《循环流化床锅炉风帽及布风装置分析》8200字

循环流化床锅炉风帽及布风装置的现状与进展综述目录8122_WPSOffice_Level1一、绪论 48656_WPSOffice_Level2（一）研究背景及意义 43061_WPSOffice_Level2（二）国内外现状及发展趋势 48656_WPSOffice_Level1二、循环流化床锅炉风帽及布风装置的现状 620695_WPSOffice_Level2（一）国内循环流化床锅炉的现状 615086_WPSOffice_Level2（二）存在问题 63061_WPSOffice_Level1三、循环流化床锅炉风帽及布风装置的进展 719042_WPSOffice_Level2（一）布风装置的进展 72828_WPSOffice_Level2（二）风帽技术进展 913162_WPSOffice_Level2（三）风帽及布风板研究进展 1220695_WPSOffice_Level1结论 1415086_WPSOffice_Level1参考文献： 15一、绪论（一）研究背景及意义循环流化床锅炉技术是近二十年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧技术。国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规模的大型循环流化床锅炉发展；国内在这方面的研究、开发和应用也逐渐兴起，已有数百台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中。未来的几年将是循环流化床锅炉飞速发展的一个重要时期。由于我国循环流化床锅炉比其他燃煤锅炉起步晚、历史短，循环流化床锅炉的设计和运行规律还没有完全被广大运行、检修技术人员掌握，造成一些锅炉实际运行效率达不到设计要求，在运行过程中出现了许多影响锅炉安全稳定运行及机组经济性等的问题；但近一、二年来随着国家新环保指标的推出及强令执行国内各地循环流化床锅炉脱硝工程纷纷上马，而脱硝改造中很多循环流化床锅炉面临布风板风帽磨损脱落频繁、炉膛上下温差较大，旋风分离器入口烟温过低及锅炉排烟温度高，尾部受热面积灰较多等问题；例如：江西景德镇发电有限公司475t/h循环流化床锅炉于2008年将T型风帽改造为钟罩式内逆流风帽脱落严重且漏渣问题；大唐保定热电厂2台450t/h循环流化床锅炉于2009年将﹃型风帽改造为内嵌钟罩式风帽结构不合理；中煤龙化自备电站220t/h循环流化床锅炉于2013年对旋风分离器入口烟温过低问题等问题；大庆石化公司2台220t/h循环流化床锅炉也存在着上述等问题，由于增加脱硝部分带来的新问题已成为普遍问题，受到了国内外同行的重视，各企业及科研单位先后也进行了尝试，但效果并不理想，对于循环流化床新的问题亟待解决，因此，对循环流化床的改造问题研究具有重要意义。（二）国内外现状及发展趋势国外循环流化床锅炉的现状及发展趋势循环流化床锅炉发展到现在己经有许多不同的流派和形式,其中较有代表性的是美国巴特利的多粒子循环流化床锅炉、芬兰奥斯龙公司的循环流化床锅炉、德国鲁奇公司的循环流化床锅炉以及德国公司的循环流化床锅炉等。多粒子流化床锅炉一锅炉是美国巴特利哥伦布实验室研制的。它主要由燃烧室、高温分离器、飞灰回送装置和外部低速流化床热交换器组成。燃烧室由下部大粒子床和上部小粒子床组成,燃烧室内没有布置受热面。