大型循环流化床锅炉风帽改造研究

1、大型循环流化床锅炉风帽改 造研究 报告内容报告内容 u CFB锅炉风帽的功能作用锅炉风帽的功能作用 u CFB锅炉风帽的结构形式锅炉风帽的结构形式 u 风帽常见问题与成因风帽常见问题与成因 n 磨损磨损 n 烧毁烧毁 n 漏渣漏渣 u 风帽设计方法及要求风帽设计方法及要求 u 风帽改造案例风帽改造案例 u 总结总结 CFB锅炉风帽的功能作用锅炉风帽的功能作用 u 冷态及运行时与布风板共同承托床料冷态及运行时与布风板共同承托床料 u 维持布风均匀、流化稳定维持布风均匀、流化稳定 u 避免出现流化死区避免出现流化死区 u 防止大颗粒沉积防止大颗粒沉积 u 产生合理阻力产生合理阻力 CFB锅炉风帽的

2、结构形式锅炉风帽的结构形式 u 最早的风帽形式最早的风帽形式 n孔板孔板 n圆柱形风帽圆柱形风帽 CFB锅炉风帽的结构形式锅炉风帽的结构形式 u 早期应用的早期应用的CFB锅炉风帽结构形式锅炉风帽结构形式 n猪尾巴型风帽猪尾巴型风帽 n定向风帽定向风帽 n剑型风帽剑型风帽 n钟罩型风帽钟罩型风帽 风帽数量 外孔尺寸 布风均匀性 磨损特性 防漏渣性能 使用周期 柱形风帽多小好较轻一般一般 猪尾形风帽多好最轻较好较长 定向风帽多大较好较重弱较短 箭形风帽少大较好较轻弱较短 钟罩形风帽较少较大好轻好较长 CFB锅炉风帽的结构形式锅炉风帽的结构形式 u 目前应用的目前应用的CFB锅炉风帽结构形式锅炉风

3、帽结构形式 n定向风帽及其改进形式定向风帽及其改进形式 n钟罩式风帽及其改进形式钟罩式风帽及其改进形式 风帽常见问题与成因风帽常见问题与成因 u磨损磨损 n 磨损普遍发生，运行条件决定风帽磨损不可避免磨损普遍发生，运行条件决定风帽磨损不可避免 n 磨损主要位置是外罩出口、顶部、芯管磨损主要位置是外罩出口、顶部、芯管 n 磨损与运行维护密切相关磨损与运行维护密切相关 磨损因素分析磨损因素分析 磨损因素分析磨损因素分析 u设计因素设计因素 为了保证流化避免颗粒沉积，需要较大的动量为了保证流化避免颗粒沉积，需要较大的动量 动量越大，衰减的越慢动量越大，衰减的越慢 传递给颗粒的动量越大传递给颗粒的动量

4、越大 对相邻风帽的冲击越大对相邻风帽的冲击越大 相互磨损越大相互磨损越大 2 i 2 i4 1 udum 磨损因素分析磨损因素分析 u安装因素安装因素 节距小，风帽布置数量多，布风越均匀节距小，风帽布置数量多，布风越均匀 上游风帽气流对下游风帽冲击越大，磨损越大上游风帽气流对下游风帽冲击越大，磨损越大 设计、安装精度造成下游风帽某一部分位于上游风帽射流流场中设计、安装精度造成下游风帽某一部分位于上游风帽射流流场中 错列布置和顺列布置也有影响错列布置和顺列布置也有影响 P., Mirek, et al. Circulated Fluidized Bed Technology VIII（2005）

