王運法,陳 晶

(1.山西省電力公司電力建設三公司,山西太原 030006;2.山西漳澤電有力股份有限公司河津發(fā)電分公司,山西河津 043300)

0 引言

布風裝置是循環(huán)流化床CFB(Circulating Fluidized Bed)鍋爐實現(xiàn)流態(tài)化燃燒的關鍵設備,是CFB鍋爐空氣供給系統(tǒng)的重要組成部分,關系到流化質(zhì)量和鍋爐穩(wěn)定運行。國內(nèi)CFB鍋爐應用最普遍的是風帽式布風裝置。

1 布風裝置的工作原理與流程

布風裝置是CFB鍋爐3大關鍵部件 (布風裝置、返料裝置、排渣裝置)之一,其工作原理及流程如下。

1.1 工作原理

風帽徑向小孔面積總和遠小于布風板面積,使得從風帽徑向小孔中射出流化風氣流具有較高的速度和動能,進入床層底部,將底部顆粒吹動,使風帽周圍和帽頭頂部產(chǎn)生強烈的擾動,強化了氣固的混合,進而建立良好的流態(tài)化燃燒工況。

1.2 工作流程

第1步,空氣由流化風機增壓后經(jīng)風道送入風室;第2步,流化風由風室穩(wěn)壓和均流后通過風帽底部的通道,從風帽徑向小孔射出;第3步,射出的流化風進入床層底部,產(chǎn)生強烈的擾動,并形成氣流墊層,使床料中煤粒與空氣均勻混合,建立良好的流化狀態(tài),如圖1所示。

圖1 風帽式布風裝置結(jié)構(gòu)簡圖

2 布風裝置分類與特點

布風裝置由風室、布風板、澆筑料等構(gòu)成,布風板由風帽、花板等組成。

2.1 風帽分類與特點

2.1.1 風帽分類

風帽主要有帶有帽頭的風帽 (亦稱蘑菇狀風帽)、無帽頭風帽 (亦稱圓柱狀風帽)、L形定向風帽 (亦稱單向風帽)等。

2.1.2 風帽特點

帶有帽頭的風帽阻力大,但氣流的分布均勻性較好,連續(xù)運行較長時間后,一些大塊爐渣容易卡在帽沿底下,不易清除,冷渣也不易排掉,積累到一定程度,風帽小孔將被堵塞,導致阻力增加,進風量減少,甚至引起滅火,需要停爐進行清理。

無帽頭風帽阻力較小,制造容易,維修方便,但氣流分配性能較差。

定向風帽帽頭朝向一個方向,成 L形,且開口有1個或2個 (多口的),有利于大顆粒冷渣和焦塊的排出。不足之處是加大了粗粒爐渣對風帽的磨損程度。

2.2 風室分類與特點

2.2.1 風室分類

風室一般分等壓風室、分流風室、錐體風室等,CFB鍋爐最常用的是等壓風室,如圖1所示。

2.2.2 風室特點

等壓風室具有傾斜的底面,這樣能使風室的靜壓沿深度保持不變,有利于提高布風的均勻性,傾斜底面距布風板的最短距離稱為穩(wěn)壓段,其高度一般不小于500 mm,底邊傾角一般為8°～15°,風室的水平截面積與布風板的有效截面積相等。

錐體風室具有布風容易均勻的優(yōu)點,但其既要求較大的高度,又要求適合于圓形的布風板。

等壓水冷風室布風板上的水冷壁延伸管向下彎曲90°構(gòu)成風室后墻,前墻水冷壁向下延伸構(gòu)成風室前墻,然后彎曲形成傾斜底板。爐膛兩側(cè)墻水冷壁延伸至布風板以下,構(gòu)成風室左右墻。

2.3 布風板分類與特點

2.3.1 布風板分類

通常把花板和風帽合稱為布風板,一般分水冷式布風板、非水冷式布風板等兩類。

2.3.2 布風板特點

大型CFB鍋爐一般采用水冷式布風板。水冷式布風板常采用膜式水冷壁管拉稀延伸形式,在管與管之間的鰭片上開孔,布置風帽,如圖2所示。

圖2 水冷式布風板結(jié)構(gòu)簡圖

非水冷式布風板通常由厚度為12～20 mm鋼板或厚度為30～40 mm的鑄鐵板制成。布風板的截面形狀及其大小取決于流化床底部的截面,目前用得最廣泛的是矩形布風板,布風板上的開孔通常按等邊三角形排列。

