淺談循環流化床布風系統的改造優化

金昱，付鑫，李廉明，李岱，何樹剛，孫強

（1.浙江物產環保能源股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.浙江秀舟熱電有限公司，浙江 嘉興 314000）

循環流化床鍋爐（以下簡稱“CFB”）以其燃料適應性廣、負荷調節能力強、環保性能優良等優點而得到廣泛應用。近年來，多數企業用CFB 鍋爐進行垃圾焚燒發電。為確保CFB鍋爐能夠適應燃用垃圾廢棄物，并穩定燃燒運行，最基本的條件是保證爐膛中燃料的充分流化，這不僅取決于物料特性，更與布風特性有關。

在CFB 鍋爐中，由一次送風管、一次風室、布風板以及風帽組成的一次布風系統承擔著保證爐膛內床料充分均勻流化的重要任務。布風系統必須能夠均勻分布來流氣流，有助于產生均勻而平穩的流態化以及壓力損失較為合理。布風板及風帽布風不均將導致爐內流化質量變差，影響燃料的燃燒效率，嚴重時甚至出現死床、結焦、風帽堵塞及風室漏渣等現象。

浙江秀舟熱電有限公司3#鍋爐為XD-100/9.8-T 循環流化床垃圾焚燒鍋爐，鍋爐純燒煤的時候，運行情況良好，鍋爐排渣暢通。實際生產中，該鍋爐用以摻燒造紙垃圾。由于造紙垃圾混有鐵絲鐵釘等雜物，日常運行中會出現排渣管堵塞、排渣不暢的現象，現針對該情況對鍋爐的布風系統進行優化改造。

1 布風系統的優化改造

1.1 一次改造

一次改造前，對于混有鐵絲等雜物的造紙垃圾，鍋爐一次風在燃燒過程中不能使鐵絲浮動起來，導致物料非常態流化；其次，爐膛受熱面較多和爐膛燃燒溫度較低這兩個因素造成物料燃燒不完全，灰渣含碳量較高。

改造前的布風板上部呈“V”形，“V”形布風板與水平線呈6°夾角采用前低后高傾斜式布置，437 只風帽風管布置為前后高、中間低，使得料層高度沿徑向產生一定的差異，從而使床內按某一規律分布的壓力差，顆粒在該壓力差的作用下在床內作循環運動，形成中間上升兩邊下降的內循環。同時，“V”形布置也有利于鍋爐排渣。但由于布風板不平整及風管風帽帶來的問題，導致爐膛燃燒不完全。為防止落渣口周圍鐵絲等雜質較多、流化不均，特在排渣口周圍布置12 只定向風帽，加強底料流化輸送能力。但缺點是定向風帽布置同時也會造成排渣口四周空間變窄，影響雜物排放。基于上述問題，需對布風系統進行優化整改。

改造后的布風系統如圖1 所示。本次改造的方案是拉平鍋爐布風板，使其呈“一”字形，風帽采用八角型風帽，風帽數量由原來的437 只改為280 只。“一”字形布風設計能有效提高布風系統的布風均勻性，同時，降低兩床壓差，降低風機能耗。

圖1 改造后的CFB 鍋爐布風系統示意圖

1.2 二次改造

由于一次改造后鍋爐的運行效果較差，鍋爐運行基本能夠維持連續運行3 個月左右，改造后鍋爐正常投運一周就會出現排渣口結焦、排渣管堵塞現象，鍋爐運行時，鍋爐排渣完全靠人工捅渣，人工捅渣需付出較多的人力且難以維持鍋爐穩定運行。因此，進行二次改造。

二次改造的方案為拆除一次改造風管風帽重新布置，布風板采用“一”字型布置，風帽采用竹節式風帽，數量增加一倍為454 只，減少風帽之間的距離，這樣有利于增加一次風和風帽的接觸面積，從而優化爐膛的燃燒狀況，風帽出風口采用向下傾斜式設計，能夠將布風板底部較粗的底料吹起，保持流化狀態，風管由上部敞口出風改為側出風。風管上部封堵，設三排8 ～8.5mm 出風孔，這樣可以保證風帽在脫落的情況下不漏渣，有效改善鍋爐的排渣堵塞現象。針對鍋爐運行時一次風偏大的問題，本次改造減小了布風板面積，由原設計的為14.46m2，減至12.76m2，面積減少了12%，從而有效降低鍋爐的氧量。此外，為了便于排渣，本次改造將排渣管入口直徑由設計值Φ219mm 改為273mm，排渣孔周圍風帽小孔直徑改為18mm。同時，改變滾筒冷渣機的出渣口方向，包括冷卻水管道的更改。

