第六章布风装置设计

1、第六章 布风装置设计174第六章第六章 布风装置设计布风装置设计布风装置结构和尺寸是否合理直接决定着流化床内物料的流化质量，从而影响锅炉的点火、运行，锅炉的燃烧、负荷特性，以及锅炉的安全性和经济性。6.1 布风装置的组成和作用布风装置的组成和作用流化床锅炉布风装置主要由布风板(包括支撑板和风帽)、风室和排渣管组成。布风装置的主要作用有：(1)支承静止床料层；(2)使空气均匀地分布在整个炉膛的截面上，并提供足够的动压头，使床料和物料均匀地流化，避免勾流、腾涌、气泡尺寸过大、流化死区等不良现象的出现；(3)将那些已基本烧透、流化性能差、在布风板上有沉积倾向的大颗粒及时排出，避免流化分层，保证正常流

2、化状态不被破坏，维持安全生产；(4)流化过程中，床料不向风室逆向流动(漏渣)。流化床锅炉采用的布风装置主要有风帽型、密孔板型等几种型式。风帽型布风装置是由风室、布风板、风帽和保护层组成，如图 6-1 所示。密孔板型布风装置是由风室和密孔板构成，如图 6-2 所示。 l-风帽; 2-保护层; 3-布风板; 4-冷渣管1-小直孔; 2-布风板; 3-风室图图 6-1 风帽型布风装置风帽型布风装置图图 6-2 密孔板型布风装置密孔板型布风装置密孔板型布风装置是由链条式炉排演变过来的一种布风装置。密孔板是一条狭长的炉排，其中开有密集的等边三角形排列的小直孔或锥形小孔，开孔率一般取 1015%，小孔风速

3、为 1520m/s，相应的布风板阻力只有 300800Pa 。故所需的风机压头较小，电耗较低。在布风装置的设计中，均匀布风是追求的主要目标。布风板还必须有足够的刚度和强度，能支承本身、燃料和床料的重量。压火及热风点火时，布风板不会受热变形，风帽不会烧损，并考虑到检修清理要方便。较大容量的循环流化床锅炉大都采用床下热风点火。为了克服高温热风带来的热应力，水冷布风装置应运而生。第六章 布风装置设计1756.2 布风装置的风帽形式布风装置的风帽形式6.2.1 蘑菇形风帽蘑菇形风帽蘑菇形风帽在我国大量使用。该风帽结构简单，易于制造，阻力设计简单，原理清晰，见图 6-3。但是布置数量比较多，主要用于 2

4、00t/h 级以下容量的循环流化床锅炉以及鼓泡床锅炉。6.2.2 S 形风帽形风帽(猪尾巴管形风帽猪尾巴管形风帽)猪尾巴形布风装置实际上是对密孔板形布风装置的改进，猪尾巴形的小弯管代替了小直孔或锥形孔，增大了布风板的阻力，提高了布风的均匀性。同时，也避免了细颗粒漏人风室，见图 6-4。该风帽为原奥斯龙的专利。S 形的小弯管代替了小直孔或锥形孔，增大了风帽的局部阻力系数，提高了布风的均匀性。该类型的风帽一般布置在耐磨保护层内，没有裸露在耐火层外的部分，因此基本没有磨损问题。但该类型的风帽有如下缺点：由于 S管开口是垂直向上的，因此物料颗粒也最容易直接落入风帽的垂直部分引起堵塞，导致布风板局部区域

5、流化风量不足而结焦，由于 S 形结构的固有特点，风帽堵塞后极难清理。奥斯龙公司提供的循环流化床锅炉，多采用这种风帽。6.2.3 大直径钟罩式风帽大直径钟罩式风帽钟罩式风帽是蘑菇形风帽的变形，最早由 EVT 公司开始使用。该风帽由内管和外罩两部分组成，见图 6-5。合理设计内管开孔尺寸及数量使布风板具有合理的阻力特性；风帽开孔尽量布置成对冲式，合理设计外罩开孔尺寸及数量，使风帽出口速度不至于过高，可大大的降低风帽的磨损情况；罩体水平方向开孔且孔径较大，不易被颗粒堵塞；风帽采用耐热钢精铸而成，使用寿命长；风帽数量少，易于检修；钟罩式风帽特有的结构布置可有效防止物料漏入风室。钟罩式风帽已经出现了很多