高温分离器收集燃烧室出来的飞灰送入外部低速流化床热交换器,生产蒸汽和使蒸汽过热。被冷却了的飞灰再回送至燃烧室再燃烧。这种锅炉的特点是燃烧与传热分开。来自高温分离器和外部低速流化床热交换器的高、中温烟气流入尾部对流受热面,冷却和除尘之后,经引风机排入大气。这种锅炉的优点是燃烧效率高,但结构复杂。芬兰的奥斯龙公司以及所属的各子公司已大量生产商用循环流化床锅炉,并把所制造的锅炉定名为循环流化床锅炉。这种锅炉主要是由燃烧室、高温分离器、送灰装置组成。与锅炉相比,它没有外部低速流化床热交换器。它的优点是结构较简单,燃烧效率高。鲁奇公司的循环流化床锅炉炉型与循环床最主要的区别是设置了流化床外置换热器,分离器捕集的固体颗粒可以直接返回燃烧室或进入外置换热器然后再返回燃烧室,通过调节进入这个换热器的物料量来控制床温。德国公司推出了自己研制的循环流化床方案,目的是发挥循环流化床锅炉燃烧效率高和燃料适应性广的优点,同时避免采用结构复杂、能耗较大的高温旋风分离器,并克服床内流速较高而引起磨损及能耗大的缺点。这种锅炉的特点是泡床上加了一个小粒子床,采用中温分离器,设有外部低速流化床热交换器,燃烧室顶部布置有对流受热面和采用了烟气再循环。我国的循环流化床燃烧技术的发展相对较晚,但进步很快,目前许多科研单位均研究发展了各具特色的循环流化床锅炉,并从实验室研究走向了工业应用。为开发锅炉技术,与国际先进水平接轨,哈尔滨有限责任公司、东方锅炉厂和上海锅炉厂分别进行了技术引进工作哈尔滨锅炉。国内循环流化床锅炉研究开始于二十世纪六十年代末，先后经历了鼓泡流化床锅炉（沸腾炉）、小型循环流化床锅炉、中等容量循环流化床锅炉、亚临界循环流化床锅炉的研究和产品开发工作；由初起，4t/h、6.5t/h、10t/h到440t/h循环流化床锅炉，经历了近30年时间。在研究和开发过程中，积累了宝贵的经验，从燃烧特性、传热问题、磨损问题、膨胀问题、密封问题、材料选择等方面有了较大提高，同时也摸清了工艺流程，为更大容量、更为先进的产品研制与开发奠定了基础。但是，国内循环流化床的研究与应用存在着许多问题。第一，燃料选择上，仅在煤矸石、油页岩等高灰燃料，使开发与研制受到了局限，并且设备磨损问题严重；第二，大容量流化床锅炉设计与应用较少，几乎是按照小容量锅炉设计方法、理念相同，并在参数选择上理论与实验论证较少，导致目前大型流化床锅炉问题较多；第三，运行控制方面，自动控制问题不够先进，与国外差距较大；第四，由于投入研究经费不足，开发精力分散，市场需求导致未进行实验与论证的设计产品直接推向市场，给循环流化床锅炉安全、可靠、经济运行埋下了隐患。由于循环流化床锅炉投入以来，问题较多，受到了国内相关行业的重视，对于循环流化床的深入研究提上了日程。二、循环流化床锅炉风帽及布风装置的现状（一）国内循环流化床锅炉的现状国内循环流化床锅炉研究开始于二十世纪六十年代末，先后经历了鼓泡流化床锅炉（沸腾炉）、小型循环流化床锅炉、中等容量循环流化床锅炉、亚临界循环流化床锅炉的研究和产品开发工作；由初起，4t/h、6.5t/h、10t/h到440t/h循环流化床锅炉，经历了近30年时间。在研究和开发过程中，积累了宝贵的经验，从燃烧特性、传热问题、磨损问题、膨胀问题、密封问题、材料选择等方面有了较大提高，同时也摸清了工艺流程，为更大容量、更为先进的产品研制与开发奠定了基础。但是，国内循环流化床的研究与应用存在着许多问题。