循环流化床锅炉布风装置

王运法,陈 晶

(1.山西省电力公司电力建设三公司,山西太原 030006;2.山西漳泽电有力股份有限公司河津发电分公司,山西河津 043300)

0 引言

布风装置是循环流化床CFB(Circulating Fluidized Bed)锅炉实现流态化燃烧的关键设备,是CFB锅炉空气供给系统的重要组成部分,关系到流化质量和锅炉稳定运行。国内CFB锅炉应用最普遍的是风帽式布风装置。

1 布风装置的工作原理与流程

布风装置是CFB锅炉3大关键部件 (布风装置、返料装置、排渣装置)之一,其工作原理及流程如下。

1.1 工作原理

风帽径向小孔面积总和远小于布风板面积,使得从风帽径向小孔中射出流化风气流具有较高的速度和动能,进入床层底部,将底部颗粒吹动,使风帽周围和帽头顶部产生强烈的扰动,强化了气固的混合,进而建立良好的流态化燃烧工况。

1.2 工作流程

第1步,空气由流化风机增压后经风道送入风室;第2步,流化风由风室稳压和均流后通过风帽底部的通道,从风帽径向小孔射出;第3步,射出的流化风进入床层底部,产生强烈的扰动,并形成气流垫层,使床料中煤粒与空气均匀混合,建立良好的流化状态,如图1所示。

图1 风帽式布风装置结构简图

2 布风装置分类与特点

布风装置由风室、布风板、浇筑料等构成,布风板由风帽、花板等组成。

2.1 风帽分类与特点

2.1.1 风帽分类

风帽主要有带有帽头的风帽 (亦称蘑菇状风帽)、无帽头风帽 (亦称圆柱状风帽)、L形定向风帽 (亦称单向风帽)等。

2.1.2 风帽特点

带有帽头的风帽阻力大,但气流的分布均匀性较好,连续运行较长时间后,一些大块炉渣容易卡在帽沿底下,不易清除,冷渣也不易排掉,积累到一定程度,风帽小孔将被堵塞,导致阻力增加,进风量减少,甚至引起灭火,需要停炉进行清理。

无帽头风帽阻力较小,制造容易,维修方便,但气流分配性能较差。

定向风帽帽头朝向一个方向,成 L形,且开口有1个或2个 (多口的),有利于大颗粒冷渣和焦块的排出。不足之处是加大了粗粒炉渣对风帽的磨损程度。

2.2 风室分类与特点

2.2.1 风室分类

风室一般分等压风室、分流风室、锥体风室等,CFB锅炉最常用的是等压风室,如图1所示。

2.2.2 风室特点

等压风室具有倾斜的底面,这样能使风室的静压沿深度保持不变,有利于提高布风的均匀性,倾斜底面距布风板的最短距离称为稳压段,其高度一般不小于500 mm,底边倾角一般为8°～15°,风室的水平截面积与布风板的有效截面积相等。

锥体风室具有布风容易均匀的优点,但其既要求较大的高度,又要求适合于圆形的布风板。

等压水冷风室布风板上的水冷壁延伸管向下弯曲90°构成风室后墙,前墙水冷壁向下延伸构成风室前墙,然后弯曲形成倾斜底板。炉膛两侧墙水冷壁延伸至布风板以下,构成风室左右墙。

2.3 布风板分类与特点

2.3.1 布风板分类

通常把花板和风帽合称为布风板,一般分水冷式布风板、非水冷式布风板等两类。

2.3.2 布风板特点

大型CFB锅炉一般采用水冷式布风板。水冷式布风板常采用膜式水冷壁管拉稀延伸形式,在管与管之间的鳍片上开孔,布置风帽,如图2所示。

图2 水冷式布风板结构简图

非水冷式布风板通常由厚度为12～20 mm钢板或厚度为30～40 mm的铸铁板制成。布风板的截面形状及其大小取决于流化床底部的截面,目前用得最广泛的是矩形布风板,布风板上的开孔通常按等边三角形排列。

2.4 布风装置分类与特点

2.4.1 布风装置分类

一般分风帽式布风装置、密孔板式布风装置等两类。

2.4.2 布风装置特点

风帽式布风装置由风室、花板、风帽和浇筑料等组成,布风均匀,当负荷变化时,流化质量稳定。但压火停炉时,帽头浸埋在高温床料中,容易烧损。

密孔板式布风装置由风室和密孔板构成的,是密孔板沸腾炉使用的一种布风装置;密孔板式又分条形密孔板和平板密孔板两类。

3 布风装置作用

当布风装置出现故障时,会影响到燃烧工况,甚至锅炉根本无法实现流态化燃烧。因此,布风装置是CFB锅炉燃烧达到稳定与安全运行的关键设备。其风帽、风室、布风板等部件发挥着不同的作用。

3.1 风帽作用

风帽起着均匀布风,改变气流方向和提高气流速度的作用。定向风帽利用定向吹动的作用有利于炉渣的排出。

3.2 风室作用

风室相当于流化风的混合分配箱,使从风管进入的流化风降低速度,动压转化为静压,所以能起到稳压和均流的作用,使风量更加均匀地分布在布风板之上。如果风室设计合理,内部气流分布均匀,布风板对流化风的重整阻力则越小,反之则越大。

3.3 布风板作用

布风板由花板和风帽组成,主要作用有花板承托浇筑料和静止床料;利用布风板的重整阻力,使布风板之上的流化风均布,提供足够的动压头,使床料均匀流化;利用布风板的重整阻力,维持床层稳定,避免出现勾流、腾涌等流化床层的不稳定性;及时排除床层炉渣,避免流化分层,维持正常流态化燃烧。

