循环流化床锅炉风帽存在问题及对策.doc

循环流化床锅炉风帽存在问题及对策 摘 要：分析了CFB锅炉各种风帽的优缺点。提出在设计、制造方面优化解决风帽磨损、漏渣、定向排渣综合问题的对策。提出了新型优化风帽-环缝回流多喷口定向风帽的设想。 关键词： 风帽 CFB锅炉 1 定向风帽漏渣问题及对策 据不完全统计，我国现有两千余台大中小型循环流化床锅炉应用于火力发电厂。风帽是循环流化床（CFB）锅炉的重要部件，是炉内高温高磨损下的易损部件，风帽的质量直接影响CFB锅炉的流化工况和燃烧的稳定性，是CFB锅炉安全运行的保证。CFB锅炉的布风板风帽一般有以下几种型式：一种是“猪尾巴”式风帽（喷嘴）；一种是定向风帽；另一种是钟罩式风帽；还有一种是蘑菇式风帽。“猪尾巴”式风帽非常适合于炉底中心排渣方式的CFB锅炉。钟罩式风帽在应用时不断在材料、结构、连接方式上作加以改进，更趋合理、耐磨、不漏渣。蘑菇式风帽用在中小型的CFB锅炉上居多。定向式风帽比较适合于风冷选择性侧排渣方式的CFB锅炉，其缺点是在运行中“帽子”容易被吹破，如果大面积出现这种情，会导致浓相区的气流紊乱和堵塞一次风通道。 1.2 定向风帽的磨损分析 采用形定向风帽的440t/h级CFB锅炉布风板风帽磨损和漏渣较严重。440t/h级CFB锅炉内密布的形定向风帽(见图1 )约2600多只(见图2 )。形定向风帽即使不磨破也有漏渣现象，加上磨破的风帽引起严重漏渣，大量的灰渣（床料）经风帽漏至水冷风室及点火风道，越积越多，会堵塞一次风通道，对锅炉正常运行流化危害极大，甚至会被迫停炉；漏渣还会在一次风的扰动下，对水冷风室内衬造成严重磨损，细小颗粒随一次风进入风帽会使其内壁受到磨损。风帽磨损有以下几种情况：流化的料粒碰撞冲刷风帽外壁使风帽外壁受到磨损，只要风帽材质较好，这种磨损比较缓慢。 漏入水冷风室的灰渣的细小颗粒可随一次风进入风管使风帽内壁受到磨损，只要风帽材质较好，这种磨损比较缓慢。 床上密布的形定向风帽其外壁有可能受到临近风帽的高速气流吹扫会产生严重磨损，这种磨损不但严重而且快速。每次停炉都要仔细检查风帽外壁磨损程度。 通过对近十台已投产440t/h级CFB锅炉定向风帽磨损和漏渣情况的多次调研发现，普遍存在风帽磨损漏渣严重、防磨措施不力和检修工艺不当的问题。最为严重的是上述第3种情况即临近风帽的高速气流吹扫产生的风帽严重磨损。 调研和综合分析后发现形定向风帽存在严重影响机组安全生产的两大缺陷：形定向风帽即使不磨破也有比较严重的漏渣现象，风帽密布导致因临近风帽的高速气流吹扫产生风帽的严重磨损漏渣。 CFB锅炉的用户们电厂皆呼吁急需改进措施。提高布风板实际工作压降（增大阻力）是减少漏渣的主要改进措施如风帽小孔直径改小、下倾角（小孔轴线与水平夹角）改大、提高一次风量、风压等；多年的实炉运行效果证明钟罩式风帽（其内、外管间形成转折的环缝风）不漏渣且磨损较轻（磨损仍不可避免）；中科院研发的大口径内嵌逆流柱型风帽结构独特也可有效防止漏渣且磨损较轻（磨损仍不可避免）。但因风帽是循环流化床的核心和关键部件，对它的改造必须慎重，失败了则直接和间接损失惨重。从根本上解决形定向风帽磨损漏渣问题，还需锅炉制造厂拿出改造方案，积极研究探索。许多电厂在锅炉制造厂的指导下用钟罩式风帽代替定向风帽。现在出厂的CFB锅炉几乎都采用了钟罩式风帽。 1.3 定向风帽的漏渣问题与对策 在形定向风帽彻底改造前：可采用焊防磨套的技术措施解决风帽磨损漏渣问题。 与电厂目前采用的更换风帽的办法相比焊风帽防磨套（耐磨罩）的方案在效果、造价、工期、工艺上都有较突出的优点（见表格）：检修工艺简单、检修费用低廉、检修工期很短、更换件较小，不需要打掉和重浇浇注料因而也不需要考虑烘干养护，施工完后可立即启动机组。每次停炉只要仔细检查风帽外壁磨损程度，对磨损量大于2mm的风帽立即焊上防磨套（瓦），对因磨穿而更换的新风帽也立即焊上防磨套（瓦）。用防磨套的磨损来代替风帽的磨损，不再需要更换风帽。防磨套（瓦或耐磨罩）见图4、5、6。