2.4 布風裝置分類與特點

2.4.1 布風裝置分類

一般分風帽式布風裝置、密孔板式布風裝置等兩類。

2.4.2 布風裝置特點

風帽式布風裝置由風室、花板、風帽和澆筑料等組成,布風均勻,當負荷變化時,流化質(zhì)量穩(wěn)定。但壓火停爐時,帽頭浸埋在高溫床料中,容易燒損。

密孔板式布風裝置由風室和密孔板構(gòu)成的,是密孔板沸騰爐使用的一種布風裝置;密孔板式又分條形密孔板和平板密孔板兩類。

3 布風裝置作用

當布風裝置出現(xiàn)故障時,會影響到燃燒工況,甚至鍋爐根本無法實現(xiàn)流態(tài)化燃燒。因此,布風裝置是CFB鍋爐燃燒達到穩(wěn)定與安全運行的關鍵設備。其風帽、風室、布風板等部件發(fā)揮著不同的作用。

3.1 風帽作用

風帽起著均勻布風,改變氣流方向和提高氣流速度的作用。定向風帽利用定向吹動的作用有利于爐渣的排出。

3.2 風室作用

風室相當于流化風的混合分配箱,使從風管進入的流化風降低速度,動壓轉(zhuǎn)化為靜壓,所以能起到穩(wěn)壓和均流的作用,使風量更加均勻地分布在布風板之上。如果風室設計合理,內(nèi)部氣流分布均勻,布風板對流化風的重整阻力則越小,反之則越大。

3.3 布風板作用

布風板由花板和風帽組成,主要作用有花板承托澆筑料和靜止床料;利用布風板的重整阻力,使布風板之上的流化風均布,提供足夠的動壓頭,使床料均勻流化;利用布風板的重整阻力,維持床層穩(wěn)定,避免出現(xiàn)勾流、騰涌等流化床層的不穩(wěn)定性;及時排除床層爐渣,避免流化分層,維持正常流態(tài)化燃燒。

3.4 澆筑料作用

為避免布風板受熱而撓曲變形,在布風板上必須有一定厚度的澆筑料進行保護。

4 布風裝置結(jié)構(gòu)

按布風裝置的分類,密孔板式布風裝置由風室和密孔板等組成;風帽式布風裝置由風帽、澆注料、花板、排渣管、風室等組成,各組成部件有著發(fā)揮各自作用的獨特結(jié)構(gòu)。

4.1 風帽結(jié)構(gòu)

風帽結(jié)構(gòu)一般分帶帽頭和無帽頭兩種;風帽小孔 (φ 4 mm～6 mm)采用四周側(cè)向開孔,數(shù)量為6～12個/單個風帽,可均布成一排或雙排,小孔中心線呈水平,也可向下傾斜15°,以利于風帽間粗粒的擾動和減小細顆粒通過小孔漏入風室[1]。

4.2 風室結(jié)構(gòu)

一般選用4 mm厚的鋼板制成風室。風室支吊在布風板上,若風室過大,須在布風板上設計支撐框架,以免引起布風板變形。

4.3 排渣管結(jié)構(gòu)

小型CFB鍋爐的排渣管直接從布風板開孔接出,排渣管穿過風室,一般排渣管上端與花板之間能自由伸縮,主要靠布風板上的澆筑料來調(diào)節(jié)和密封。排渣管與風室穿過處滿焊,以免漏風。其缺點易造成漏風、漏渣。為避免漏風、漏渣而采用如圖3所示的連接方式。將排渣管上端與花板焊接,另一端穿過風室自由伸縮。其關鍵是在排渣管與風室之間設置一個密封法蘭。

圖3 渣管與風室法蘭密封簡圖

4.4 風帽式布風板結(jié)構(gòu)

