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 300 MW循環(huán)流化床鍋爐兩側(cè)進(jìn)風(fēng)風(fēng)室風(fēng)壓均布分析及優(yōu)化（電力）

                      孟繁明，信曉穎，薛志鵬，陳劍

                  (華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州  310030)

摘要：通過對(duì)某電廠300 MW循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，左右兩側(cè)人孔門附近流化效果極差，一次風(fēng)量達(dá)到280m³/h左右時(shí)，兩側(cè)位置才能達(dá)到臨界流化狀態(tài)，與設(shè)計(jì)值偏差較大，嚴(yán)重影響一次風(fēng)人口布置在左右兩側(cè)的鍋爐安全運(yùn)行、通過調(diào)節(jié)不同位置風(fēng)帽的小孔個(gè)數(shù)，調(diào)節(jié)壓力分布，借助流化均勻性試驗(yàn)界定高壓區(qū)及低壓區(qū)，確定改造范圍。通過理論分析，在不改動(dòng)一次風(fēng)人口前提下，通過技術(shù)手段增加風(fēng)室巾部風(fēng)帽阻力，逐步實(shí)現(xiàn)風(fēng)室兩側(cè)與中部風(fēng)壓均勻分布，解決了風(fēng)室兩側(cè)死床、結(jié)焦等問題，提高了鍋爐效率

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；風(fēng)室：流場(chǎng)；風(fēng)壓

中圖分類號(hào)：TM6212     DOI: 10.11930/j．issn．1004-9649.2016.05.097.05

0引言

    循環(huán)流化床(circulating fluidized bed, CFB)鍋爐因?yàn)槠淙剂线m應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性強(qiáng)以及環(huán)保性能優(yōu)良而得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。在能源與環(huán)境的雙重壓力下，循環(huán)流化床鍋爐在中國(guó)得到快速發(fā)展，隨著循環(huán)流化床鍋爐國(guó)產(chǎn)化的不斷進(jìn)步，中國(guó)已成為了世界L循環(huán)流化床鍋爐保有量最多的罔家，然而，不同制造企業(yè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)不盡相同，在大型化過程中逐漸暴露出一些設(shè)計(jì)缺陷，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

    一次風(fēng)室，位于風(fēng)帽底部，起到提供并均布一次風(fēng)等作用。風(fēng)室內(nèi)流場(chǎng)的均勻程度直接影響了鍋爐的流化效果。風(fēng)室內(nèi)均勻的流場(chǎng)有助于床層均勻的流化：反之，風(fēng)室內(nèi)局部風(fēng)壓過低將導(dǎo)致對(duì)應(yīng)位置的風(fēng)帽小孔氣流速度降低，發(fā)生局部流化較差，甚至出現(xiàn)死床、結(jié)焦、風(fēng)帽堵塞，風(fēng)室漏渣等現(xiàn)象。

    廣東某燃煤電站300 MW循環(huán)流化床機(jī)組風(fēng)室采用兩側(cè)送風(fēng)設(shè)計(jì)。臨界流化風(fēng)量設(shè)計(jì)值為175x10³m³／h。經(jīng)過冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，左右兩側(cè)人孔門附近流化效果極差，一次風(fēng)量達(dá)到280x10³m³／h左有時(shí)，兩側(cè)位置才能達(dá)到臨界流化狀態(tài)，與設(shè)計(jì)值偏差較大，嚴(yán)重影響鍋爐安全運(yùn)行。本文針對(duì)上述問題進(jìn)行了原因分析，給出整改方案．經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工整改后，解決了上述問題，為鍋爐安全運(yùn)行提供了保障。

1  試驗(yàn)結(jié)果及原因分析

    為獲得準(zhǔn)確的臨界流化風(fēng)量數(shù)據(jù)，針對(duì)被測(cè)試循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)主要涉及一二次風(fēng)風(fēng)量標(biāo)定、布風(fēng)板阻力特性試驗(yàn)、料層阻力特性試驗(yàn)、臨界流化風(fēng)速和風(fēng)量測(cè)定試驗(yàn)、流化均勻性試驗(yàn)等。