在点焊时选用耐热不锈钢CHE402焊条，耐磨浇注料不平的地方可先围绕风帽根部凿出适当环形槽使防磨套与风帽上部紧密接触。成都兴宇精密铸造有限公司生产的风帽防磨套（耐磨罩）系在给东锅长期配套供货的基础上根据电厂使用情况加以改进，可避免风帽被拦腰磨断。 安装时需注意检查每一个定向风帽的通流面积应相同，消除各定向风帽间存在的阻力不平衡。 更换风帽的办法 焊防磨套的方案 检修 工艺 复杂（打掉浇注料、磨掉点焊处松动风帽、更换风帽、点焊、重浇浇注料、考虑烘干养护） 简单（直接点焊防磨套）。 检修 费用 大（需大量人力加班加点，需要雇佣临工，费用可达风帽采购价的30%左右，因多是抢修、工作环境污染大且苦、脏、累，比预算规定的费用要大） 小（只需少量焊工和力工，不需要雇佣临工，只有风帽采购价的3%左右） 工期 长（因检修工艺复杂导致检修工期较长） 检修工期短 易损件费用 较多 较少（只有风帽价格的约60%） 使用效果 河南某电厂在采取上述措施后，解决了形定向风帽磨损漏渣问题，内漏也大大减小。通过对定向风帽加装防磨罩，锅炉连续运行近180多天没有出现风帽严重漏渣现象！ 其它防止风帽严重漏渣对策：在点火风道底部安装放渣插板门以方便排渣（被动的办法）。 1.4定向风帽的内漏渣问题与对策 1.4.1定向风帽的内漏渣问题 诸多电厂采用定向风帽的循环流化床锅炉在运行中出现了炉膛布风板严重内漏渣的问题，必须频繁停炉进行风室（水冷风室和点火风道平衡风室）清渣，是困扰该种风帽的CFB机组稳定运行的最主要的原因之一，严重影响了锅炉机组的安全与经济运行。由于该种CFB锅炉漏渣严重，大多电厂虽都经过多次改造，均未得到理想改善。后来不得不将风帽改为钟罩式风帽。 严重漏渣发生在锅炉停用油枪进入投煤热态运行后（床层变厚床压较大），在较短的时间内就在水冷风室中积存大量的炉渣，漏渣的颗粒粒径与组成的分布与排入冷渣器的底渣完全相同，而且漏渣的位置并不完全固定。在锅炉冷态实验与点火投油枪阶段定向风帽均没有明显内漏（此时一次风密度较大，床压较小）；采用同样的风帽结构和接近的开孔率的冷渣器风帽，却完全不发生内漏渣（该风帽出风孔径小的多且孔径与风嘴轴向长度比大于2.5）。 分析严重漏渣原因显然是由于布风板产生的压降在总压降中所占的比例太小。根据布风板的工作原理，当布风板的工作压降偏低时，流化床会运行在不稳定状态。在不稳定状态下，接近布风板的颗粒浓相区在流化床与固定床两个状态下随机转换，部分风帽在工作状态与非工作状态间转换，存在颗粒的扰动或脉动，极易发生漏料，但并不会造成结渣。同时，阻力较低的布风板，其气体出布风板风帽气流速度也会偏低(局部)，不足以托住床料颗粒，易形成局部漏料。当床层厚度增加时漏渣的可能性随之增加。另外，锅炉的运行中，一次风运行风量偏低也是定向风帽内漏渣一个原因（风帽实际阻力较小）。 对高阻力布风板，只存在唯一的稳定工作点，任何偏离工作点的扰动都将自动回复；当床层某一部位由于偶然因素是气泡流量增大，则压降降低，流速随之趋于增大，但布风板的阻力压降将以更大的幅度增加，从而控制流速增加，抑制布风恶化。 1.4.2 对策 委托有资质单位对风帽进行阻力测试，冷态达锅炉正常流化对应的风速时，定向风帽阻力应有5000Pa左右，这种风帽在热态时几乎不漏渣。这种风帽应能采购得到，河南某电厂已使用这种定向风帽多年，保证了锅炉正常运行，参见1.3 定向风帽的漏渣问题与对策。需注意的是要保证风帽内孔粗糙度和几何尺寸的均匀性以便保证出口风速的均匀性。 提高布风板阻力（实际工作压降）是减少漏渣的主要改进方法。理论上讲如减小布风板开孔率、运行中尽量提高一次风风量、提高一次风温等措施也有效但实际调节的幅度受到限制因而效果不很明显。还是要在风帽的设计制造上找原因。 2 克服漏渣又能定向排渣的风帽环缝回流多喷口定向风帽 2.1两种风帽优缺点分析 我国目前已是世界上在电厂使用循环流化床锅炉（CFB锅炉）最多的国家，已经运行的大小循环流化床电站锅炉有2000多台，其中410t/h以上大型循环流化床电站锅炉有140多台。