第一，燃料选择上，仅在煤矸石、油页岩等高灰燃料，使开发与研制受到了局限，并且设备磨损问题严重；第二，大容量流化床锅炉设计与应用较少，几乎是按照小容量锅炉设计方法、理念相同，并在参数选择上理论与实验论证较少，导致目前大型流化床锅炉问题较多；第三，运行控制方面，自动控制问题不够先进，与国外差距较大；第四，由于投入研究经费不足，开发精力分散，市场需求导致未进行实验与论证的设计产品直接推向市场，给循环流化床锅炉安全、可靠、经济运行埋下了隐患。由于循环流化床锅炉投入以来，问题较多，受到了国内相关行业的重视，对于循环流化床的深入研究提上了日程。（二）存在问题锅炉出力不足。目前，循环流化床锅炉主要问题是达不到额定出力。影响因素主要有：循环倍率低，特别是高温分离器效率低；实际燃煤与设计偏差较大；锅炉设计时燃烧份额分配不合理，或者是运行中燃烧调整不当，影响锅炉物料平衡和热量平衡，从而影响了锅炉出力；锅炉辅机和配套设备是与循环流化床特点不能较为合理的匹配，尤其是风机和压头选择的选择上，影响较大。磨损问题。循环流化床锅炉普遍采用风与煤粉混合，以高风速和高浓度煤粉为特点，导致了相关设备的磨损问题突出。如果分离效果不佳或者运行调整不合理，磨损会更为严重。磨损问题分为两类：一是受热面管壁：二是耐磨材料的磨损。前者取决于风速是否合理，后者是不可避免，主要体现在分离器入口、分离器旋风筒的入口正对面、分离器出口烟道上部。磨损原因是高速风粉混合长时间冲刷导致，需要注意的是选择合理的材料，在运行中可以得到较为合理的解决。分离器和回料器问题。目前，普遍采用的分离器有两种：旋风分离器、惯性分离器。前者以结构简单、压降低、分离效果好为特点，后者结构简单、成本低、但分离效率较低，仅在小型锅炉中使用。但二者均存在磨损问题严重。回料器的问题主要是运行可靠性差，有时有积灰问题，对回料器进行有效运行调整必不可少。目前，国内大多采用L型回料器，其缺点，料封高度大，易串风，不但影响返料量，而且还影响分离器效率。实践证明：U型回料器比L型好，回料量大，且便于控制，料封高度不大。床面结焦问题。在锅炉运行时，由于流化床锅炉温度过高容易使炉膛结焦，破坏正常平稳运行，影响锅炉出力，严重时需要停炉打焦。原因主要体现在：一次风压、风速低于所需最小值，使物料不能完全送出炉膛，造成炉内堆积，炉膛温度场改变，悬浮段燃烧份额下降，锅炉出力降低，如盲目加大煤量，会导致结焦。输煤系统煤粉颗粒过大，配风不足时，容易导致床温过高，致使结焦。在运行中由于风帽损坏，使局部流化不佳，部分床温升高导致结焦。燃煤挥发份过低，炉膛底层燃烧温度过高，使炉膛底层温度过高导致结焦。导致结焦的原因可追溯到设计、制造、安装、运行方面。设计：设计人员工作不到位、水平有限等，这就要求设计人员必须提高循环流化床锅炉的流体动力学和传热学进行深入研究，并与试验相结合，反复专研与修正，得到可靠、科学的数据曲线来进行产品设计，避免循规蹈矩，套用目前的数据与参数。三、循环流化床锅炉风帽及布风装置的进展（一）布风装置的进展作为循环流化床锅炉的关键部件之一，位于炉膛底部的布风装置对于循环流化床锅炉的安全、稳定、经济运行具有重要的意义。目前在我国循环流化床锅炉中使用最广泛的是风帽式布风装置。风帽式布风装置是由风室、花板、风帽和隔热层组成的,通常把花板和风帽合称为布风板。图示出了典型的风帽式布风装置结构如下图：一般情况下,对布风装置的设计要求是：能均匀密集地分配气流,避免在布风板上面形成停滞区。