1.3 三次改造

二次改造后，發現在鍋爐運行過程中，造紙垃圾中的鐵絲未能隨底渣排出，逐漸積壓在床料下方，運行一周后排渣含碳量較高。因此，在二次改造的基礎上，進行了第三次優化改造。本次改造方案為在二次改造的基礎上，打通風管上端，降低布風板阻力。

2 結果與討論

2.1 布風系統改造對布風板阻力的影響

圖2 所示為布風系統三次改造前后布風板阻力的變化趨勢圖。布風板阻力是指流化風通過布風板時布風板上下的靜壓差。從中可以發現，隨著一次風風量的增加，布風板阻力逐漸增加，這是因為雖然風量增加，但布風板的過風面積不變，布風板上下的壓差增加。對比改造前后的布風板阻力曲線，隨著風管打通上部封堵，風管中一次風由側出風變為敞口出風，增加了和風帽的接觸面積，布風板阻力減小。由圖中曲線可知，當風量一定時，改造后的布風板阻力較改造前小了0.6kPa。

圖2 三次改造前后布風板阻力的變化

2.2 布風系統改造對一次風機風壓的影響

一次風機的能耗是電廠廠用電率的重要組成部分。一次風風壓越高，風機能耗越大。圖3 所示為布風系統改造前后一次風機風壓的變化曲線。由圖中曲線可以看出，在布風系統一次改造后，一次風機的風壓大致在8.1 ～8.7kPa。二次改造完成后，隨著運行時間的增加，一次風機的風壓呈現一個逐漸上升的趨勢。這說明排渣管的堵塞現象并未得到很好改善，從而導致布風板負重增加，需要增加一次風機壓力，才能較好完成爐內的流態化。在三次改造打通風管后，一次風機的風壓得到了有效降低，大致控制在8.1 ～8.6kPa。這是因為隨著風管的打通，布風板布風性能提高，一次風機風壓降低。

圖3 改造前后一次風機風壓的變化

2.3 布風系統改造對一次風機風量的影響

布風系統改造前后一次風風量的變化如圖4 所示。一次改造后一次風風量大致維持在73000Nmyh，經過二次改造后，一次風風量隨著鍋爐運行時間的增加逐漸增大，這是由于隨著鍋爐運行時間的增加，排渣管堵塞現象加重，爐內的床料流化惡化，一次風需求量增加。經過三次改造后過風面積增加，由圖中曲線可知，一次風風量減少，維持在65000 ～74000Nmyh。

圖4 改造前后一次風風量的變化

2.4 布風系統改造對氧量的影響

鍋爐氧量和一次風風量有直接關系。一次風風量越大，鍋爐氧量越大。圖5 所示為布風系統改造前后鍋爐氧量的變化。二次改造后鍋爐氧量比改造前增加較明顯，這是因為二次改造風管數量增加了一倍，增加了一次風風量，從而氧量增加。三次改造后鍋爐的流態得到較大改善，一次風量減少，鍋爐氧量降低。

圖5 改造前后鍋爐氧量的變化

2.5 布風系統改造對爐膛溫度的影響

布風系統布置對鍋爐爐膛溫度具有直接的影響。如圖3-5 所示為布風系統改造前后鍋爐爐膛溫度的變化情況。測點1、測點6 為鍋爐兩側溫度測點，測點2 ～5 為鍋爐前墻溫度測點。從圖中數據可以看出，一次改造后鍋爐兩側墻溫差接近120℃，通過三次改造兩側墻溫差降低至20℃左右，說明三次改造有效改善爐膛溫度分布，使爐膛兩側溫度維持在相對平穩的水平。同時，分析三次改造后的前墻測溫點數據可以發現，前墻溫度較改造前均勻性增加，說明三次改造明顯提高了布風系統布風均勻性，優化了爐膛燃燒狀況。

3 結語

（1）良好的布風系統是保證CFB 鍋爐床內流化質量的關鍵。本文研究發現，垃圾焚燒鍋爐在焚燒含鐵絲類造紙垃圾時，一次風并不能使鐵絲懸浮，爐內流化效果較差，同時，未燃物料在排渣管復燃，造成排渣管堵管。

（2）二次改造通過布風板水平布置、增加風帽數量的方式，有效降低了布風板阻力，但一次風風量、風壓均較改造前增加，并且排渣管堵塞現象并未得到有效改善。

（3）三次改造通過打通風管的方式，降低了布風板阻力，有效優化了床內流化質量，同時，降低了一次風風量和風壓，降低了風機能耗，鍋爐的各項運行數據都得到了明顯改善。

（4）本文提出的改造方法簡單易行，可供在運行中存在排渣管堵塞現象的CFB 鍋爐改造借鑒。

圖6 改造前后鍋爐爐膛溫度的變化