淺談循環(huán)流化床布風(fēng)系統(tǒng)的改造優(yōu)化

金昱，付鑫，李廉明，李岱，何樹剛，孫強

（1.浙江物產(chǎn)環(huán)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(huán)流化床鍋爐（以下簡稱“CFB”）以其燃料適應(yīng)性廣、負荷調(diào)節(jié)能力強、環(huán)保性能優(yōu)良等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。近年來，多數(shù)企業(yè)用CFB 鍋爐進行垃圾焚燒發(fā)電。為確保CFB鍋爐能夠適應(yīng)燃用垃圾廢棄物，并穩(wěn)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(fēng)特性有關(guān)。

在CFB 鍋爐中，由一次送風(fēng)管、一次風(fēng)室、布風(fēng)板以及風(fēng)帽組成的一次布風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)著保證爐膛內(nèi)床料充分均勻流化的重要任務(wù)。布風(fēng)系統(tǒng)必須能夠均勻分布來流氣流，有助于產(chǎn)生均勻而平穩(wěn)的流態(tài)化以及壓力損失較為合理。布風(fēng)板及風(fēng)帽布風(fēng)不均將導(dǎo)致爐內(nèi)流化質(zhì)量變差，影響燃料的燃燒效率，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)死床、結(jié)焦、風(fēng)帽堵塞及風(fēng)室漏渣等現(xiàn)象。

浙江秀舟熱電有限公司3#鍋爐為XD-100/9.8-T 循環(huán)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(chǎn)中，該鍋爐用以摻燒造紙垃圾。由于造紙垃圾混有鐵絲鐵釘?shù)入s物，日常運行中會出現(xiàn)排渣管堵塞、排渣不暢的現(xiàn)象，現(xiàn)針對該情況對鍋爐的布風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。

1 布風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)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(fēng)在燃燒過程中不能使鐵絲浮動起來，導(dǎo)致物料非常態(tài)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(fēng)板上部呈“V”形，“V”形布風(fēng)板與水平線呈6°夾角采用前低后高傾斜式布置，437 只風(fēng)帽風(fēng)管布置為前后高、中間低，使得料層高度沿徑向產(chǎn)生一定的差異，從而使床內(nèi)按某一規(guī)律分布的壓力差，顆粒在該壓力差的作用下在床內(nèi)作循環(huán)運動，形成中間上升兩邊下降的內(nèi)循環(huán)。同時，“V”形布置也有利于鍋爐排渣。但由于布風(fēng)板不平整及風(fēng)管風(fēng)帽帶來的問題，導(dǎo)致爐膛燃燒不完全。為防止落渣口周圍鐵絲等雜質(zhì)較多、流化不均，特在排渣口周圍布置12 只定向風(fēng)帽，加強底料流化輸送能力。但缺點是定向風(fēng)帽布置同時也會造成排渣口四周空間變窄，影響雜物排放?；谏鲜鰡栴}，需對布風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化整改。

改造后的布風(fēng)系統(tǒng)如圖1 所示。本次改造的方案是拉平鍋爐布風(fēng)板，使其呈“一”字形，風(fēng)帽采用八角型風(fēng)帽，風(fēng)帽數(shù)量由原來的437 只改為280 只?！耙弧弊中尾硷L(fēng)設(shè)計能有效提高布風(fēng)系統(tǒng)的布風(fēng)均勻性，同時，降低兩床壓差，降低風(fēng)機能耗。

圖1 改造后的CFB 鍋爐布風(fēng)系統(tǒng)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(xù)運行3 個月左右，改造后鍋爐正常投運一周就會出現(xiàn)排渣口結(jié)焦、排渣管堵塞現(xiàn)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(wěn)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(fēng)管風(fēng)帽重新布置，布風(fēng)板采用“一”字型布置，風(fēng)帽采用竹節(jié)式風(fēng)帽，數(shù)量增加一倍為454 只，減少風(fēng)帽之間的距離，這樣有利于增加一次風(fēng)和風(fēng)帽的接觸面積，從而優(yōu)化爐膛的燃燒狀況，風(fēng)帽出風(fēng)口采用向下傾斜式設(shè)計，能夠?qū)⒉硷L(fēng)板底部較粗的底料吹起，保持流化狀態(tài)，風(fēng)管由上部敞口出風(fēng)改為側(cè)出風(fēng)。風(fēng)管上部封堵，設(shè)三排8 ～8.5mm 出風(fēng)孔，這樣可以保證風(fēng)帽在脫落的情況下不漏渣，有效改善鍋爐的排渣堵塞現(xiàn)象。針對鍋爐運行時一次風(fēng)偏大的問題，本次改造減小了布風(fēng)板面積，由原設(shè)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(shè)計值Φ219mm 改為273mm，排渣孔周圍風(fēng)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(fā)現(xiàn)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(chǔ)上，進行了第三次優(yōu)化改造。本次改造方案為在二次改造的基礎(chǔ)上，打通風(fēng)管上端，降低布風(fēng)板阻力。