5、 Chemical Engineering and Processing(2011) 磨损因素分析磨损因素分析 磨损因素分析磨损因素分析 u维护因素维护因素 风帽定期进行更换维护频率风帽定期进行更换维护频率 u煤质特性煤质特性 灰分、粒径分布、掺矸率灰分、粒径分布、掺矸率 u运行因素运行因素 是否大风量运行是否大风量运行 E=Kd2U3 风量增加15%，磨损增加50% 风帽常见问题与成因风帽常见问题与成因 u烧毁烧毁 n 烧毁是主因的无法通风冷却烧毁是主因的无法通风冷却 n 材质和制造不合格有一定影响材质和制造不合格有一定影响 n 烧毁与运行操作也有关烧毁与运行操作也有关 烧毁因素分析烧毁因素

6、分析 u烧毁的预防烧毁的预防 n认识到风帽的恶劣工作环境认识到风帽的恶劣工作环境 n选用性能更好的耐高温、耐磨损材料选用性能更好的耐高温、耐磨损材料 早期采用早期采用ZG8Cr33Ni9N， 高温使用发生组织变化，风帽脆性增加高温使用发生组织变化，风帽脆性增加 目前外罩多采用目前外罩多采用ZG8Cr26Ni4Mn3N、ZG40Cr25Ni20，性能有保证，性能有保证 芯管多采用芯管多采用1Cr18Ni9Ti、CPH20、HHT n点火、压火时选用合理的运行参数（通风冷却）点火、压火时选用合理的运行参数（通风冷却） n启停机组加强对风帽的检修、疏通启停机组加强对风帽的检修、疏通 风帽常见问题与成

7、因风帽常见问题与成因 u漏渣漏渣 n设计因素（结构、阻力特性）设计因素（结构、阻力特性） n运行环境（流化风量、风温）运行环境（流化风量、风温） n运行维护（破损、脱落）运行维护（破损、脱落） n危害严重（经济性、安全性、磨损加剧）危害严重（经济性、安全性、磨损加剧） 漏渣因素分析漏渣因素分析 锅炉大型化后炉膛的变化锅炉大型化后炉膛的变化 漏渣因素分析漏渣因素分析 n 风帽阻力决定布风板阻力风帽阻力决定布风板阻力 n 一定的阻力是保证锅炉正常运行的关键一定的阻力是保证锅炉正常运行的关键 n 炉内流态化的稳定由布风板阻力和料层阻力两部分共同决定炉内流态化的稳定由布风板阻力和料层阻力两部分共同决定

8、 n 如果布风板阻力偏低，总阻力就会出现不稳定状态如果布风板阻力偏低，总阻力就会出现不稳定状态 某一操作气速下会出现三工作点某一操作气速下会出现三工作点 某些区域气体以某些区域气体以u（未充分流化）或（未充分流化）或u2（充分流化）速度通过（充分流化）速度通过 一些区域气体以一些区域气体以u1速度通过（固定床状态）速度通过（固定床状态） 漏渣因素分析漏渣因素分析 漏渣因素分析漏渣因素分析 u 综合成因综合成因 单炉膛结构使用的大床面对风室压力均匀性有影响单炉膛结构使用的大床面对风室压力均匀性有影响 风帽阻力不足以克服风压、流量波动造成的床层不稳定风帽阻力不足以克服风压、流量波动造成的床层不稳定

9、 流化较差区域的床料在炉内压力驱动下进入风帽造成漏渣流化较差区域的床料在炉内压力驱动下进入风帽造成漏渣 u 解决途径解决途径 合理的阻力（低负荷下的流化及布风均匀性）合理的阻力（低负荷下的流化及布风均匀性） 选择良好的风帽结构及参数选择良好的风帽结构及参数 实现风帽阻力与风速的独立实现风帽阻力与风速的独立 避免风帽脱落避免风帽脱落 合理控制燃料合理控制燃料 风帽设计方法及要求风帽设计方法及要求 u选择合理的阻力分布选择合理的阻力分布 阻力越大，布风越均匀，但能耗相应增加阻力越大，布风越均匀，但能耗相应增加 布风板阻力占总阻力的布风板阻力占总阻力的1/3方可维持床层稳定运行方可维持床层稳定运行