1.1  風(fēng)機(jī)風(fēng)量標(biāo)定

    通過調(diào)整一次風(fēng)機(jī)模擬了熱態(tài)150 MW、120MW和90 MW 工況下機(jī)組運(yùn)行狀況，從表1可以看出．150 MW 工況下風(fēng)量系數(shù)為1.118，120 MW工況下風(fēng)量系數(shù)為1.034，90 MW工況下風(fēng)量系數(shù)為1.102。

    進(jìn)行風(fēng)量標(biāo)定試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)位置在一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道，風(fēng)量損失較小，能夠比較準(zhǔn)確地反映一次風(fēng)機(jī)實(shí)際出力。而電廠DCS測(cè)點(diǎn)是在空氣預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)管上，空氣預(yù)熱器出口兩側(cè)熱一次風(fēng)管有聯(lián)箱，無(wú)法準(zhǔn)確反映單個(gè)一次風(fēng)機(jī)的情況，只能對(duì)2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)總風(fēng)量進(jìn)行標(biāo)定，另外．試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)位置與DCS測(cè)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，巾問存在空氣預(yù)熱器等設(shè)備的漏風(fēng)，因此，風(fēng)量存在偏差。

    試驗(yàn)?zāi)�擬了二次風(fēng)機(jī)在150 MW、120 MW和90 MW 工況下的表現(xiàn)，對(duì)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量進(jìn)行了測(cè)量．并與DCS顯示的二次風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果：150 MW 工況下風(fēng)量系數(shù)為0.894，120 MW，工況下風(fēng)量系數(shù)0.921，90 MW 工況下風(fēng)量系數(shù)為0.895．如表2所示。

1.2布風(fēng)板阻力特性試驗(yàn)

    布風(fēng)板阻力特性試驗(yàn)是在無(wú)床料的情況下進(jìn)行．關(guān)閉二次風(fēng)機(jī)、高壓流化風(fēng)機(jī)（回料閥流化風(fēng)機(jī))只開啟一次風(fēng)機(jī)，從一次風(fēng)機(jī)出來(lái)的空氣分成4路送入爐膛：第一路，經(jīng)一次風(fēng)空氣預(yù)熱器加熱后的熱風(fēng)從兩側(cè)墻進(jìn)入爐膛底部的水冷風(fēng)室，通過布置在布風(fēng)板上的風(fēng)帽使床料流化，并形成向上通過爐膛的氣同兩相流；第二路，熱風(fēng)經(jīng)給煤增壓風(fēng)機(jī)后，用于爐前氣力播煤；第三路，一部分未經(jīng)預(yù)熱的冷一次風(fēng)作為給煤皮帶的密封用風(fēng)：第四路，冷一次風(fēng)作為床下油槍的密封用風(fēng)。為確保試驗(yàn)準(zhǔn)確性，試驗(yàn)過程中，只保留第一路送風(fēng)，關(guān)閉其他三路的送風(fēng)。

    試驗(yàn)巾流化風(fēng)量從400x10³m³／h逐漸降低至110×10³m³／h，再由110×10³m³／h提升至400 x10³m/h，分別獲得布風(fēng)板下行阻力數(shù)據(jù)和上行阻力數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，確定其布風(fēng)板阻力特性（見圖1）。

布風(fēng)板上行阻力和風(fēng)量的擬合公式為

    公式擬合充滿度大于99%，擬合準(zhǔn)確性高

1.3  料層阻力特性及臨界流化風(fēng)速風(fēng)量試驗(yàn)

    試驗(yàn)用床料粒徑并未篩分，采用實(shí)際運(yùn)行巾排放的爐渣，以獲得接近實(shí)際運(yùn)行情況下的流化特性。試驗(yàn)首先通過給煤機(jī)給人爐渣，開啟流化風(fēng)流化．流化均勻后，關(guān)閉一次風(fēng)機(jī)，通過人孔測(cè)量料層厚度約為600 mm。進(jìn)行料層阻力特性試驗(yàn)．試驗(yàn)中流化風(fēng)量從150x10³m³/h逐漸提升至350 x10³m³／h，再由350 x10³m³／h降低至150 x10³m³/h．獲得600 mm料層厚度下的下行阻力數(shù)據(jù)和上行阻力數(shù)據(jù)。風(fēng)室靜壓等于布風(fēng)板阻力與料層阻力的總和，即：料層阻力=風(fēng)室靜壓一布風(fēng)板阻力(相同風(fēng)量之下）。

