220t/h循环流化床锅炉节能改造

2018-10-11李瑞宇江志铭喻孟全

机电工程技术 2018年8期

李瑞宇，江志铭，喻孟全，李欢

（1.广东省特种设备检测研究院顺德检测院，广东佛山 528300；2.广东省特种设备检测研究院珠海检测院，广东珠海 519000）

0 前言

某造纸厂一台220 t/h锅炉，为中温中压、高温旋风分离循环流化床锅炉，单锅筒、自然循环水管，半露天布置。锅炉主要参数为：额定蒸发量220 t/h，额定蒸汽压力3.82 MPa，额定蒸汽温度450℃，给水温度150℃，一二次风比例60∶40。此CFB锅炉为济南锅炉厂生产，采用后墙两路进风方式，经长时间运行后，出现风室内部气流分布不均衡、布风不均匀、锅炉易结焦、流化效果差、一次风机电耗高等问题[1-3]，急需节能改造。

1 现场调研及原因探查

循环流化床锅炉由于其具有燃烧适应性广、效率高、高效脱硫、氮氧化物低排放等优点被广泛应用于工业企业，其工作原理图如图1所示。

1.1 现场调研情况

（1）助燃空气量偏大；

（2）风帽磨损、堵塞、漏料较严重；

（3）床料流化不均匀；

（4）空气预热器漏风严重、厂用电率过高；

（5）排烟热损失偏大，排烟中O2含量严重超标，烟道平均含量达9%。

图1 循环流化床工作示意图

1.2 系统测试原因分析

（1）进风口内没有均流装置，进风气流分布不均匀；风室内没安装均流装置，气流分布更加不均匀。

（2）风帽结构陈旧，所用钟罩式风帽易磨损、堵塞、漏料，风帽安装不到位，未做到风帽喷孔相互对吹，磨损加剧[4-5]。

（3）为了使床料全部流化，需加大一次风送风量，但由于风室内部结构，流化风分布不均导致部分风帽气流速度过高，远远高于流化速度，助燃风量曾大[6-7]。

（4）一次风量增大，风室内风压增高，导致风机耗能增高。

（5）过高的风速将大量细小颗粒直接带出炉膛，在锅炉后部燃烧；导致排烟温度较高，达到170℃，同时也导致排烟O2量较高达9%，能耗偏高。

2 计算机数值模拟分析

为了进一步准确查找热效率低原因，首先利用CFD模拟分析软件[8-9]对其一次风风室内的气流分布情况和风帽结构进行了精确计算。

2.1 改造前模拟分析

（1）改造前风室结构

改造前循环流化床锅炉风室结构如图2，流场速度分布平面图如图3所示。分析发现：风室内气流分布严重不均匀，某些区域气流量明显小于其他区域可见，气流直接冲向前墙，风帽区中心明显存在低速区，流化状态不好；一次风将炉膛料层部分区域物料吹向稀相区，造成水冷壁磨损更增加旋风分离器的工作压力。

图2 改造前风室结构图

图3 气体流场速度分布图

（2）改造前风帽结构

改造前循环流化床锅炉风帽结构如图4所示，流场速度分布平面图如图5所示。分析发现：风帽出口形成“对吹”现象[8]，对物料形成向上和向下的垂直流动，且向上流动速度偏高，易导致布风板上方受风帽出口流体向下的正压力形成堆料，锅炉正常运行时容易结焦。

综合改造前风室与风帽的多种不合理因素，结合现场情况得出；模拟结果与上文的原因初步分析完全一致，可进行改造后模拟分析研究。

图4 改造前风帽结构图

图5 气体流场速度分布图

2.2 改造后模拟分析

（1）改造后风室结构

改造后循环流化床锅炉风室结构如图6所示，流场速度分布平面图如图7所示。分析发现：出口速度相对较高，且一次风能够成一定角度冲击并圈吸布风板上方床料，可达到将物料流化，减少床料的堆积，彻底消除布风板气流分布不均匀、堵塞、漏料、易磨损等现象。

（2）改造后风帽结构

改造后循环流化床锅炉风帽结构如图8所示，流场速度分布平面图如图9所示。分析发现：出口速度相对较高，且一次风能够成一定角度冲击并圈吸布风板上方床料，能够很好地将物料流化，减少床料的堆积，彻底消除布风板气流分布不均匀、堵塞、漏料、易磨损等现象。

采用经过改良的新型风帽，风速斜向下方，不吹向临近风帽，彻底消除了风帽磨损、烧毁、漏料问题。布风板上风帽的出口气流分布基本均匀，流化状态较好，验证了改造思路的正确性。

图6 改造后风室结构图

图7 气体流场速度分布图

图8 改造后风帽结构图

图9 气体流场速度分布图

3 改造前后节能效果对比

目前节能改造工作已经顺利完成，根据第三方权威机构提供的测试报告，节能效果相对明显，如表1所示。

表1 锅炉相关参数

排烟温度由169.5℃下降到158.1℃，排烟过量空气系数由1.77下降到1.58，锅炉热效率由85.9%提高到88.65%，锅炉热效率提高2.75%。此锅炉一年烧掉20万t原煤，按锅炉效率提高2.75%计算，每年节约原煤5 500 t，折合人民币200万元左右，标煤3 000 t以上。改造完成后，流化锅炉的结焦、磨损、堵塞、漏料等安全事故的发生率会极大降低，检修周期会极大延长，对流化锅炉的监管会更加便利，其经济和社会效益无法估量。