浅谈循环流化床布风系统的改造优化

金昱，付鑫，李廉明，李岱，何树刚，孙强

（1.浙江物产环保能源股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.浙江秀舟热电有限公司，浙江 嘉兴 314000）

循环流化床锅炉（以下简称“CFB”）以其燃料适应性广、负荷调节能力强、环保性能优良等优点而得到广泛应用。近年来，多数企业用CFB 锅炉进行垃圾焚烧发电。为确保CFB锅炉能够适应燃用垃圾废弃物，并稳定燃烧运行，最基本的条件是保证炉膛中燃料的充分流化，这不仅取决于物料特性，更与布风特性有关。

在CFB 锅炉中，由一次送风管、一次风室、布风板以及风帽组成的一次布风系统承担着保证炉膛内床料充分均匀流化的重要任务。布风系统必须能够均匀分布来流气流，有助于产生均匀而平稳的流态化以及压力损失较为合理。布风板及风帽布风不均将导致炉内流化质量变差，影响燃料的燃烧效率，严重时甚至出现死床、结焦、风帽堵塞及风室漏渣等现象。

浙江秀舟热电有限公司3#锅炉为XD-100/9.8-T 循环流化床垃圾焚烧锅炉，锅炉纯烧煤的时候，运行情况良好，锅炉排渣畅通。实际生产中，该锅炉用以掺烧造纸垃圾。由于造纸垃圾混有铁丝铁钉等杂物，日常运行中会出现排渣管堵塞、排渣不畅的现象，现针对该情况对锅炉的布风系统进行优化改造。

1 布风系统的优化改造

1.1 一次改造

一次改造前，对于混有铁丝等杂物的造纸垃圾，锅炉一次风在燃烧过程中不能使铁丝浮动起来，导致物料非常态流化；其次，炉膛受热面较多和炉膛燃烧温度较低这两个因素造成物料燃烧不完全，灰渣含碳量较高。

改造前的布风板上部呈“V”形，“V”形布风板与水平线呈6°夹角采用前低后高倾斜式布置，437 只风帽风管布置为前后高、中间低，使得料层高度沿径向产生一定的差异，从而使床内按某一规律分布的压力差，颗粒在该压力差的作用下在床内作循环运动，形成中间上升两边下降的内循环。同时，“V”形布置也有利于锅炉排渣。但由于布风板不平整及风管风帽带来的问题，导致炉膛燃烧不完全。为防止落渣口周围铁丝等杂质较多、流化不均，特在排渣口周围布置12 只定向风帽，加强底料流化输送能力。但缺点是定向风帽布置同时也会造成排渣口四周空间变窄，影响杂物排放。基于上述问题，需对布风系统进行优化整改。

改造后的布风系统如图1 所示。本次改造的方案是拉平锅炉布风板，使其呈“一”字形，风帽采用八角型风帽，风帽数量由原来的437 只改为280 只。“一”字形布风设计能有效提高布风系统的布风均匀性，同时，降低两床压差，降低风机能耗。

图1 改造后的CFB 锅炉布风系统示意图

1.2 二次改造

由于一次改造后锅炉的运行效果较差，锅炉运行基本能够维持连续运行3 个月左右，改造后锅炉正常投运一周就会出现排渣口结焦、排渣管堵塞现象，锅炉运行时，锅炉排渣完全靠人工捅渣，人工捅渣需付出较多的人力且难以维持锅炉稳定运行。因此，进行二次改造。

二次改造的方案为拆除一次改造风管风帽重新布置，布风板采用“一”字型布置，风帽采用竹节式风帽，数量增加一倍为454 只，减少风帽之间的距离，这样有利于增加一次风和风帽的接触面积，从而优化炉膛的燃烧状况，风帽出风口采用向下倾斜式设计，能够将布风板底部较粗的底料吹起，保持流化状态，风管由上部敞口出风改为侧出风。风管上部封堵，设三排8 ～8.5mm 出风孔，这样可以保证风帽在脱落的情况下不漏渣，有效改善锅炉的排渣堵塞现象。针对锅炉运行时一次风偏大的问题，本次改造减小了布风板面积，由原设计的为14.46m2，减至12.76m2，面积减少了12%，从而有效降低锅炉的氧量。此外，为了便于排渣，本次改造将排渣管入口直径由设计值Φ219mm 改为273mm，排渣孔周围风帽小孔直径改为18mm。同时，改变滚筒冷渣机的出渣口方向，包括冷却水管道的更改。