    根據(jù)布風(fēng)板阻力試驗(yàn)和本次試驗(yàn)可得到不同料層厚度下阻力和風(fēng)量間的關(guān)系，繪制成料層阻力一風(fēng)量關(guān)系曲線，見圖2。

    此外．從圖2中可觀察出壓力曲線與傳統(tǒng)意義的壓力曲線區(qū)別較大，經(jīng)過190 x10³m³／h左右時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，但此后，壓力均隨風(fēng)量進(jìn)一步增加而逐漸降低，并未平穩(wěn)。此外，將爐內(nèi)負(fù)壓維持在300 Pa左右后，通過人孔觀察確定臨界流化風(fēng)速風(fēng)量，在流化風(fēng)量為2 80×10³m³/h時(shí)，仍未進(jìn)人均勻流化狀態(tài)。

2結(jié)果與討論

    分析原因認(rèn)為．該循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)人口布置在鍋爐左右兩側(cè)，而非前后多入口布置方式．風(fēng)室左右方向距離較長(zhǎng)，兩側(cè)一次風(fēng)對(duì)沖，造成風(fēng)室中部風(fēng)壓升高，而左右兩側(cè)風(fēng)壓降低，并最終導(dǎo)致鍋爐左右兩側(cè)流化效果極差．尤其人孔觀察位置恰巧布置于鍋爐左右兩側(cè)，肉眼判斷始終無(wú)法均勻流化。

    從圖2中可以看出，當(dāng)一次風(fēng)量大于190x10³m³／h時(shí)，料層壓降隨風(fēng)量的增加而逐漸降低，這可能是由于床內(nèi)流化不均勻?qū)е戮植看擦陷^少．風(fēng)速增大。而其他部分床料較高難于流化，使床料較少位置的壓力進(jìn)一步提升．風(fēng)速進(jìn)一步增大，導(dǎo)致惡性循環(huán)，一次風(fēng)短路逃逸，未對(duì)床料作用，造成壓降下降。

    綜上所述，通過選擇合適的方案使風(fēng)室內(nèi)各個(gè)位置壓力均勻分布．避免兇左右進(jìn)風(fēng)引起的壓力分布不均導(dǎo)致流化效果惡化的現(xiàn)象。

3改造方案及效果

3.1  改造方案

    由于風(fēng)室內(nèi)中部風(fēng)壓較高，兩側(cè)風(fēng)壓較低，改造方案一采用了減小中部風(fēng)帽開孔數(shù)量的方法提高中部風(fēng)帽進(jìn)風(fēng)阻力．此外還相應(yīng)增加兩側(cè)位置風(fēng)帽小孔數(shù)量：方案二采用在中部高壓區(qū)域風(fēng)帽內(nèi)增加圓鋼，增大風(fēng)帽進(jìn)風(fēng)阻力。改造T作首先需要界定哪些風(fēng)帽處于高壓區(qū)．哪些處于低壓區(qū)。通過突然關(guān)停流化風(fēng)，觀察床內(nèi)料層高度，中部明顯床高較低，兩側(cè)床高較高，進(jìn)而確定了高壓區(qū)及低壓區(qū)范圍，并對(duì)相應(yīng)位置風(fēng)帽進(jìn)行了相關(guān)改造工作。

    改造前，一次風(fēng)從“長(zhǎng)端”對(duì)沖，風(fēng)室內(nèi)的壓力梯度是中部壓力高，向外壓力降低，形成典型的壓力遞減分布。在理想狀態(tài)下，布風(fēng)板風(fēng)帽均勻，風(fēng)帽大小一致，則單個(gè)風(fēng)帽的阻力相等，風(fēng)帽流過的風(fēng)量和入口壓力成正比（Q=k P，P為入口壓力），則在風(fēng)室中心區(qū)域，P較高，流化風(fēng)量Q就高；在靠近邊壁側(cè)，P較低，流化風(fēng)量Q低，導(dǎo)致巾心區(qū)域流速高，邊界處流速低，使得流化效果不均勻。

