循环流化床锅炉布风装置

2010-04-10王运法

山西电力 2010年5期

关键词：花板风板风帽

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。