風帽式布風板由花板、風帽和澆筑料等組成。

4.4.1 水冷式布風板

大型CFB鍋爐多采用水冷式布風板。是利用膜式水冷壁管拉稀延伸形式,在管與管之間的膜式壁上開孔布置風帽。

4.4.2 花板結(jié)構(gòu)

花板是用來支撐風帽的,材料一般為16～20 mm厚的鋼板,或厚度為30～40 mm的整塊鑄鐵板或分塊組合而成的。開孔節(jié)距通常是等邊三角形,節(jié)距一般為風帽帽沿直徑的1.5倍～1.75倍。

4.5 澆筑料保護層

為避免布風板受熱而撓曲變形,在花板上必須有一定厚度的澆筑料保護層。保護層厚度根據(jù)風帽高度而定,一般為100～150 mm。澆筑料層與風帽小孔之距一般為15～20 mm,不宜超過20 mm,否則運行中容易結(jié)渣,但也不宜離風帽小孔太近,以免堵塞小孔。

5 布風裝置設計基本要求

布風裝置的設計是設備、施工、運行的基礎,其布風板、風室設計有著不同的設計基本要求。

5.1 布風板設計基本要求

布風板設計一般應滿足能均勻密集地分配流化風,避免在布風板之上出現(xiàn)死區(qū)現(xiàn)象;流化風流經(jīng)布風板的阻力,既要滿足密相區(qū)流化態(tài)的需要,又不能阻力損失過大;風帽小孔射出流化風具有較大的動能,能使布風板上的床料與空氣產(chǎn)生強烈的擾動和混合;具有足夠的強度和剛度,能支承本身和床料的重量,壓火時防止布風板受熱變形,風帽不燒損,并考慮到檢修清理方便等要求[2]。

5.2 風室設計基本要求

風室設計一般應滿足具有一定的強度、剛度及嚴密性,在運行條件下不變形,不漏風;具有一定容積使之能夠穩(wěn)壓和均流,消除進口風速對氣流速度分布不均勻性的影響,穩(wěn)流段高度大于500 mm;具有一定的導流作用,盡可能地避免形成死角與渦流區(qū);結(jié)構(gòu)簡單,便于維護檢修,且風室應設有檢修門和放渣門等要求[2]。

6 布風裝置施工要點

布風裝置安裝的優(yōu)劣,將影響到CFB鍋爐的流態(tài)化質(zhì)量。其風帽、風室、澆筑料的施工尤為重要。

6.1 風帽施工要點

風帽施工一般應注意安裝風帽時必須按圖施工,不得隨意挪動或改變風帽的位置;風帽安裝時,先用塑料布或膠布把風帽小孔臨時封閉,冷態(tài)試驗前清除封閉,并逐個清理小孔,以免堵塞而引起布風不均;由于風帽采用耐熱鑄件,容易破碎,因此在安裝過程中不允許用重物敲打;風帽安裝結(jié)束后應注意防護,投用前和停爐期間注意檢查風帽上的小孔是否暢通;防止角度偏差造成床料流化不均或磨穿風帽,床壓達不到設計值而影響鍋爐的出力等要點。

6.2 風室施工要點

風室施工一般應注意風室密封性要求很高,安裝結(jié)束后必須用風壓、滲油等方法進行檢漏,若嚴密性得不到保證,導致風室漏風失壓,影響流化質(zhì)量;對于水冷風室,風室四周及排渣管需要嚴格按圖焊上鋼筋,然后打上耐火澆注料;風室殼體配裝時,應防止施焊、切割而產(chǎn)生的各種變形等要點。

6.3 澆筑料施工要點

澆筑料施工一般應注意澆注料施工要有防止風帽小孔堵塞的有效措施;澆注料層應低于風帽小孔中心線15 mm～20 mm,不宜超過20 mm,否則運行中容易結(jié)渣,但也不宜太近,以免堵塞小孔;按設計采購耐火澆注料材料,施工時盡量打得致密等要點。

[1] 岑可法,倪明江,駱仲泱,等.循環(huán)流化床鍋爐理論設計與運行 [M].北京:中國電力出版社,1995:613-615.

[2] 路春美,程世慶,王永征.循環(huán)流化床鍋爐設備與運行[M].北京:中國電力出版社,2003:87-91.