3.4 浇筑料作用

为避免布风板受热而挠曲变形,在布风板上必须有一定厚度的浇筑料进行保护。

4 布风装置结构

按布风装置的分类,密孔板式布风装置由风室和密孔板等组成;风帽式布风装置由风帽、浇注料、花板、排渣管、风室等组成,各组成部件有着发挥各自作用的独特结构。

4.1 风帽结构

风帽结构一般分带帽头和无帽头两种;风帽小孔 (φ 4 mm～6 mm)采用四周侧向开孔,数量为6～12个/单个风帽,可均布成一排或双排,小孔中心线呈水平,也可向下倾斜15°,以利于风帽间粗粒的扰动和减小细颗粒通过小孔漏入风室[1]。

4.2 风室结构

一般选用4 mm厚的钢板制成风室。风室支吊在布风板上,若风室过大,须在布风板上设计支撑框架,以免引起布风板变形。

4.3 排渣管结构

小型CFB锅炉的排渣管直接从布风板开孔接出,排渣管穿过风室,一般排渣管上端与花板之间能自由伸缩,主要靠布风板上的浇筑料来调节和密封。排渣管与风室穿过处满焊,以免漏风。其缺点易造成漏风、漏渣。为避免漏风、漏渣而采用如图3所示的连接方式。将排渣管上端与花板焊接,另一端穿过风室自由伸缩。其关键是在排渣管与风室之间设置一个密封法兰。

图3 渣管与风室法兰密封简图

4.4 风帽式布风板结构

风帽式布风板由花板、风帽和浇筑料等组成。

4.4.1 水冷式布风板

大型CFB锅炉多采用水冷式布风板。是利用膜式水冷壁管拉稀延伸形式,在管与管之间的膜式壁上开孔布置风帽。

4.4.2 花板结构

花板是用来支撑风帽的,材料一般为16～20 mm厚的钢板,或厚度为30～40 mm的整块铸铁板或分块组合而成的。开孔节距通常是等边三角形,节距一般为风帽帽沿直径的1.5倍～1.75倍。

4.5 浇筑料保护层

为避免布风板受热而挠曲变形,在花板上必须有一定厚度的浇筑料保护层。保护层厚度根据风帽高度而定,一般为100～150 mm。浇筑料层与风帽小孔之距一般为15～20 mm,不宜超过20 mm,否则运行中容易结渣,但也不宜离风帽小孔太近,以免堵塞小孔。

5 布风装置设计基本要求

布风装置的设计是设备、施工、运行的基础,其布风板、风室设计有着不同的设计基本要求。

5.1 布风板设计基本要求

布风板设计一般应满足能均匀密集地分配流化风,避免在布风板之上出现死区现象;流化风流经布风板的阻力,既要满足密相区流化态的需要,又不能阻力损失过大;风帽小孔射出流化风具有较大的动能,能使布风板上的床料与空气产生强烈的扰动和混合;具有足够的强度和刚度,能支承本身和床料的重量,压火时防止布风板受热变形,风帽不烧损,并考虑到检修清理方便等要求[2]。

5.2 风室设计基本要求

风室设计一般应满足具有一定的强度、刚度及严密性,在运行条件下不变形,不漏风;具有一定容积使之能够稳压和均流,消除进口风速对气流速度分布不均匀性的影响,稳流段高度大于500 mm;具有一定的导流作用,尽可能地避免形成死角与涡流区;结构简单,便于维护检修,且风室应设有检修门和放渣门等要求[2]。

6 布风装置施工要点

布风装置安装的优劣,将影响到CFB锅炉的流态化质量。其风帽、风室、浇筑料的施工尤为重要。

6.1 风帽施工要点

风帽施工一般应注意安装风帽时必须按图施工,不得随意挪动或改变风帽的位置;风帽安装时,先用塑料布或胶布把风帽小孔临时封闭,冷态试验前清除封闭,并逐个清理小孔,以免堵塞而引起布风不均;由于风帽采用耐热铸件,容易破碎,因此在安装过程中不允许用重物敲打;风帽安装结束后应注意防护,投用前和停炉期间注意检查风帽上的小孔是否畅通;防止角度偏差造成床料流化不均或磨穿风帽,床压达不到设计值而影响锅炉的出力等要点。

6.2 风室施工要点

风室施工一般应注意风室密封性要求很高,安装结束后必须用风压、渗油等方法进行检漏,若严密性得不到保证,导致风室漏风失压,影响流化质量;对于水冷风室,风室四周及排渣管需要严格按图焊上钢筋,然后打上耐火浇注料;风室壳体配装时,应防止施焊、切割而产生的各种变形等要点。

6.3 浇筑料施工要点

浇筑料施工一般应注意浇注料施工要有防止风帽小孔堵塞的有效措施;浇注料层应低于风帽小孔中心线15 mm～20 mm,不宜超过20 mm,否则运行中容易结渣,但也不宜太近,以免堵塞小孔;按设计采购耐火浇注料材料,施工时尽量打得致密等要点。

[1] 岑可法,倪明江,骆仲泱,等.循环流化床锅炉理论设计与运行 [M].北京:中国电力出版社,1995:613-615.

[2] 路春美,程世庆,王永征.循环流化床锅炉设备与运行[M].北京:中国电力出版社,2003:87-91.