李瑞宇，江志銘，喻孟全，李 歡

（1.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院順德檢測(cè)院，廣東佛山 528300；2.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院珠海檢測(cè)院，廣東珠海 519000）

0 前言

某造紙廠一臺(tái)220 t/h鍋爐，為中溫中壓、高溫旋風(fēng)分離循環(huán)流化床鍋爐，單鍋筒、自然循環(huán)水管，半露天布置。鍋爐主要參數(shù)為：額定蒸發(fā)量220 t/h，額定蒸汽壓力3.82 MPa，額定蒸汽溫度450℃，給水溫度150℃，一二次風(fēng)比例60∶40。此CFB鍋爐為濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)，采用后墻兩路進(jìn)風(fēng)方式，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，出現(xiàn)風(fēng)室內(nèi)部氣流分布不均衡、布風(fēng)不均勻、鍋爐易結(jié)焦、流化效果差、一次風(fēng)機(jī)電耗高等問(wèn)題[1-3]，急需節(jié)能改造。

1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及原因探查

循環(huán)流化床鍋爐由于其具有燃燒適應(yīng)性廣、效率高、高效脫硫、氮氧化物低排放等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)，其工作原理圖如圖1所示。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況

（1）助燃空氣量偏大；

（2）風(fēng)帽磨損、堵塞、漏料較嚴(yán)重；

（3）床料流化不均勻；

（4）空氣預(yù)熱器漏風(fēng)嚴(yán)重、廠用電率過(guò)高；

（5）排煙熱損失偏大，排煙中O2含量嚴(yán)重超標(biāo)，煙道平均含量達(dá)9%。

圖1 循環(huán)流化床工作示意圖

1.2 系統(tǒng)測(cè)試原因分析

（1）進(jìn)風(fēng)口內(nèi)沒(méi)有均流裝置，進(jìn)風(fēng)氣流分布不均勻；風(fēng)室內(nèi)沒(méi)安裝均流裝置，氣流分布更加不均勻。

（2）風(fēng)帽結(jié)構(gòu)陳舊，所用鐘罩式風(fēng)帽易磨損、堵塞、漏料，風(fēng)帽安裝不到位，未做到風(fēng)帽噴孔相互對(duì)吹，磨損加劇[4-5]。

（3）為了使床料全部流化，需加大一次風(fēng)送風(fēng)量，但由于風(fēng)室內(nèi)部結(jié)構(gòu)，流化風(fēng)分布不均導(dǎo)致部分風(fēng)帽氣流速度過(guò)高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于流化速度，助燃風(fēng)量曾大[6-7]。

（4）一次風(fēng)量增大，風(fēng)室內(nèi)風(fēng)壓增高，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)耗能增高。

（5）過(guò)高的風(fēng)速將大量細(xì)小顆粒直接帶出爐膛，在鍋爐后部燃燒；導(dǎo)致排煙溫度較高，達(dá)到170℃，同時(shí)也導(dǎo)致排煙O2量較高達(dá)9%，能耗偏高。

2 計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬分析

為了進(jìn)一步準(zhǔn)確查找熱效率低原因，首先利用CFD模擬分析軟件[8-9]對(duì)其一次風(fēng)風(fēng)室內(nèi)的氣流分布情況和風(fēng)帽結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確計(jì)算。

2.1 改造前模擬分析

（1）改造前風(fēng)室結(jié)構(gòu)

改造前循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)室結(jié)構(gòu)如圖2，流場(chǎng)速度分布平面圖如圖3所示。分析發(fā)現(xiàn)：風(fēng)室內(nèi)氣流分布嚴(yán)重不均勻，某些區(qū)域氣流量明顯小于其他區(qū)域可見，氣流直接沖向前墻，風(fēng)帽區(qū)中心明顯存在低速區(qū)，流化狀態(tài)不好；一次風(fēng)將爐膛料層部分區(qū)域物料吹向稀相區(qū)，造成水冷壁磨損更增加旋風(fēng)分離器的工作壓力。

圖2 改造前風(fēng)室結(jié)構(gòu)圖

圖3 氣體流場(chǎng)速度分布圖

（2）改造前風(fēng)帽結(jié)構(gòu)

