路建洲,景 博

(1.山西平朔煤矸石发电有限责任公司,山西 朔州 036800; 2.山西省循环流化床煤矸石发电行业技术中心,山西 朔州 036800)

布风板导风管尺寸变化对布风性能的影响分析

路建洲1,景 博2

(1.山西平朔煤矸石发电有限责任公司,山西 朔州 036800; 2.山西省循环流化床煤矸石发电行业技术中心,山西 朔州 036800)

针对循环流化床锅炉布风板风帽、导风管长周期运行造成的大面积磨损问题,笔者根据布风板阻力计算模型和管径原始参数,分析了阻力变化对布风均匀性及密相区温度场变化的影响,提出导风管大管径套小管径的布风板改造方式,解决了长期运行布风均匀性差、偏床调整困难、床温分布不均、风室漏灰严重问题,缩短了改造工期。经实际运行验证,该布风板改造方法提高了布风板阻力,改善了改造前阻力低于设计值的情况,保证了布风均匀,使密相区温度较改造前降低15℃,有效降低了NOx的生成量,同时风室漏灰的改善有效地降低了一次风机的出力,年节电量265万kW·h。

循环流化床锅炉;导风管改造;布风性能;布风板阻力

目前,循环流化床锅炉实现均匀布风并避免漏渣是风帽及布风板设计改造中需要解决的问题[1]。从节能的角度考虑,布风板的阻力是个不利因素,应降得越低越好。但是,当布风板的阻力在流化床系统中所占的比例过小时,床层内一旦出现偏流,气流将趋向于阻力较小之处,以致出现沟流,其它地方形成死区[2-3]。本文以SG-1060/17.5-M802型亚临界、中间再热、单汽包自然循环、平衡通风循环流化床锅炉为例,针对长期燃烧劣质煤种而引起布风系统导风管小孔和风帽通风口磨损的问题,从布风板阻力特性角度出发,结合布风板导风管、导风口、风帽室、风帽口等结构尺寸,建立布风板阻力分析模型,分析导风管管径变化对布风板各部位阻力变化的影响,确定以原始导风管管径套嵌小管径的形式对布风板进行了改造,有效地解决了布风板磨损导致的布风均匀性变差、偏床后调整困难、床温分布不均及风室漏灰问题。

1 布风板阻力计算模型

SG-1060/17.5-M802型循环流化床锅炉布风板阻力对布风的均匀性、稳定性至关重要,是布风均匀性和流态化稳定性维持的基础,主要由沿程阻力损失和局部阻力损失组成[4-5]。

1.1 沿程阻力损失Δpf

沿程损失发生在缓变流整个流程中的能量损失,与流体的流动状态密切相关:

(1)

式中:λ为沿程阻力系数;l为管道长度,m;d为管道内径,m;ρ为流体密度,kg/m3;V为管道有效截面上的平均流速,m/s。

沿程阻力损失Δpf由4部分组成,分别是导风管内阻力损失Δpf1、导风口孔壁摩擦阻力损失Δpf2、风帽腔内摩擦阻力损失Δpf3、风帽孔壁摩擦阻力损失Δpf4。根据式(1),可以知道沿程阻力系数λ与雷诺数Re有关系,流体密度ρ与温度有关系,将不同部分的结构尺寸带入可得对应的流体流速与各部分损失。

1.2 局部阻力损失Δpj

在布风板系统中,存在变截面管路,这些急变流动区域局部阻力损失为

(2)

式中:ξ为局部阻力系数。

在计算局部阻力系数时,当流体进入导风管时,根据管子入口类型确定;当流体经过风帽,按照旁侧口流出型确定[6-7]。当流体由导风管导风口进入风帽,局部阻力系数为

(3)

式中:A1为导风管截面积,m2;A2为导风口截面积,m2。

局部阻力损失Δpj由3部分组成,分别是流体进入导风管时的局部阻力损失Δpj1、流体由导风口进入风帽的局部阻力损失Δpj2、流体经过风帽的局部阻力损失Δpj3。由式(2),得知局部阻力系数ξ可根据流体所流经的结构形式来确定。

2 阻力计算及管径参数选择

2.1 布风阻力计算

布风板原始参数如表1所示。通过建立的布风板阻力计算模型,模拟布风板所处环境的风温为270 ℃,风室流量为35×104Nm3/h,布风板总风帽数为1908个。布风板原始阻力分布情况如表2所示。

表1 布风板原始参数表

表2 布风板原始阻力分布

Table 2 distribution of initial resistance

从表2可知,原始阻力为8.6 kPa,低于锅炉说明书9.2 kPa的设计要求。

2.2 管径参数选择

解体风帽及导管,发现风帽导管超温碳化脱落与介子(内部风、外部床料磨损)磨损断裂,同时导管风眼磨穿。导管更换过程工艺极为繁琐,即拆除风帽、布风板浇注料、导管套管、导管。考虑到工期及工作量原因,只能将布风板部分更换。因此结合布风板阻力计算模型分析,割掉了浇注料上方200 mm的导风管和风帽,选取长度为300 mm、内径为49 mm、材质为SA213-TP304H的导风管。为了便于安装,新旧导风管的重叠部分为100 mm,风帽仍采取原装形式,即风帽孔尺寸15 mm×10 mm(原始风帽磨损尺寸变大)。

