高耐磨循环流化床锅炉风帽研究及应用

周亭亭 石东平

【摘 要】内蒙古华电乌达热电有限公司UG-480/13.7-M循环流化床锅炉，由于当初布风板及风帽设计经验的欠缺，造成机组运行中炉膛布风板阻力小，出现流化不均、结焦现象;飞灰底渣含碳量较同类型机组偏高;风帽磨损严重，造成水冷风室进渣，运行工况不断恶化;风机电耗增加，锅炉受热面存在磨损等问题;经过对风帽进行了技术改造后，改善了流化状况，降低了受热面磨损，延长风帽使用周期，提高了锅炉的可靠性、经济性。

【关键词】循环流化床锅炉;布风板;风帽

1改造前基本情况

内蒙古华电乌达热电有限公司（以下简称乌达电厂）两台锅炉是无锡锅炉厂早期产品，锅炉布风板布风板的横断面为15330×3700 mm2，水冷管屏的管子直径φ76×10mm，节距160mm，材料：20G，其上布置2130只内嵌逆流柱型风帽，风帽采用耐磨高温合金精密铸造并具有防漏功能，风帽的横向和纵向节距皆为160mm。

2013年针对设备存在的问题，利用机组检修期间通过技改工程对设备进行改造。布风装置改造后燃烧优化调整通过总风量、一二次风配比、上下二次风配比、运行床压等参数的调整，将最高点床温控制到960℃以内，平均床温降低10℃以上，较改造前降低明显;流化风量由改造前的220000Nm3/h降至175000Nm3/h;氧量由原来的甲侧4.0%，乙侧3.7%降至甲侧3.3%，乙侧2.5%;NOx排放值由改造前的330mg/Nm3，降至230mg/Nm3。三大风机的总电流（一次风机、二次风机、引风机）平均值为390A，对比改造前的434A，降低了44A;

改造后几年，机组一直处于高负荷状态下运行，导致炉膛布风板风帽出现不同程度的磨损。并且在机组检修期间，风帽的检修工作量较大，风帽损坏数量呈上升趋势。并且风帽芯管有脱落或磨损的情况发生;2015-2016年相继对机组回料阀及分离器入口烟道进行优化改造，改造后炉膛返料量增加，锅炉床温降低，石灰石投入量降低，但是返料量增加后对炉膛风帽的磨损加剧，而且冷渣器喷渣严重，多次烫伤检修人员。2018年后，#1、2锅炉相继发生了因风帽磨损，芯管断裂造成的水冷风室进渣问题，导致#1.2锅炉运行参数异常，床温较高，机组负荷受限，影响机组发电量;另外，风帽和芯管磨损脱落后，布风板阻力特性发生改变，布风均匀性降低造成锅炉床温分布偏差升高，炉内干法脱硫用石灰石粉投入量增加，生产成本提高，机组运行的经济性降低。

2改造的理论依据

循环流化床锅炉炉内流态化的稳定由水冷风室布风板压降和料层压降两部分共同决定，水冷风室布风板压降与气体速度u的平方成正比，而料层压降在流态化以后随u增大而减小。如果水冷风室布风板阻力偏低，风室压力就会如图1所示，出现不稳定状态，表现为在某一操作气速下出现三种工作点，布风板上某些区域气体以u2通过，形成气相通道而另外一些区域气体以u1通过，作为固定床无法流化固体颗粒层，而当脉动压力增值大于水冷风室布风板阻力时，床料就会漏入风室。因此给通过布风板的气流以一定阻力，能使布风板具有均匀的气流速度分布，取得良好的流化工况，并维持流化床层的稳定。

采用合理结构的风帽，能够优化布风板的阻力特性，减少风帽磨损，降低流化不良造成的结焦等风险，提高机组运行的安全性和经济性。

一般循环流化床锅炉设计布风板的开孔率3～5%，进一步减小风帽小孔尺寸，会造成高负荷运行时，流化风量进一步降低。锅炉运行时，当通过调整二次风量无法满足燃烧所需总风量要求时，需要通过增加流化风量的方式提高总风量;进一步提高流化风量，水冷风室布风板阻力会进一步提高，从而造成一次风机电耗加大。因此，布风板优化的条件（1）额定工况下，当流化风量满足正常流化需要，通过二次风调整能够达到锅炉燃烧所需总风量的要求;（2）大量运行经验表明，锅炉额定工况下布风板约占床层总阻力（布风板阻力加料层阻力）的1/3，才能维持床层的稳定运行。

解决床料进入水冷风室，能够优化布风板的阻力特性，降低流化不良造成的结焦风险，提高机组运行的安全性和经济性。

3改造方案

烏达电厂通过调查走访无锡锅炉厂和周边循环流化床锅炉电厂，并结合现场的实际运行情况，确定了冷渣器喷渣和床料进入水冷风室的解决方案：

1.（1）风帽的芯管与布风板鳍片连接部位进行满焊，保证严密性;（2）将水冷风室顶部轻质保温料进行拆除，将芯管与布风板鳍片进行焊接;（3）将风帽芯管加装1个套管，套管与布风板鳍片进行满焊，风帽芯管与套管进行点焊固定。

2.在不改变风帽出风孔数量、大小及倾斜角度的前提下，取消原有风帽顶部的开孔与进风管堵头焊接的固定设计。将风帽的顶端四周设计增加8mm高的圆周状凸台。运行中灰渣在风帽顶部流化速度降低，解决风帽外罩与进风管堵板固定焊接部位的磨损、脱焊现象，消除风帽固定方式的隐患。

3.改变布风板下渣管高度，将原来的下渣管高度13cm调整到18cm

4改造后运行情况

2020年乌达电厂利用机组大修分别对#1、2锅炉炉膛布风板风帽和芯管进行改造，改造后效果较好。目前，#1、2机组未出现床料进入水冷风室和冷渣器喷渣的问题。机组各运行参数控制在规程范围内;有效降低了设备维修工作量，提高维修效率，减少设备的维护成本（修复耐火材料、人工成本、放渣成本、水冷风室清渣成本），提高了机组安全性。从根本上解决了循环床锅炉风帽在灰分较高的煤质情况下，延长风帽使用周期，提高了锅炉的可靠性、经济性。

5结论

风帽改造后，炉内流化明显好转，减轻了受热面磨损，锅炉运行可靠性提高，使机组运行参数控制在规程范围内，风机电耗降低，减少生产成本的投入;在机组检修时，降低设备的维修工作量，降低设备维护成本;

本项目的研究成果不仅为现场解决问题，而且使得风帽在灰分较高的煤质情况下，设备使用周期改善，检修维护工作量降低。

（作者单位：内蒙古华电乌达热电有限公司）