能使布风板上的床料与空气产生强烈的扰动和混合,要求风帽小孔出口气流具有较大的动能。空气通过布风板的阻力损失不能太大,但又需要一定的阻力。具有足够的强度和刚度,能支承本身和床料的重量,压火时防止风板受热变形,风帽不烧损,并考虑到检修清理方便。然而,随着我国循环流化床锅炉的大型化,许多问题也同时产生,漏渣就是其中之一。漏渣指的是炉膛内部布风板上的床料通过布风板漏进风室,造成风室内部堆积床料。漏渣现象不仅与布风板上的风帽结构有关,同时也与整个布风板上风帽的布置方式有关。当布风板的面积比较大、循环流化床锅炉在低负荷运行、床料的破碎性很强因而小粒径床料很多、炉膛内部的压力波动比较严重时,如果仍然采用低阻力的风帽,漏渣的现象就可能非常严重。循环流化床锅炉的炉膛布风板面积甚至超过。随着循环流化床锅炉的炉膛布风板面积的不断增大,保证床料均匀流化的难度越来越大,漏渣的可能性也越来越大。漏渣不仅造成循环流化床锅炉内床料的损失,而且容易造成风室壁面的磨损,严重时,风室被漏渣填满迫使循环流化床锅炉停止运行。为了避免布风不均匀和漏渣现象,通常采用阻力较高的风帽,而在循环流化床锅炉实际运行中,又不能一味采用高阻力的风帽,如果风帽阻力过大,将增加烟风系统的阻力,进而增加循环流化床锅炉运行的风机电耗,影响机组经济性。因此,在循环流化床锅炉大型化发展、床面积相应增大的情况下,如何经济地实现均匀布风、保证床料的均匀流化并避免漏渣等现象,是布风装置设计中需解决的首要问题。风帽及布风板是布风装置中最为关键的部分,优化风帽及布风板设计对于循环流化床锅炉的正常安全经济运行有很重要的意义。关于当前风帽及布风板的实际应用和研究进展,国内外己有大量文献报导。（二）风帽技术进展如前所述,目前在我国循环流化床锅炉中广泛使用风帽式布风板。而风帽作为布风板上最重要的部分,其结构、尺寸以及在布风板上的布置方式等,直接影响到循环流化床锅炉的运行。要考察一种类型的风帽是否能够应用于循环流化床锅炉,就应该从阻力特性、防漏渣性能等几方面考虑。当前实际应用中的风帽种类繁多,主要有蘑菇型风帽、型定向风帽、箭型风帽、型猪尾巴风帽、钟罩型风帽及内嵌逆流柱型风帽等几种,见图。常见风帽结构示意图蘑菇型风帽外形有风帽头,风帽小孔采用四周侧向开孔,每个风帽开孔一个。可以一排或双排均匀布置,小孔直径一般采用一,小孔中心线成水平,也可向下倾斜,以利于风帽间粗颗粒床料的扰动。风帽小孔既可开在风帽头上,也可开在风帽头下。这种风帽阻力较小,气流的分布均匀性较好,流化性能较好,但存在着排渣不畅的问题。此外,由于风帽内部结构简单,而且阻力特性受小孔风速影响较大,低风速下阻力较低,容易发生漏渣现象,所以这种风帽在大型循环流化床锅炉上的使用也越来越少。瑞典公司于年申请了蘑菇型风帽专利,国内也有相关的蘑菇型风帽专利'一'。目前使用蘑菇型风帽的有湖北松源发电有限责任公司的两台比锅炉,它们在运行过程中存在较为严重的漏渣和磨损问题。型定向风帽包括一段竖直向上的柱型主风管,主风管下部固定在布风板上,与风室连接。主风管上部进入炉膛内部,并在顶端附近与一喷口管相通,喷口管中心线与主风管中心线成一定角度毛。相连。空气通过主风管和喷口管,最后吹入炉膛底部。型定向风帽很好的解决了排渣不畅的问题,使床料横向混合强度大大增加。为了保证流化质量,型定向风帽采用较大喷口面积,阻力较小,随之带来漏渣问题,并且磨损问题也没有解决。