10、u风帽设计要求风帽设计要求 寿命长（外罩、芯管）寿命长（外罩、芯管） 风帽结构及阻力特性优良，不漏渣风帽结构及阻力特性优良，不漏渣 检修维护便捷检修维护便捷 选择良好的及参数选择良好的及参数 u实现风帽阻力与风速的独立实现风帽阻力与风速的独立 222 222 o o b b i iobi uuu pppp n阻力和出口速度独立控制阻力和出口速度独立控制 n首选钟罩风帽首选钟罩风帽 n具体项目具体分析，优化结构设计具体项目具体分析，优化结构设计 n合理利用数值模拟软件合理利用数值模拟软件 n重视制造加工和现场安装重视制造加工和现场安装 风帽设计方法及要求风帽设计方法及要求 u 内蒙某厂内蒙某厂4

11、200MW CFB锅炉锅炉 锅炉型号锅炉型号SG-690/13.6-M451 风帽改造案例风帽改造案例 u 问题表现问题表现 四台锅炉自投产后普遍存在风室漏渣问题四台锅炉自投产后普遍存在风室漏渣问题 先后进行过四次改造试验先后进行过四次改造试验 改造后漏渣情况得到一定程度缓解，但始终没有得到彻底解决改造后漏渣情况得到一定程度缓解，但始终没有得到彻底解决 低负荷工况下风帽漏渣严重、磨损加剧，检修更换量大低负荷工况下风帽漏渣严重、磨损加剧，检修更换量大 风帽改造案例风帽改造案例 风室结构风室结构 u 等压绝热风室，一次风由四根支管进入等压绝热风室，一次风由四根支管进入 u 床面尺寸床面尺寸22.7

12、43.53m 风帽初始结构风帽初始结构 u大直径逆流柱状风帽大直径逆流柱状风帽 u 布风板上均匀布置风帽布风板上均匀布置风帽2615个（节距个（节距170mm） u 布风板阻力布风板阻力3.8kPa（设计（设计4.5kPa ） u芯管出口直径芯管出口直径43mm，芯管壁厚，芯管壁厚6mm u外罩下部均等布置有外罩下部均等布置有8个直径个直径15mm的圆孔出口的圆孔出口 u外罩材质为外罩材质为ZG8Cr26Mn7N，芯管材质为，芯管材质为1Cr18Ni9Ti 改造试验改造试验 u 第一次改造试验第一次改造试验 原因分析：原因分析： 风帽阻力太小，芯管结构不合适风帽阻力太小，芯管结构不合适 改造方

13、案：改造方案： 风帽芯管由向上开口（风帽芯管由向上开口（436）改为侧向开孔）改为侧向开孔 （三排（三排24个个8.5小孔）小孔）风帽头结构不变风帽头结构不变 改造结果：改造结果： 布风板阻力提高至布风板阻力提高至4.8kPa，风帽漏渣有所缓解，风帽漏渣有所缓解 风量低于风量低于280km3/h后布风板四周仍有漏渣现象后布风板四周仍有漏渣现象 机组停运后布风板前后机组停运后布风板前后34排风帽存在堵塞、烧损排风帽存在堵塞、烧损 u 第二次改造试验第二次改造试验 原因分析：原因分析： 布风板四周物料浓度较高，一次风均匀穿过布风板结构布置不合理布风板四周物料浓度较高，一次风均匀穿过布风板结构布置不

14、合理 改造方案：改造方案： 布风板中间风帽进行拉稀布风板中间风帽进行拉稀 前后墙各前后墙各4排、左右侧墙排、左右侧墙10排风帽不动，共割除风帽排风帽不动，共割除风帽629个个 改造结果：改造结果： 布风板阻力提高至布风板阻力提高至6.0kPa，风帽漏渣有所缓解，风帽漏渣有所缓解 风量低于风量低于270kNm3/h后布风板四周有漏渣现象，风量越低，漏渣越明显后布风板四周有漏渣现象，风量越低，漏渣越明显 机组停运后布风板前后前后墙风帽不存在堵渣现象机组停运后布风板前后前后墙风帽不存在堵渣现象 改造试验改造试验 u 第三次改造试验第三次改造试验 改造方案：改造方案： 前后墙各增加一排间隔拉稀，两侧墙