管径改变后的阻力分布情况如表3所示。

从表3可以看出,在35×104Nm3/h风量下,较改前阻力增加1378.4 Pa,管径变小后对导风口的局部阻力损失产生比较大,管径变小后导风管内风速由18.2 m/s增加到26 m/s。如果改造后不采用防磨性能更好的钢管,就会缩短后续运行的磨损周期。

表3 导风管管径变小后阻力分布

Table 3 Resistance distribution after wind guide pipe diameter becomes smaller

3 阻力变化的影响分析

3.1 布风均匀性改变

布风板阻力的大小直接关系到布风均匀性的好坏,锅炉布风板阻力设计值为9.2 kPa,改造前布风板阻力值为8.6 kPa,管径缩小后布风板阻力增加1.38 kPa,改善了改造前阻力偏低的情况。阻力增大后避免了由于阻力分布偏差而引起的风帽出口风速的偏差。经过冷态流化试验,发现边壁区域低速区的流化质量得到改善。

3.2 密相区温度变化

管径经改造后,提高了布风均匀性,炉膛密相区温度较改造前平均降低了15 ℃,床温的均匀性可以有效地避免布风板的结焦风险。同时,低床温运行对于炉内脱硝具有积极的影响(NOx值为脱硝系统前排放值)。改造后NOx的排放值较改造前平均降低20 mg/N·m3。

3.3 风室防漏渣性能对比

风帽在改造前磨损严重,导致部分床料漏到冷却风室,造成布风板下床料的大量堆积,难以清理,增大了一次风的出力,布风板改造后消灭了风帽漏灰现象。改造后布风阻力有所增加,一次风机电流由原来的200～230 A降低到190 A,两台风机并列运行,以年利用小时数5000 h计算,则年运行节能量为

(4)

式中:U为一次风机电压,U=6 kV;cosφ为电机功率因素。

经计算,年运行节电量为269万kW·h。

4 结 论

1) 利用布风板阻力计算模型实施布风板导风管小管径改造可以有效解决布风均匀性差、床温分布不均、风室漏灰问题,缩短了工期,优化了锅炉运行工况,满足了实际运行的要求。

2) 布风阻力较改造前增大1378.4 Pa,解决了布风阻力偏低的问题,改善了风速均匀性。炉膛密相区温度较改造前平均降低15 ℃,改造后NOx的排放值较改造前平均降低20 mg/Nm3,单台一次风机平均电流降低30 A,年节电量269万kW·h,表明此种布风板改造方式对投产较早的循环流化床锅炉具有推广和应用价值。

[1] 王文仲.循环流化床锅炉风帽及布风板的实验与数值模拟研究[D].北京:中国科学院研究生院,2009.WANG Wenzhong.Research on the experiment and numerical simulation of air cowls and air distribution plate in CFB boilers[D].Beijing:University of Chinese Academy of Sciences,2009.

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[4] 周云龙,洪文鹏.工程流体力学[M].北京:中国电力出版社,2006.ZHOU Yunlong,HONG Wenpeng.Engineering fluid mechanics[M].Beijing:China Electric Power Press，2006.

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(责任编辑 侯世春)

Analysis of the influence of the change of wind guide pipe size on theair distribution performance for air distribution plate

LU Jianzhou1,JING Bo2

(1.Shanxi Pingshuo Power Generation Company Limited,Shuozhou 036800,China; 2.Shanxi CFB Power Generation Industry Technology Center,Shuozhou 036800,China)

Aiming at the mass abrasion of air distribution plate blast cap and wind guide pipe in CFB caused by long-term operation,this paper analyzed,on the basis of the calculation model of air distribution plate resistance and the initial parameters of pipe diameter,the influence of resistance change on the uniformity of air distribution and the change of dense phase temperature field,proposed the transformation plan for the air distribution plate with the small-diameter wind guide pipe covered by the large-diameter one,and solved the problems of the air distribution plate in long-term operation,including the poor uniformity,the difficult in adjusting bed leaning,the uneven distribution of bed temperature,and the serious leakage of ash in air compartment,so as to reduce the transformation period and quantity.The practical operation proves that the method proposed is able to enhance air distribution plate resistance,which is below the designed value before the transformation,and guarantee the uniformity of air distribution,lower the dense phase temperature by 15℃.By this method,the formation amount of NOxis effectively reduced,at the mean time,the output of the primary air fan is lowered by improving the ash leakage in air compartment,with the annual energy saving of 265 million kW·h.

CFB; transformation of wind guide pipe; air distribution performance; resistance of air distribution plate

2016-04-11。

山西省煤基重点科技攻关项目(MD2014-03)。

路建洲(1973—),男,工程师,主要从事循环流化床机组设备节能研究与管理方面的工作。

TK229.6+6

B

2095-6843(2016)06-0562-03