美国公司分别于年和年申请了'型定向风帽专利。此外,还存在一种改进的定向风帽,其结构如图。这种结构的定向风帽可以相对较好的解决漏渣问题。国内也有相关的型定向风帽专利一。这些国内专利都是在定向风帽的基础上进行改进,比如安装耐热金属片挡板,或者添加迷宫式金属片,达到防漏渣的目的,又比如安装包护套或者侧部加强筋,达到防磨损的目的。但是由于漏渣、磨损问题没有得到根本解决,美国公司在年以后新推出的循环流化床锅炉中己经很少整体使用。我国目前仍然有一些循环流化床锅炉使用型定向风帽。这些锅炉普遍的问题是存在比较严重的漏渣现象,以及因密布导致临近风帽的高速气流吹扫而产生的风帽的严重磨损一。改进型定向风帽结构示意图箭型风帽由主风管及连接在主风管上部的喷口管组成,其特征是有两到多个喷口管,且每个喷口管的中心线与主风管的中心线之间的夹角为45°-18，由于风帽朝向布风板,风帽射流难以冲刷到周围风帽,解决了型风帽射流前后相吹造成的风帽磨损问题。风帽喷口斜向布风板,漏渣倾向较型风帽有所减弱。美国公司于年申请了箭型风帽的专利,国内也有相关的箭型风帽专利。上海锅炉厂有限公司引进技术生产的循环流化床锅炉上采用了箭型风帽。美国公司的电厂的两台比锅炉使用的即为箭型风帽,实际运行表明,箭型风帽能够较好的解决原有的因风帽堵塞而造成的被迫降低负荷甚至停产的问题。而日本纸板公司的号比锅炉在改造后也使用了箭型风帽,运行情况表明箭型风帽可以有效阻止床料通过风帽进入风室。景德镇电厂所使用的SG475t/hCFB比锅炉原设计使用的也是箭型风帽,运行过程中存在着较为严重的漏渣问题,曾多次被迫停炉。上海交通大学在原有对称式箭型风帽的基础上,结合了型定向风帽的特点,设计出侧置箭头式风帽,其结构如图,。该风帽既继承了对称箭头风帽的抗磨损、抗漏渣特性,同时又继承了型定向风帽排渣导向性较强的优点,并在包头第一热电厂的风帽改造中取得成功。型猪尾巴风帽则是完全内置于布风板耐磨耐火材料里,上段管口和下段管口均分别竖直接入炉膛底部和风室,中段横向埋于耐磨耐火材料内,因外形类似猪尾巴而得名。由于风帽完全埋在耐磨耐火材料里面,所以磨损量较小,而且因为采取型,所以没有漏渣问题,其主要问题是运行若干时间后,在水平段和垂直向上的出风管中,不可避免地出现部分被床料堵死的问题,清理非常麻烦。德国公司于年申请了型猪尾巴风帽专利。波兰电厂采用的为型猪尾巴风帽,布风均匀,不存在磨损与漏渣现象,但布风板阻力较大,且停炉几次之后风帽的弯管部分易堵塞,需要用高压空气吹扫,清理工作量较大。杭州协联热电有限公司的确锅炉用的是型猪尾巴风帽,从运行情况看,只要不是在耐磨耐火材料施工时堵塞了风帽,或煤中的小铁件堵塞了风帽,风帽的疏通与清理是比较容易和方便的,型猪尾巴风帽非常适合于炉底中心排渣方式的循环流化床锅炉。四川内江电厂的比锅炉使用的也是型猪尾巴风帽,从运行情况看,防漏渣性能较好,但布风阻力设计偏大,造成一次风机电耗增加,增加了厂用电。钟罩型风帽由于其较好的防漏渣性能近年来得到了较为广泛的应用。该型风帽内加有一内套管,其下端固定在布风板上,风帽扣在内套管的上端,风帽的下端四周开有数个风帽布风孔,整体外形类似钟罩。由于风帽内部为迷宫式结构,所以即使在低负荷下运行、压力波动比较大时,也能较好的防止漏渣。但该风帽普遍存在以下不足风帽暴露于浓相区,易受床料的磨损,小孔射流夹带的床料对相邻风帽造成的磨损等。国内有不少钟罩型风帽的相关专利一,这些风帽内部均为迷宫式结构,均有较好的防漏渣性能。