    綜合考慮，方案二改動(dòng)較小，爐膛內(nèi)共有風(fēng)帽2 334個(gè)，將爐膛中部區(qū)域588顆風(fēng)帽入口處點(diǎn)焊一小段D36 mm的圓鋼，圓鋼長(zhǎng)度/=30 mm，材料為lCr18N19Ti。

3.2  改造效果

    風(fēng)帽改造后．重新進(jìn)行了布風(fēng)板阻力特性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

布風(fēng)板阻力和風(fēng)量的擬合公式為

    公式擬合充滿度大于99%。擬合準(zhǔn)確性較高。

    再次進(jìn)行臨界流化風(fēng)量試驗(yàn)．試驗(yàn)中流化風(fēng)量由100×10³m³/h逐漸升高至340x10³m³／h再南340×10³m³／h降低至100 x10³ m³／h．分別獲得600mm料層厚度下的下行阻力數(shù)據(jù)和上行阻力數(shù)據(jù)。繼續(xù)加入爐渣至800 mm左右，重復(fù)上述步驟。獲得800 mm料層厚度下的下行阻力數(shù)據(jù)和上行阻力數(shù)據(jù)，見圖4。

    從圖4可觀察出壓力下降的拐點(diǎn)．如輔助線所示．約為175 x10³m³／h達(dá)到鍋爐設(shè)計(jì)值。此外．將爐內(nèi)負(fù)壓維持在約300 Pa后，通過人孔觀察確定臨界流化風(fēng)量，在流化風(fēng)量為175x10³m³/h時(shí)，能夠確保大小顆粒均呈流化狀態(tài)（見圖5）。

    在流化均勻性試驗(yàn)巾，分別采用了2種方法進(jìn)行了試驗(yàn)。

    方法一：在風(fēng)量160 000、175 000、180 000、200 000m³／h下開始進(jìn)行流化均勻性試驗(yàn)。使用較長(zhǎng)的鐵桿在爐膛床層L進(jìn)行摸索，流化風(fēng)量大于175 x10³m³／h時(shí)．鐵桿在不需要外力的情況下，依靠重力就能夠緩慢順利降到布風(fēng)板上，但貼近側(cè)墻30 mm左右無(wú)法降至布風(fēng)板上，主要由于近墻位置流化風(fēng)量相比巾間部位較小，流化效果略差。此外，鐵桿在布風(fēng)板上可以無(wú)阻礙地水平移動(dòng)．表明床料已經(jīng)流化，并且流化良好。

    方法二：突然關(guān)停流化風(fēng)，通過人孔觀察床料均勻性，若凹凸不平代表流化效果較差。其巾，床料較高處代表流化風(fēng)量較低，床料凹陷處代表風(fēng)速較高。若床料分布均勻代表流化效果較好。

    流化風(fēng)量維持在220×10³m³／h左右，突然關(guān)停一次風(fēng)機(jī)，可見床料表而總體較為平整，僅僅各角落有少量細(xì)床料。說(shuō)明總體流化效果大為改善，改造效果明顯（見圖6）。

4結(jié)論

    循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)室的沒計(jì)直接影響了整個(gè)鍋爐的運(yùn)行，本文針對(duì)部分左右進(jìn)風(fēng)的循環(huán)流化床鍋爐所遭遇的問題進(jìn)行了分析和改造，并最終取得了滿意的效果。對(duì)于一次風(fēng)入口布置在左右兩側(cè)的鍋爐，通過調(diào)節(jié)不同位置風(fēng)帽的小孔個(gè)數(shù)，調(diào)節(jié)壓力分布．借助流化均勻性試驗(yàn)界定高壓區(qū)及低壓區(qū)，確定改造范圍。并大大提高了鍋爐的流化均勻性．避免了鍋爐因流化不均導(dǎo)致的結(jié)焦、堵塞風(fēng)帽等問題，保證了鍋爐安全高效的運(yùn)行。