改造前循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)帽結(jié)構(gòu)如圖4所示，流場(chǎng)速度分布平面圖如圖5所示。分析發(fā)現(xiàn)：風(fēng)帽出口形成“對(duì)吹”現(xiàn)象[8]，對(duì)物料形成向上和向下的垂直流動(dòng)，且向上流動(dòng)速度偏高，易導(dǎo)致布風(fēng)板上方受風(fēng)帽出口流體向下的正壓力形成堆料，鍋爐正常運(yùn)行時(shí)容易結(jié)焦。

綜合改造前風(fēng)室與風(fēng)帽的多種不合理因素，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況得出；模擬結(jié)果與上文的原因初步分析完全一致，可進(jìn)行改造后模擬分析研究。

圖4 改造前風(fēng)帽結(jié)構(gòu)圖

圖5 氣體流場(chǎng)速度分布圖

2.2 改造后模擬分析

（1）改造后風(fēng)室結(jié)構(gòu)

改造后循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)室結(jié)構(gòu)如圖6所示，流場(chǎng)速度分布平面圖如圖7所示。分析發(fā)現(xiàn)：出口速度相對(duì)較高，且一次風(fēng)能夠成一定角度沖擊并圈吸布風(fēng)板上方床料，可達(dá)到將物料流化，減少床料的堆積，徹底消除布風(fēng)板氣流分布不均勻、堵塞、漏料、易磨損等現(xiàn)象。

（2）改造后風(fēng)帽結(jié)構(gòu)

改造后循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)帽結(jié)構(gòu)如圖8所示，流場(chǎng)速度分布平面圖如圖9所示。分析發(fā)現(xiàn)：出口速度相對(duì)較高，且一次風(fēng)能夠成一定角度沖擊并圈吸布風(fēng)板上方床料，能夠很好地將物料流化，減少床料的堆積，徹底消除布風(fēng)板氣流分布不均勻、堵塞、漏料、易磨損等現(xiàn)象。

采用經(jīng)過(guò)改良的新型風(fēng)帽，風(fēng)速斜向下方，不吹向臨近風(fēng)帽，徹底消除了風(fēng)帽磨損、燒毀、漏料問(wèn)題。布風(fēng)板上風(fēng)帽的出口氣流分布基本均勻，流化狀態(tài)較好，驗(yàn)證了改造思路的正確性。

圖6 改造后風(fēng)室結(jié)構(gòu)圖

圖7 氣體流場(chǎng)速度分布圖

圖8 改造后風(fēng)帽結(jié)構(gòu)圖

圖9 氣體流場(chǎng)速度分布圖

3 改造前后節(jié)能效果對(duì)比

目前節(jié)能改造工作已經(jīng)順利完成，根據(jù)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)提供的測(cè)試報(bào)告，節(jié)能效果相對(duì)明顯，如表1所示。

表1 鍋爐相關(guān)參數(shù)

排煙溫度由169.5℃下降到158.1℃，排煙過(guò)量空氣系數(shù)由1.77下降到1.58，鍋爐熱效率由85.9%提高到88.65%，鍋爐熱效率提高2.75%。此鍋爐一年燒掉20萬(wàn)t原煤，按鍋爐效率提高2.75%計(jì)算，每年節(jié)約原煤5 500 t，折合人民幣200萬(wàn)元左右，標(biāo)煤3 000 t以上。改造完成后，流化鍋爐的結(jié)焦、磨損、堵塞、漏料等安全事故的發(fā)生率會(huì)極大降低，檢修周期會(huì)極大延長(zhǎng)，對(duì)流化鍋爐的監(jiān)管會(huì)更加便利，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益無(wú)法估量。

4 總結(jié)

（1）風(fēng)帽是循環(huán)流化床鍋爐的重要部件，合理的風(fēng)帽結(jié)構(gòu)對(duì)于鍋爐安全提高循環(huán)流化床鍋爐安全經(jīng)濟(jì)性有重要意義；

（2）風(fēng)帽的常見問(wèn)題是磨損、燒毀和漏渣；

（3）風(fēng)帽漏渣受到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、阻力匹配等多個(gè)因素的共同影響，改造過(guò)程中需要全面予以考慮，否則很難達(dá)到良好效果；

（4）在風(fēng)室和風(fēng)管內(nèi)安裝均流裝置能顯著改善布風(fēng)板的氣流分布均勻性，較為適應(yīng)大型循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展，應(yīng)當(dāng)予以優(yōu)先選擇；

（5）節(jié)能改造采用改進(jìn)型風(fēng)帽并安裝風(fēng)室，管均流裝置，適用于新建機(jī)組及老機(jī)組，對(duì)于推動(dòng)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有積極意義。