无锡太湖锅炉有限公司设计的旋转气流防脱落风帽则是在常见钟罩型风帽的基础之上进行了一些改进,将风帽头的出口小孔改为旋涡式,可减少风帽之间互相冲刷,其结构图如图所示。法国公司和我国上海锅炉厂有限公司、哈尔滨锅炉厂有限公司等锅炉生产厂家采用了钟罩型风帽。开封火电厂和新乡火电厂使用的比锅炉,江西分宜电厂使用的亦锅炉,沈阳热电厂使用的比锅炉,华电淄博热电有限公司使用的比锅炉等使用的都是钟罩型风帽。普遍的运行情况表明,钟罩型风帽具有布风均匀、防结焦和便于维修等优点,风帽在正常情况下也能够防止漏渣。但是沈阳热电厂的运行情况表明,长期运行后钟罩型风帽的根部外套管会产生磨损,细小床料由磨损处漏至风室,床料积累的一定程度就会会堵塞一次风通道,影响锅炉的正常运行。旋转气流防脱落风帽（三）风帽及布风板研究进展目前关于循环流化床锅炉风帽及布风板流动特性的定量研究国内外的文献报道较少。国外由于起步较早,理论基础和实验基础发展相对较好,有许多研究是在大尺度实际工程应用的循环流化床锅炉上,尤其是大型循环流化床锅炉上进行的,这些研究得到的成果相对实验室里的研究成果更接近工程应用的情况。波兰业大学的等人对安装在的循环流化床锅炉上的箭型风帽进行了数值计算和实验研究。通过研究验证了风帽设计存在的主要问题,并提出了一种风帽结构上的修改建议,通过修改可以使风帽有效阻止床料进入风室进而造成漏渣现象的发生。波兰工业大学的〔等人对实际工程应用的循环流化床锅炉炉膛底部的床料流动行为进行了实验研究。实验在两台的循环流化床锅炉上进行,这两台锅炉的风帽构造互不相同。研究结果显示在实际工程应用的循环流化床锅炉炉膛底部存在着强烈的湍流流动。在风帽附近存在着很大的垂直和水平压力梯度,这一方面可能导致床料从风帽进入风室产生漏渣现象,另一方面导致底部布风不均匀。中国石油大学郭庆杰和德国一工业大学的,,对风帽不同参数和布置方式的循环流化床的流动行为进行了较为深入的实验研究。在研究布风板的布风均匀性时,用那布风板中各风帽中最大的速度与所有风帽的平均速度之比反映流动速度分布的均匀性,比值越接近,说明均匀性越好。研究发现,风帽的进风管道内径是决定阻力的关键因素,阻力越大,。就越接近,布风均匀性也就越好。另外,通过比较循环流化床底部区域在分别安装高阻力风帽和低阻力风帽时床料颗粒浓度的分布情况,指出高阻力风帽的流化质量较好,使得床料被吹起而不是堆积在布风板上。除此之外,研究还通过实验证实了压力波动导致漏渣现象的发生。结论循环流化床锅炉因具有然适应性广、负荷调节性强及环保性能优良而日益得到人们的重视。尽管我国循环流化床锅炉起步时间晚但近些年发展非常迅速，但是相比于其它燃煤锅炉，循环流化床锅炉的设计规律还没有被完全掌握，造成在实际运行中存在诸多问题。在循环流化床锅炉大型化发展、床面积相应增大的情况下,如何经济地实现均匀布风并避免漏渣,是风帽及布风板设计中需解决的首要问题。参考文献：[1]史磊,刘海峰,高洪培,等.一种循环流化床锅炉风帽及具有该风帽的布风板:,CN210772139U[P].2020.[2]刘建国.690t/h循环流化床锅炉风帽漏渣研究与治理[J].价值工程,2021,40(30):3.[3]赵光年,李海,江修林,等.循环流化床锅炉风帽改造经验交流[J].2020.[4]陈兆镠.循环流化床锅炉炉膛风帽检修浅谈[J].通讯世界,2018(6):2.[5]宋党伟.一种循环流