15、各增加两排风帽拉稀前后墙各增加一排间隔拉稀，两侧墙各增加两排风帽拉稀 在原有基础上再减少风帽在原有基础上再减少风帽166个个 改造结果：改造结果： 布风板阻力提高至布风板阻力提高至6.7kPa，风帽漏渣有所缓解，风帽漏渣有所缓解 风量低于风量低于270km3/h后布风板四周有漏渣现象，风量越低，漏渣越明显后布风板四周有漏渣现象，风量越低，漏渣越明显 机组停运后布风板前后前后墙风帽不存在堵渣现象机组停运后布风板前后前后墙风帽不存在堵渣现象 改造试验改造试验 u 第四次改造试验第四次改造试验 改造方案：改造方案： 修改风帽结构第一次改造试验形式修改风帽结构第一次改造试验形式 恢复锅炉已经割除风帽，

16、同时将前后墙各两排风帽（共恢复锅炉已经割除风帽，同时将前后墙各两排风帽（共532个）进行割个）进行割 除，用耐火材料砌筑台阶除，用耐火材料砌筑台阶 改造结果：改造结果： 布风板阻力提高至布风板阻力提高至7.8kPa（ 200 ，300km3/h ） 风量低于风量低于200kNm3/h后布风板仍有有漏渣现象后布风板仍有有漏渣现象 大修前一次风机在大修前一次风机在292kNm3/h风量时一次风机电流与大修后风量时一次风机电流与大修后275kNm3/h 风量相当，两台一次风机电流多耗电近风量相当，两台一次风机电流多耗电近40A 改造试验改造试验 治理改造原则治理改造原则 u 优选风帽结构优选风帽结构

17、 u 保证布风板具有合理的阻力特性保证布风板具有合理的阻力特性 u 一次风量一次风量200300kNm3/h时均能保证布风均匀时均能保证布风均匀 u 一次风量一次风量200300kNm3/h时均能保证布风板不漏渣时均能保证布风板不漏渣 u 额定负荷下布风板阻力不超过额定负荷下布风板阻力不超过5.5kPa（一次风温（一次风温200） 布风均匀性布风均匀性 u 四周区域与中间区域差异大四周区域与中间区域差异大 u 风帽自身阻力特性有待提高风帽自身阻力特性有待提高 治理改造治理改造 u采用钟罩结构形式采用钟罩结构形式 结构经过实炉长期运行检验结构经过实炉长期运行检验 低出口速度低出口速度 长寿命长寿

18、命 细节优化细节优化 u 利用冷态风帽试验台验证结构利用冷态风帽试验台验证结构 u 数值模拟优选方案，减小风险数值模拟优选方案，减小风险 治理改造效果治理改造效果 u最小流化风量为最小流化风量为100kNm3/h，在此风量下床料流化均匀、流化良好，在此风量下床料流化均匀、流化良好 u改造后布风板阻力约改造后布风板阻力约5kPa，流化风量降低至，流化风量降低至170kNm3/h也不发生漏渣也不发生漏渣 u安全性显著提高安全性显著提高 u布风板阻力明显降低，一次风机电耗明显下降布风板阻力明显降低，一次风机电耗明显下降 u风帽是循环流化床锅炉的重要部件，需要给与足够的关注风帽是循环流化床锅炉的重要部件，需要给与足够的关注 u风帽的常见问题是磨损、烧毁和漏渣风帽的常见问题是磨损、烧毁和漏渣 u风帽漏渣受到结构设计、阻力匹配等多个因素的共同影响，改造过程风帽漏渣受到结构设计、阻力匹配等多个因素的共同影响，改造过程 中需要全面予以考