6、变形，如逆流式、内嵌式等，其原理与钟罩式风帽相同。6.2.4 定向风帽定向风帽(a) (b)图图 6-3 风帽的结构形状风帽的结构形状 (a) 蘑菇形 (b) 圆柱形 1-小弯管; 2-保护层; 3-布风板; 4-风室; 5-风室图图 6-4 猪尾巴形布风装置猪尾巴形布风装置图图 6-5 钟罩式风帽钟罩式风帽图图 6-6 定向风帽定向风帽第六章 布风装置设计176定向风帽结构如图 6-6 所示，独特的“”形定向风帽是 FW 的专利，炉膛布风板和冷渣器布风板都布置有定向风帽。定向风帽在炉底形成的气流流向可以将粗颗粒床料吹向排渣口，有利于渣的定向流动；能尽快将带有石块或其他杂质的床料排出；定向风帽

7、的口径较大，出口向下倾斜，不易堵渣。但由于定向风帽局部阻力系数低，为了保证足够的布风板阻力，必须提高风帽的出口速度，而且风帽开口方向均为排渣口方向，因此风帽经常发生后帽吹前帽的情况，导致严重的磨损。同时定向式风帽还容易出现床料倒流回布风风箱内等问题。我国也有采用定向风帽的。为了解决定向风帽的磨损问题，出现了箭形风帽，见图 6-7，这是原奥斯龙的专利技术，在我国演变成伞骨形风帽。其使用效果能够为运行接受。6.2.5 T 形风帽形风帽“T”形风帽见图 6-8，由于该类型风帽会出现大量物料倒流回水冷风室、磨损以及大型化后流化效果不好等问题，因此该类型风帽已逐渐退出了历史舞台，2003 年哈锅、东锅、

8、上锅在法国 ALSTOM 公司进行300MW CFB 锅炉的技术引进时，ALSTOM公司已明确该类型风帽在新工程中将不再使用。6.3 水冷布风板水冷布风板在布风装置的设计中，均匀布风是追求的主要目标。布风板还必须有足够的刚度和强度，能支承自身、燃料和床料的重量。压火及热风点火时，布风板不会受热变形，风帽不会烧损，并考虑到检修清理要方便。较大容量的循环流化床锅炉大都采用床下热风点火。为了克服高温热风带来的热应力，水冷布风板应运而生。某台 100 MW CFB 锅炉的水冷布风板见图 6-9，由锅炉前墙水冷壁管 146 根中的 48 喷口管 主风管 图图 6-7 箭形风帽箭形风帽1-小弯管; 2-保

9、护层; 3-布风板; 4-风室; 5-风室图图 6-8 T 形风帽形风帽图图 6-9 水冷布风板水冷布风板第六章 布风装置设计177根拉稀成膜式板，折向后墙，由前向后向下倾斜 4，以利水的自然循环。其扁钢上焊接大直径钟罩式风帽，共同构成水冷布风板。6.4 风室设计风室设计一次风风室的作用是为一次风在进入布风板前提供一个空气稳压区，是一个动静压转换的场所，这样有力于布风的均匀性。由于大型循环流化床锅炉中采用床下启动技术的较多，因此风室一般设计成水冷型，既风室、布风板做成水冷壁的一部分，与下部水冷壁做成一体。一次风引入一次风箱的方式通常有下部垂直引入和水平引入两种。下部引入方式在风室内得到的流场较

10、好，但由于结构的原因，该布置方式的锅炉炉膛较高。另外一种就是沿水平方向引入，该类型的风室分等压风室与普通风室两种。等压风室的结构特点是具有倾斜的底面，见图 6-10，有利于使风室内的静压沿深度分布更加均匀。这样可使一次风在进入风室后流场更加合理。在一次风的静压与动压相当条件下，如小型鼓泡床锅炉中，等压风室的设计是必要的；在静压远大于动压，如循环流化床条件下，一般的等压风室的设计是没有意义的。在倾斜底面距布风板的最短距离(H)称为稳压段，其高度一般不小于 500 mm，底边倾角一般为 815，风室的水平截面积与布风板的有效截面积相等。为了使风室具有更好的均压效果，在设计中还应注意，气流在风室的上