2 結(jié)果與討論

2.1 布風(fēng)系統(tǒng)改造對布風(fēng)板阻力的影響

圖2 所示為布風(fēng)系統(tǒng)三次改造前后布風(fēng)板阻力的變化趨勢圖。布風(fēng)板阻力是指流化風(fēng)通過布風(fēng)板時布風(fēng)板上下的靜壓差。從中可以發(fā)現(xiàn)，隨著一次風(fēng)風(fēng)量的增加，布風(fēng)板阻力逐漸增加，這是因為雖然風(fēng)量增加，但布風(fēng)板的過風(fēng)面積不變，布風(fēng)板上下的壓差增加。對比改造前后的布風(fēng)板阻力曲線，隨著風(fēng)管打通上部封堵，風(fēng)管中一次風(fēng)由側(cè)出風(fēng)變?yōu)槌诔鲲L(fēng)，增加了和風(fēng)帽的接觸面積，布風(fēng)板阻力減小。由圖中曲線可知，當(dāng)風(fēng)量一定時，改造后的布風(fēng)板阻力較改造前小了0.6kPa。

圖2 三次改造前后布風(fēng)板阻力的變化

2.2 布風(fēng)系統(tǒng)改造對一次風(fēng)機風(fēng)壓的影響

一次風(fēng)機的能耗是電廠廠用電率的重要組成部分。一次風(fēng)風(fēng)壓越高，風(fēng)機能耗越大。圖3 所示為布風(fēng)系統(tǒng)改造前后一次風(fēng)機風(fēng)壓的變化曲線。由圖中曲線可以看出，在布風(fēng)系統(tǒng)一次改造后，一次風(fēng)機的風(fēng)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(fēng)機的風(fēng)壓呈現(xiàn)一個逐漸上升的趨勢。這說明排渣管的堵塞現(xiàn)象并未得到很好改善，從而導(dǎo)致布風(fēng)板負重增加，需要增加一次風(fēng)機壓力，才能較好完成爐內(nèi)的流態(tài)化。在三次改造打通風(fēng)管后，一次風(fēng)機的風(fēng)壓得到了有效降低，大致控制在8.1 ～8.6kPa。這是因為隨著風(fēng)管的打通，布風(fēng)板布風(fēng)性能提高，一次風(fēng)機風(fēng)壓降低。

圖3 改造前后一次風(fēng)機風(fēng)壓的變化

2.3 布風(fēng)系統(tǒng)改造對一次風(fēng)機風(fēng)量的影響

布風(fēng)系統(tǒng)改造前后一次風(fēng)風(fēng)量的變化如圖4 所示。一次改造后一次風(fēng)風(fēng)量大致維持在73000Nmyh，經(jīng)過二次改造后，一次風(fēng)風(fēng)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(xiàn)象加重，爐內(nèi)的床料流化惡化，一次風(fēng)需求量增加。經(jīng)過三次改造后過風(fēng)面積增加，由圖中曲線可知，一次風(fēng)風(fēng)量減少，維持在65000 ～74000Nmyh。

圖4 改造前后一次風(fēng)風(fēng)量的變化

2.4 布風(fēng)系統(tǒng)改造對氧量的影響

鍋爐氧量和一次風(fēng)風(fēng)量有直接關(guān)系。一次風(fēng)風(fēng)量越大，鍋爐氧量越大。圖5 所示為布風(fēng)系統(tǒng)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(fēng)管數(shù)量增加了一倍，增加了一次風(fēng)風(fēng)量，從而氧量增加。三次改造后鍋爐的流態(tài)得到較大改善，一次風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)改造對爐膛溫度的影響

布風(fēng)系統(tǒng)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(fēng)系統(tǒng)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(cè)溫度測點，測點2 ～5 為鍋爐前墻溫度測點。從圖中數(shù)據(jù)可以看出，一次改造后鍋爐兩側(cè)墻溫差接近120℃，通過三次改造兩側(cè)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?fàn)t膛兩側(cè)溫度維持在相對平穩(wěn)的水平。同時，分析三次改造后的前墻測溫點數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，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(fēng)系統(tǒng)布風(fēng)均勻性，優(yōu)化了爐膛燃燒狀況。

3 結(jié)語

（1）良好的布風(fēng)系統(tǒng)是保證CFB 鍋爐床內(nèi)流化質(zhì)量的關(guān)鍵。本文研究發(fā)現(xiàn)，垃圾焚燒鍋爐在焚燒含鐵絲類造紙垃圾時，一次風(fēng)并不能使鐵絲懸浮，爐內(nèi)流化效果較差，同時，未燃物料在排渣管復(fù)燃，造成排渣管堵管。

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

（3）三次改造通過打通風(fēng)管的方式，降低了布風(fēng)板阻力，有效優(yōu)化了床內(nèi)流化質(zhì)量，同時，降低了一次風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)壓，降低了風(fēng)機能耗，鍋爐的各項運行數(shù)據(jù)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(xiàn)象的CFB 鍋爐改造借鑒。

圖6 改造前后鍋爐爐膛溫度的變化