220t/h循环流化床锅炉节能改造

李瑞宇，江志铭，喻孟全，李 欢

（1.广东省特种设备检测研究院顺德检测院，广东佛山 528300；2.广东省特种设备检测研究院珠海检测院，广东珠海 519000）

0 前言

某造纸厂一台220 t/h锅炉，为中温中压、高温旋风分离循环流化床锅炉，单锅筒、自然循环水管，半露天布置。锅炉主要参数为：额定蒸发量220 t/h，额定蒸汽压力3.82 MPa，额定蒸汽温度450℃，给水温度150℃，一二次风比例60∶40。此CFB锅炉为济南锅炉厂生产，采用后墙两路进风方式，经长时间运行后，出现风室内部气流分布不均衡、布风不均匀、锅炉易结焦、流化效果差、一次风机电耗高等问题[1-3]，急需节能改造。

1 现场调研及原因探查

循环流化床锅炉由于其具有燃烧适应性广、效率高、高效脱硫、氮氧化物低排放等优点被广泛应用于工业企业，其工作原理图如图1所示。

1.1 现场调研情况

（1）助燃空气量偏大；

（2）风帽磨损、堵塞、漏料较严重；

（3）床料流化不均匀；

（4）空气预热器漏风严重、厂用电率过高；

（5）排烟热损失偏大，排烟中O2含量严重超标，烟道平均含量达9%。

图1 循环流化床工作示意图

1.2 系统测试原因分析

（1）进风口内没有均流装置，进风气流分布不均匀；风室内没安装均流装置，气流分布更加不均匀。

（2）风帽结构陈旧，所用钟罩式风帽易磨损、堵塞、漏料，风帽安装不到位，未做到风帽喷孔相互对吹，磨损加剧[4-5]。

（3）为了使床料全部流化，需加大一次风送风量，但由于风室内部结构，流化风分布不均导致部分风帽气流速度过高，远远高于流化速度，助燃风量曾大[6-7]。

（4）一次风量增大，风室内风压增高，导致风机耗能增高。

（5）过高的风速将大量细小颗粒直接带出炉膛，在锅炉后部燃烧；导致排烟温度较高，达到170℃，同时也导致排烟O2量较高达9%，能耗偏高。

2 计算机数值模拟分析

为了进一步准确查找热效率低原因，首先利用CFD模拟分析软件[8-9]对其一次风风室内的气流分布情况和风帽结构进行了精确计算。

2.1 改造前模拟分析

（1）改造前风室结构

改造前循环流化床锅炉风室结构如图2，流场速度分布平面图如图3所示。分析发现：风室内气流分布严重不均匀，某些区域气流量明显小于其他区域可见，气流直接冲向前墙，风帽区中心明显存在低速区，流化状态不好；一次风将炉膛料层部分区域物料吹向稀相区，造成水冷壁磨损更增加旋风分离器的工作压力。

图2 改造前风室结构图

图3 气体流场速度分布图

（2）改造前风帽结构

改造前循环流化床锅炉风帽结构如图4所示，流场速度分布平面图如图5所示。分析发现：风帽出口形成“对吹”现象[8]，对物料形成向上和向下的垂直流动，且向上流动速度偏高，易导致布风板上方受风帽出口流体向下的正压力形成堆料，锅炉正常运行时容易结焦。

综合改造前风室与风帽的多种不合理因素，结合现场情况得出；模拟结果与上文的原因初步分析完全一致，可进行改造后模拟分析研究。

图4 改造前风帽结构图

图5 气体流场速度分布图

2.2 改造后模拟分析

（1）改造后风室结构

改造后循环流化床锅炉风室结构如图6所示，流场速度分布平面图如图7所示。分析发现：出口速度相对较高，且一次风能够成一定角度冲击并圈吸布风板上方床料，可达到将物料流化，减少床料的堆积，彻底消除布风板气流分布不均匀、堵塞、漏料、易磨损等现象。

（2）改造后风帽结构

改造后循环流化床锅炉风帽结构如图8所示，流场速度分布平面图如图9所示。分析发现：出口速度相对较高，且一次风能够成一定角度冲击并圈吸布风板上方床料，能够很好地将物料流化，减少床料的堆积，彻底消除布风板气流分布不均匀、堵塞、漏料、易磨损等现象。

采用经过改良的新型风帽，风速斜向下方，不吹向临近风帽，彻底消除了风帽磨损、烧毁、漏料问题。布风板上风帽的出口气流分布基本均匀，流化状态较好，验证了改造思路的正确性。

图6 改造后风室结构图

图7 气体流场速度分布图

图8 改造后风帽结构图

图9 气体流场速度分布图

3 改造前后节能效果对比

目前节能改造工作已经顺利完成，根据第三方权威机构提供的测试报告，节能效果相对明显，如表1所示。

表1 锅炉相关参数

排烟温度由169.5℃下降到158.1℃，排烟过量空气系数由1.77下降到1.58，锅炉热效率由85.9%提高到88.65%，锅炉热效率提高2.75%。此锅炉一年烧掉20万t原煤，按锅炉效率提高2.75%计算，每年节约原煤5 500 t，折合人民币200万元左右，标煤3 000 t以上。改造完成后，流化锅炉的结焦、磨损、堵塞、漏料等安全事故的发生率会极大降低，检修周期会极大延长，对流化锅炉的监管会更加便利，其经济和社会效益无法估量。

4 总结

（1）风帽是循环流化床锅炉的重要部件，合理的风帽结构对于锅炉安全提高循环流化床锅炉安全经济性有重要意义；

（2）风帽的常见问题是磨损、烧毁和漏渣；

（3）风帽漏渣受到结构设计、阻力匹配等多个因素的共同影响，改造过程中需要全面予以考虑，否则很难达到良好效果；

（4）在风室和风管内安装均流装置能显著改善布风板的气流分布均匀性，较为适应大型循环流化床锅炉的发展，应当予以优先选择；

（5）节能改造采用改进型风帽并安装风室，管均流装置，适用于新建机组及老机组，对于推动循环流化床锅炉技术的发展和应用具有积极意义。