11、升速度不应超过 1.5 m/s，进入风室的气流速度应低于 10 m/s。流化床锅炉一次风布风系统阻力较大，一般布风板压降在 40006000Pa 左右，而一次风风室的压降一般仅有 100Pa 左右，占整个布风系统的 1.53，对布风板布风的均匀性影响不是很大，因此在结构布置较困难时不必强求等压风室设计，例如引进技术的 300MW CFB锅炉采用的就是非等压风室设计。6.5 支撑板的设计支撑板的设计布风板包括支撑板和风帽两部分。支撑板的作用是支承风帽和循环物料的重量，初步分配气流。绝热布风板相对比较简单，支撑板结构设计比较灵活，见图 6-11。1-风室; 2-布风板图图 6-10 等压风室等压风

12、室图图 6-11 风帽型布风板结构风帽型布风板结构第六章 布风装置设计178为便于固定和支承，花板的实际加工尺寸要大些，每边应多留 50100mm，考虑到花板的膨胀，花板的尺寸也可以取与炉外墙尺寸一样。支撑板的有效面积的确定在流化床锅炉设计中占有重要的地位。支撑板有效面积的大小直接与锅炉的负荷特性相关。一般在设计中先确定运行风速，然后据此计算花板有效面积Ad。 (6-1)o1dm273101325273QT )AP W（式中 Ad支撑板有效面积，m2；Q1通过布风板的一次风量，Nm3/s；T床温，； P布风板上的压力，Pa；Wm布风板处流化速度。布风板的截面积确定后，还应确定布风板的宽度和深度

13、尺寸，宽度通常取炉膛的宽度，然后用 Ad除以宽度即可确定深度尺寸。对于水冷布风板，其结构设计要考虑水冷壁管节距的要求，结合风帽的布置要求进行设计，布风板的强度可以通过改变管子壁厚和管径的方法实现。6.6 风帽的设计风帽的设计风帽的作用在于通过自身足够的压降使进入布风板的空气产生第二次均流，并具有一定的动能，以减少初始气泡的生成和底部粗颗粒产生强烈的扰动，避免粗颗粒的沉积，减少冷渣含碳损失。6.6.1 中小型中小型 CFB 锅炉风帽设计锅炉风帽设计目前广泛采用的是蘑菇式小风帽，它有带帽头的蘑菇形和无帽头的圆柱形两种型式，如图 6-3 所示。风帽的小孔可以是水平的，也可以向下倾斜 15。小孔向下倾

14、斜的风帽更利于使积存在小孔下面的粗颗粒产生扰动。蘑菇形风帽帽头直径为 5070 mm，圆柱部分直径为 4050 mm，小孔一般开在帽头上。若开在圆柱部分，容易使粒径较大的杂物卡在帽沿底部，使渣不易排出，堵塞风帽小孔。圆柱形风帽尺寸相对较小，可以在单位布风板面积上布置更多的风帽，提高风帽帽隙区的气流速度，避免粗颗粒的沉积，改善床的布风质量。同时，圆柱形风帽制造比较简单。风帽材质选择也很关键，一般应采用耐热铸钢。第六章 布风装置设计1796.6.2 大型大型 CFB 锅炉风帽设计锅炉风帽设计大型 CFB 锅炉风帽很少采用蘑菇形风帽，在我国多采用钟罩形风帽及其变形。风帽的设计比较复杂，通常采用定型设

15、计，布风板的结构随之确定。表 6-1 给出了典型的设计。表表 6-1 大型大型 CFB 锅炉布风装置设计数据锅炉布风装置设计数据名 称符号单位典型风帽风帽型式-钟罩式T 形定向风帽风帽数量Gfm个4963652676风帽节距S1，S2mm270，270177.8160，115风帽小孔数量Gfm个841风帽小孔直径dmm24.346.6风帽小孔风速Wfmm/s5647.068布风板截面尺寸a1b1m213.23.57.66.860 m2进口流化风量QBfm3/s(标)56.166.257.4进口流化风温度Bf232210259风室风压PfsPa150001600014950床层压力PBfPa60