1.3 三次改造

二次改造后，发现在锅炉运行过程中，造纸垃圾中的铁丝未能随底渣排出，逐渐积压在床料下方，运行一周后排渣含碳量较高。因此，在二次改造的基础上，进行了第三次优化改造。本次改造方案为在二次改造的基础上，打通风管上端，降低布风板阻力。

2 结果与讨论

2.1 布风系统改造对布风板阻力的影响

图2 所示为布风系统三次改造前后布风板阻力的变化趋势图。布风板阻力是指流化风通过布风板时布风板上下的静压差。从中可以发现，随着一次风风量的增加，布风板阻力逐渐增加，这是因为虽然风量增加，但布风板的过风面积不变，布风板上下的压差增加。对比改造前后的布风板阻力曲线，随着风管打通上部封堵，风管中一次风由侧出风变为敞口出风，增加了和风帽的接触面积，布风板阻力减小。由图中曲线可知，当风量一定时，改造后的布风板阻力较改造前小了0.6kPa。

图2 三次改造前后布风板阻力的变化

2.2 布风系统改造对一次风机风压的影响

一次风机的能耗是电厂厂用电率的重要组成部分。一次风风压越高，风机能耗越大。图3 所示为布风系统改造前后一次风机风压的变化曲线。由图中曲线可以看出，在布风系统一次改造后，一次风机的风压大致在8.1 ～8.7kPa。二次改造完成后，随着运行时间的增加，一次风机的风压呈现一个逐渐上升的趋势。这说明排渣管的堵塞现象并未得到很好改善，从而导致布风板负重增加，需要增加一次风机压力，才能较好完成炉内的流态化。在三次改造打通风管后，一次风机的风压得到了有效降低，大致控制在8.1 ～8.6kPa。这是因为随着风管的打通，布风板布风性能提高，一次风机风压降低。

图3 改造前后一次风机风压的变化

2.3 布风系统改造对一次风机风量的影响

布风系统改造前后一次风风量的变化如图4 所示。一次改造后一次风风量大致维持在73000Nmyh，经过二次改造后，一次风风量随着锅炉运行时间的增加逐渐增大，这是由于随着锅炉运行时间的增加，排渣管堵塞现象加重，炉内的床料流化恶化，一次风需求量增加。经过三次改造后过风面积增加，由图中曲线可知，一次风风量减少，维持在65000 ～74000Nmyh。

图4 改造前后一次风风量的变化

2.4 布风系统改造对氧量的影响

锅炉氧量和一次风风量有直接关系。一次风风量越大，锅炉氧量越大。图5 所示为布风系统改造前后锅炉氧量的变化。二次改造后锅炉氧量比改造前增加较明显，这是因为二次改造风管数量增加了一倍，增加了一次风风量，从而氧量增加。三次改造后锅炉的流态得到较大改善，一次风量减少，锅炉氧量降低。

图5 改造前后锅炉氧量的变化

2.5 布风系统改造对炉膛温度的影响

布风系统布置对锅炉炉膛温度具有直接的影响。如图3-5 所示为布风系统改造前后锅炉炉膛温度的变化情况。测点1、测点6 为锅炉两侧温度测点，测点2 ～5 为锅炉前墙温度测点。从图中数据可以看出，一次改造后锅炉两侧墙温差接近120℃，通过三次改造两侧墙温差降低至20℃左右，说明三次改造有效改善炉膛温度分布，使炉膛两侧温度维持在相对平稳的水平。同时，分析三次改造后的前墙测温点数据可以发现，前墙温度较改造前均匀性增加，说明三次改造明显提高了布风系统布风均匀性，优化了炉膛燃烧状况。

3 结语

（1）良好的布风系统是保证CFB 锅炉床内流化质量的关键。本文研究发现，垃圾焚烧锅炉在焚烧含铁丝类造纸垃圾时，一次风并不能使铁丝悬浮，炉内流化效果较差，同时，未燃物料在排渣管复燃，造成排渣管堵管。

（2）二次改造通过布风板水平布置、增加风帽数量的方式，有效降低了布风板阻力，但一次风风量、风压均较改造前增加，并且排渣管堵塞现象并未得到有效改善。

（3）三次改造通过打通风管的方式，降低了布风板阻力，有效优化了床内流化质量，同时，降低了一次风风量和风压，降低了风机能耗，锅炉的各项运行数据都得到了明显改善。

（4）本文提出的改造方法简单易行，可供在运行中存在排渣管堵塞现象的CFB 锅炉改造借鉴。

图6 改造前后锅炉炉膛温度的变化