循环流化床电站锅炉靠布风装置使固体床料流化，而风帽是布风装置中最重要最关键最的部件。风帽的种类非常多，目前得到最广泛应用的有钟罩式风帽和字型定向风帽等（见图7），两种风帽在使用中各有优缺点存在。风帽是循环流化床锅炉重要燃烧部件，是炉内高温高磨损下的易损部件，风帽的质量直接影响到循环流化床锅炉流化工况、燃烧的稳定性、机组的安性。 字型定向风帽的突出缺点是漏渣。这已是其在运行中的一个常见的令人不能容忍的问题，通常情况下，少量漏渣不可避免，对锅炉的正常运行影响不大，但其往往出现大量漏渣，导致频繁停机进行风室清渣，严重影响了循环流化床锅炉发电机组的安全与经济运行。字型定向风帽的突出优点是可使流化床底料产生定向流动，在炉底形成的气流流向可以将粗颗粒床料吹向排渣口，能顺利排渣。 钟罩式风帽，每个风帽由较小直径的内管和较大直径的外管组成，外罩与内管之间用螺纹连接。这种风帽具有流化均匀，不堵塞，不磨损，安装维护方便等优点。钟罩式风帽的突出缺点是不能使流化床底料产生定向流动，排渣不畅（得将床面倾斜才能排渣）。钟罩式风帽的突出优点是风室内进风气流流向迂回弯转沿下圆周侧向喷出，可有效防止漏渣；风帽出口风速高，对炉底部粗颗粒产生强烈扰动，以防止结焦同时也有利于风帽的冷却，不易烧坏风帽，床内细渣不会漏入风室。大直径钟罩式风帽的阻力明显高于普通小孔风帽，这使得布风板即使在低负荷下也能保证布风均匀，但同时也增大了风机耗电。 2.2环缝回流多喷口定向风帽特点 新型设计风帽-环缝回流多喷口定向风帽，综合了钟罩式风帽和字型定向风帽的长处，克服了两者的缺点，其突出优点有： （1）.环缝回流的结构独特，可有效防止漏渣； （2）.可使流化床底料产生定向流动，在炉底形成的气流流向可以将粗颗粒床料吹向排渣口，不需床面倾斜即可顺利排渣； （3）.采用优质耐热合金钢作为风帽材料，耐磨性好，顶部和风管在运行一段时间后可视磨损情况焊上另外设计的防磨罩，检修维护方便； （4）.风帽阻力适中，保证物料均匀流化，防止结渣。 2.3环缝回流多喷口定向风帽的应用 在CFB锅炉排渣口的附近布置环缝回流多喷口定向风帽可使流化床底渣产生定向流动，在炉底形成的气流流向可以将粗颗粒床料吹向排渣口，不需床面倾斜即可顺利排渣。 在原流化式风水冷渣器中采用环缝回流多喷口定向风帽可使该冷渣器避免诸多疑难问题。 也可以在流化床大面积布置环缝回流多喷口定向风帽，它的优势会更加充分地发挥出来。实践证明原字型定向风帽流化方面还是很好的，仅因为严重的漏渣问题使用户纷纷将其改为钟罩式风帽；改为钟罩式风帽后就远离了棘手的漏渣问题，但又得面对钟罩式风帽排渣无方向性的问题。字型定向风帽如果不漏渣还是很好的风帽，环缝回流多喷口定向风帽应运而生是一种全优的风帽，汇集了诸多风帽的优点又克服了诸多缺点，必将发挥应有的作用。 3 大直径钟罩式风帽存在问题及对策 3.1大直径钟罩式风帽特点及存在问题 哈锅440t/h级风帽采用了大直径钟罩式风帽，罩体直径为159mm，其上开有8个孔径为22.5mm风孔；罩体与进风管采用螺纹连接，以便罩体损坏后易于更换。这种风帽具有流化均匀，不堵塞，不磨损，安装维护方便等优点。风帽阻力系数可达4.0（普通小孔风帽的阻力系数一般为2.0）。大钟罩式风帽的阻力明显高于普通小孔风帽，这使得布风板即使在低负荷下也能保证布风均匀，但同时也增大了风机耗电。但该风帽仍存在以下问题：床底部渣流没有方向性，侧墙排渣时需将浇注料表面抹成斜面以利于排渣；风孔射流夹带的物料对相邻风帽造成磨损问题；高阻力系数同时也增大了风机耗电；易风帽脱落漏渣的现象； 重量大，造价高。3.2 大直径钟罩式风帽磨损与对策 循环流化床锅炉风帽的磨损问题是很突出的，大直径钟罩式风帽主要磨损区域在与其相邻的风帽的风孔所对的地方，且磨损区域形状呈近半圆形（图8）。分析其磨损机理，我们认为：从风帽的风孔出来的风夹带着砂粒对与其相邻的风帽进行冲击磨损，且风孔呈圆形，风总体向上运动，从而使相邻风帽的磨损区域呈近半圆形。大颗粒炉渣或煤矸石由于自重在一次风