16、0055004945排渣口数量Npz个222排渣口尺寸dpzmm4002002546.7 布风板阻力布风板阻力一般来说，布风板阻力愈大，床的布风愈趋于均匀。但布风板阻力大到一定程度时，对床的布风均匀性的改善已无多大意义，反而导致风机的电耗过大，因此要正确设计，使布风板具有恰当的阻力特性。布风板的阻力在保证锅炉在最低负荷时在 2kPa 以上，然后反推额定负荷时布风板阻力。布风板阻力设计主要包括风帽进口局部阻力pi、风帽沿程阻力pa、风帽出口局部阻力po和风帽帽隙出口局部阻力pc。风帽高度一般较小，pa可忽略不计；风帽帽隙的气流速度远低于风帽出口的小孔风速，pc也可忽略不计。因此布风板阻力为Pa2

17、22ogo2igioiduuppp (6-2)式中 i、o分别为风帽进、出口局部阻力系数，一般取i =0.5，对小孔为水平的风帽，o=0.95，对小孔下倾 15的风帽，o=1.64；ui风帽进出口气体平均速度，m/s；u0风帽出口小孔气体平均速度，m/s；第六章 布风装置设计180g气体密度，kg/m3。在热态流化状态下，料层阻力可以用下式计算：Pa)1 (sfmgHp (6-3)式中：Hf流化状态下的料层高度，一般可取为静止料层高度的 2 倍；s床料的真实密度，kg/m3；f空隙率，可取f=0.80.85。为了使流化床锅炉运行稳定，床料静止高度应维持在 500800 mm，相应的料层阻力为5

18、1006100 Pa。这样通过上面的公式就可以计算出风帽小孔的气流速度。但是在实际设计中，一般是根据经验来设计风帽小孔的尺寸和选取风帽小孔风速，然后利用上面的公式来检验设计的合理性。对于最大颗粒尺寸为 8 mm 的燃煤，取风帽小孔速度为u0=3060m/s对循环床，u0一般取高限值。在风帽小孔速度确定之后，用下式计算风帽小孔面积： (6-4)200om273273tuVBAj式中 a流化床中过量空气系数；Vo理论空气量，(标准)m3/kg；Bj计算燃料耗量，/s；t0进风温度，。再用下式计算每个风帽小孔数： (6-5)/(420dnAm式中 n风帽的数量；d0风帽小孔的直径，mm。风帽的计算往

19、往不能一次完成，而是要进行多次反复计算。在风帽小孔数、小孔直径及小孔风速之间相互进行调整，再进行布风板阻力校核计算，方能满足要求。布风板上水冷管吸热较弱，汽化不强烈，其倾角可较小，通常小于 15，如某 410 t/h循环流化床锅炉水冷布风板的倾角为 4，甚至一些设计为水平，运行中也是可靠的。水冷风室在循环流化床锅炉中应用较普遍。布风板似的水冷管向下弯曲 90构成风室后墙水冷管，然后弯曲延伸形成等压风室倾斜底板的水冷管，在水冷管之间焊上鳍片密封。流第六章 布风装置设计181 1-风帽; 2-耐火层; 3-绝热层;4-密封层; 5-支撑板图图 6-12 布风板保护层布风板保护层化床锅炉炉膛两侧墙水冷壁延伸至布风板以下，构成水冷等压风室的两侧墙水冷壁。水冷等压风室的前墙和与等压风室相连的热风管道都要在钢板外壳的内侧焊上销钉，然后依次敷设一定厚度的绝热耐火层。6.8 耐火保护层耐火保护层为避免布风板受热面挠曲变形，在支撑板上必须有一定厚度的耐火保护层，如图 6-12 所示。保护层厚度根据风帽高度而定，一般为 100150 mm。风帽插入支撑板以后，支撑板自下而上涂上密封层、绝热层和耐火层，直到距风帽小孔中心线以下 1520