fēng)量分布很不均勻。

4.2 二次風(fēng)系統(tǒng)測(cè)量

該鍋爐有2路二次風(fēng)，分別從爐膛高度不同的位置吹入爐膛。分5個(gè)工況，擋板的開(kāi)度分別為20%、40%、60%、80%和100%，對(duì)二次風(fēng)管道擋板特性進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定時(shí)，開(kāi)啟引風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)，保持爐膛出口壓力為0～－100 Pa，記錄臨時(shí)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值。

二次風(fēng)擋板特性見(jiàn)表3，由表3可知，隨著擋板開(kāi)度的增大，二次風(fēng)量增大，但是增加的幅度越來(lái)越小。在擋板開(kāi)度為100%下，二次風(fēng)總量為34 734 m3/h，對(duì)比表1可知，二次風(fēng)機(jī)的出力只有67.5%，這說(shuō)明二次風(fēng)管路的阻力比設(shè)計(jì)值大很多。

表3 鍋爐2路二次風(fēng)擋板特性Tab.3 Damper’s Property of Two Ways Secondary Air Pipeline

4.3 布風(fēng)板阻力測(cè)定

布風(fēng)板阻力是指布風(fēng)板上不鋪設(shè)物料時(shí)的阻力，為使通過(guò)布風(fēng)板進(jìn)入燃燒室的氣流分布均勻，保證床料穩(wěn)定均勻流化，要求布風(fēng)板具有一定的阻力。布風(fēng)板阻力主要由風(fēng)帽的進(jìn)口局部阻力、出口局部阻力及帽身通道的沿程摩擦阻力3部分組成。布風(fēng)板具有合適的阻力是保證布風(fēng)均勻和床料良好流化必須的條件。布風(fēng)板阻力測(cè)定的結(jié)果可以作為以后鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)判斷布風(fēng)板風(fēng)帽是否堵塞的重要依據(jù)。該CFB鍋爐的布風(fēng)板有效面積為21.7 m2，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將所有爐門(mén)關(guān)閉，開(kāi)啟引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)，保持爐膛出口壓力為0～－100 Pa，改變進(jìn)入通過(guò)布風(fēng)板的風(fēng)量，測(cè)定不同流化風(fēng)量下，布風(fēng)板的阻力。布風(fēng)板阻力測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 鍋爐爐膛布風(fēng)板阻力試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Test Result of Resistance of Grid Plate in Boiler’s Hearth

4.4 爐膛料層阻力測(cè)定

測(cè)定料層阻力的目的是確定爐內(nèi)床料的臨界流化風(fēng)量(或風(fēng)速)，進(jìn)而確定最低流化風(fēng)量(或風(fēng)速)。分別選取鍋爐靜止床料高度為500 mm、600 mm和720 mm，測(cè)定不同流化風(fēng)量條件下，料層阻力的大小。實(shí)驗(yàn)前首先確保床料平整、所有爐門(mén)關(guān)閉，然后再開(kāi)啟引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)，保持爐膛出口壓力為0～－100 Pa，改變通過(guò)布風(fēng)板的流化風(fēng)量，測(cè)定對(duì)應(yīng)的阻力。不同料層高度下，料層阻力隨流化風(fēng)量的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。

由圖2可知，隨著流化風(fēng)量的增大，料層阻力呈線性關(guān)系增大;相同流化風(fēng)量條件下，料層高度越大，料層阻力越大，而且料層阻力增加的幅度大致相等。

圖2 不同料層高度下，料層阻力隨流化風(fēng)量的變化趨勢(shì)Fig.2 Variation Trend of Material Obstruction Depending on Fluidizing Air Rate with Different Height of Materials

4.5 J閥出力測(cè)定

通過(guò)對(duì)該爐J閥風(fēng)量測(cè)量，得J閥風(fēng)機(jī)的流量為1 685 m3/h，J閥風(fēng)機(jī)出力與設(shè)計(jì)出力基本一致。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)對(duì)該鍋爐供風(fēng)系統(tǒng)空氣動(dòng)力場(chǎng)的相關(guān)測(cè)量，可知，該CFB鍋爐一次風(fēng)管路和點(diǎn)火風(fēng)管路擋板特性較好，3路播煤風(fēng)的風(fēng)量分布不均，只有A管路擋板特性較好。一次風(fēng)機(jī)出力81.1%，二次風(fēng)機(jī)出力67.5%，供風(fēng)管路的阻力比設(shè)計(jì)值大很多，需要進(jìn)一步優(yōu)化一、二次風(fēng)的管道布置。

(2)通過(guò)對(duì)布風(fēng)板和料層阻力的測(cè)定，可知，隨著流化風(fēng)量的增大，布風(fēng)板阻力增大，料層阻力呈線性關(guān)系增大，布風(fēng)板的阻力符合設(shè)計(jì)值，能保證布風(fēng)均勻和床料良好流化。

(3)J閥風(fēng)機(jī)的流量為1 685 m3/h，出力與設(shè)計(jì)出力基本一致。

[1]有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2000.

[2]曹欣玉，丁寧，趙凱，等.矩形六角燃燒水煤漿鍋爐冷態(tài)空氣動(dòng)力特性的試驗(yàn)研究[J].動(dòng)力工程，24(2):175－178.

[3]江蘇省機(jī)械工業(yè)鍋爐科技情報(bào)網(wǎng).工業(yè)鍋爐實(shí)用手冊(cè)[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1991.

Test on Cold Aerodynamic Field of Wind Supply System for 130 t/h CFB Boiler

HE Bin，CHEN Yang
(Guizhou Branch of Chalco，Guiyang 550014，China)

The related test on aerodynamic field of wind supply system for 130 t/h CFB boiler was conducted.The results showed that though the damper’s properties of primary air pipeline，secondary air pipeline and ignition air pipeline for the CFB boiler were good.With increasing the fluidizing air rate，the resistance of grid plate increased，and the material obstruction enhanced linearly.The resistance of grid plate was in line with the design value，which can ensure uniform air distribution and well fluidized bed material.The test results provided reliable data for selection of fan types for CFB boiler’s supply wind system.

CFB boiler;wind supply system;cold aerodynamic field;experimental research

TK31

A

1004－2660(2012)01－0029－04

2011－12－02.

何斌(1970－)，男，湖南人，工程師.主要研究方向:有色金屬冶煉系統(tǒng)節(jié)能.E－mail:zlgzhb@126.com