高耐磨循環流化床鍋爐風帽研究及應用

周亭亭 石東平

【摘 要】內蒙古華電烏達熱電有限公司UG-480/13.7-M循環流化床鍋爐，由于當初布風板及風帽設計經驗的欠缺，造成機組運行中爐膛布風板阻力小，出現流化不均、結焦現象;飛灰底渣含碳量較同類型機組偏高;風帽磨損嚴重，造成水冷風室進渣，運行工況不斷惡化;風機電耗增加，鍋爐受熱面存在磨損等問題;經過對風帽進行了技術改造后，改善了流化狀況，降低了受熱面磨損，延長風帽使用周期，提高了鍋爐的可靠性、經濟性。

【關鍵詞】循環流化床鍋爐;布風板;風帽

1改造前基本情況

內蒙古華電烏達熱電有限公司（以下簡稱烏達電廠）兩臺鍋爐是無錫鍋爐廠早期產品，鍋爐布風板布風板的橫斷面為15330×3700 mm2，水冷管屏的管子直徑φ76×10mm，節距160mm，材料：20G，其上布置2130只內嵌逆流柱型風帽，風帽采用耐磨高溫合金精密鑄造并具有防漏功能，風帽的橫向和縱向節距皆為160mm。

2013年針對設備存在的問題，利用機組檢修期間通過技改工程對設備進行改造。布風裝置改造后燃燒優化調整通過總風量、一二次風配比、上下二次風配比、運行床壓等參數的調整，將最高點床溫控制到960℃以內，平均床溫降低10℃以上，較改造前降低明顯;流化風量由改造前的220000Nm3/h降至175000Nm3/h;氧量由原來的甲側4.0%，乙側3.7%降至甲側3.3%，乙側2.5%;NOx排放值由改造前的330mg/Nm3，降至230mg/Nm3。三大風機的總電流（一次風機、二次風機、引風機）平均值為390A，對比改造前的434A，降低了44A;

改造后幾年，機組一直處于高負荷狀態下運行，導致爐膛布風板風帽出現不同程度的磨損。并且在機組檢修期間，風帽的檢修工作量較大，風帽損壞數量呈上升趨勢。并且風帽芯管有脫落或磨損的情況發生;2015-2016年相繼對機組回料閥及分離器入口煙道進行優化改造，改造后爐膛返料量增加，鍋爐床溫降低，石灰石投入量降低，但是返料量增加后對爐膛風帽的磨損加劇，而且冷渣器噴渣嚴重，多次燙傷檢修人員。2018年后，#1、2鍋爐相繼發生了因風帽磨損，芯管斷裂造成的水冷風室進渣問題，導致#1.2鍋爐運行參數異常，床溫較高，機組負荷受限，影響機組發電量;另外，風帽和芯管磨損脫落后，布風板阻力特性發生改變，布風均勻性降低造成鍋爐床溫分布偏差升高，爐內干法脫硫用石灰石粉投入量增加，生產成本提高，機組運行的經濟性降低。

2改造的理論依據

循環流化床鍋爐爐內流態化的穩定由水冷風室布風板壓降和料層壓降兩部分共同決定，水冷風室布風板壓降與氣體速度u的平方成正比，而料層壓降在流態化以后隨u增大而減小。如果水冷風室布風板阻力偏低，風室壓力就會如圖1所示，出現不穩定狀態，表現為在某一操作氣速下出現三種工作點，布風板上某些區域氣體以u2通過，形成氣相通道而另外一些區域氣體以u1通過，作為固定床無法流化固體顆粒層，而當脈動壓力增值大于水冷風室布風板阻力時，床料就會漏入風室。因此給通過布風板的氣流以一定阻力，能使布風板具有均勻的氣流速度分布，取得良好的流化工況，并維持流化床層的穩定。

采用合理結構的風帽，能夠優化布風板的阻力特性，減少風帽磨損，降低流化不良造成的結焦等風險，提高機組運行的安全性和經濟性。

一般循環流化床鍋爐設計布風板的開孔率3～5%，進一步減小風帽小孔尺寸，會造成高負荷運行時，流化風量進一步降低。鍋爐運行時，當通過調整二次風量無法滿足燃燒所需總風量要求時，需要通過增加流化風量的方式提高總風量;進一步提高流化風量，水冷風室布風板阻力會進一步提高，從而造成一次風機電耗加大。因此，布風板優化的條件（1）額定工況下，當流化風量滿足正常流化需要，通過二次風調整能夠達到鍋爐燃燒所需總風量的要求;（2）大量運行經驗表明，鍋爐額定工況下布風板約占床層總阻力（布風板阻力加料層阻力）的1/3，才能維持床層的穩定運行。

解決床料進入水冷風室，能夠優化布風板的阻力特性，降低流化不良造成的結焦風險，提高機組運行的安全性和經濟性。

3改造方案

烏達電廠通過調查走訪無錫鍋爐廠和周邊循環流化床鍋爐電廠，并結合現場的實際運行情況，確定了冷渣器噴渣和床料進入水冷風室的解決方案：

1.（1）風帽的芯管與布風板鰭片連接部位進行滿焊，保證嚴密性;（2）將水冷風室頂部輕質保溫料進行拆除，將芯管與布風板鰭片進行焊接;（3）將風帽芯管加裝1個套管，套管與布風板鰭片進行滿焊，風帽芯管與套管進行點焊固定。

2.在不改變風帽出風孔數量、大小及傾斜角度的前提下，取消原有風帽頂部的開孔與進風管堵頭焊接的固定設計。將風帽的頂端四周設計增加8mm高的圓周狀凸臺。運行中灰渣在風帽頂部流化速度降低，解決風帽外罩與進風管堵板固定焊接部位的磨損、脫焊現象，消除風帽固定方式的隱患。

3.改變布風板下渣管高度，將原來的下渣管高度13cm調整到18cm

4改造后運行情況

2020年烏達電廠利用機組大修分別對#1、2鍋爐爐膛布風板風帽和芯管進行改造，改造后效果較好。目前，#1、2機組未出現床料進入水冷風室和冷渣器噴渣的問題。機組各運行參數控制在規程范圍內;有效降低了設備維修工作量，提高維修效率，減少設備的維護成本（修復耐火材料、人工成本、放渣成本、水冷風室清渣成本），提高了機組安全性。從根本上解決了循環床鍋爐風帽在灰分較高的煤質情況下，延長風帽使用周期，提高了鍋爐的可靠性、經濟性。

5結論

風帽改造后，爐內流化明顯好轉，減輕了受熱面磨損，鍋爐運行可靠性提高，使機組運行參數控制在規程范圍內，風機電耗降低，減少生產成本的投入;在機組檢修時，降低設備的維修工作量，降低設備維護成本;

本項目的研究成果不僅為現場解決問題，而且使得風帽在灰分較高的煤質情況下，設備使用周期改善，檢修維護工作量降低。

（作者單位：內蒙古華電烏達熱電有限公司）