220t/h循環流化床鍋爐節能改造

李瑞宇，江志銘，喻孟全，李 歡

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

0 前言

某造紙廠一臺220 t/h鍋爐，為中溫中壓、高溫旋風分離循環流化床鍋爐，單鍋筒、自然循環水管，半露天布置。鍋爐主要參數為：額定蒸發量220 t/h，額定蒸汽壓力3.82 MPa，額定蒸汽溫度450℃，給水溫度150℃，一二次風比例60∶40。此CFB鍋爐為濟南鍋爐廠生產，采用后墻兩路進風方式，經長時間運行后，出現風室內部氣流分布不均衡、布風不均勻、鍋爐易結焦、流化效果差、一次風機電耗高等問題[1-3]，急需節能改造。

1 現場調研及原因探查

循環流化床鍋爐由于其具有燃燒適應性廣、效率高、高效脫硫、氮氧化物低排放等優點被廣泛應用于工業企業，其工作原理圖如圖1所示。

1.1 現場調研情況

（1）助燃空氣量偏大；

（2）風帽磨損、堵塞、漏料較嚴重；

（3）床料流化不均勻；

（4）空氣預熱器漏風嚴重、廠用電率過高；

（5）排煙熱損失偏大，排煙中O2含量嚴重超標，煙道平均含量達9%。

圖1 循環流化床工作示意圖

1.2 系統測試原因分析

（1）進風口內沒有均流裝置，進風氣流分布不均勻；風室內沒安裝均流裝置，氣流分布更加不均勻。

（2）風帽結構陳舊，所用鐘罩式風帽易磨損、堵塞、漏料，風帽安裝不到位，未做到風帽噴孔相互對吹，磨損加劇[4-5]。

（3）為了使床料全部流化，需加大一次風送風量，但由于風室內部結構，流化風分布不均導致部分風帽氣流速度過高，遠遠高于流化速度，助燃風量曾大[6-7]。

（4）一次風量增大，風室內風壓增高，導致風機耗能增高。

（5）過高的風速將大量細小顆粒直接帶出爐膛，在鍋爐后部燃燒；導致排煙溫度較高，達到170℃，同時也導致排煙O2量較高達9%，能耗偏高。

2 計算機數值模擬分析

為了進一步準確查找熱效率低原因，首先利用CFD模擬分析軟件[8-9]對其一次風風室內的氣流分布情況和風帽結構進行了精確計算。

2.1 改造前模擬分析

（1）改造前風室結構

改造前循環流化床鍋爐風室結構如圖2，流場速度分布平面圖如圖3所示。分析發現：風室內氣流分布嚴重不均勻，某些區域氣流量明顯小于其他區域可見，氣流直接沖向前墻，風帽區中心明顯存在低速區，流化狀態不好；一次風將爐膛料層部分區域物料吹向稀相區，造成水冷壁磨損更增加旋風分離器的工作壓力。

圖2 改造前風室結構圖

圖3 氣體流場速度分布圖

（2）改造前風帽結構

改造前循環流化床鍋爐風帽結構如圖4所示，流場速度分布平面圖如圖5所示。分析發現：風帽出口形成“對吹”現象[8]，對物料形成向上和向下的垂直流動，且向上流動速度偏高，易導致布風板上方受風帽出口流體向下的正壓力形成堆料，鍋爐正常運行時容易結焦。

綜合改造前風室與風帽的多種不合理因素，結合現場情況得出；模擬結果與上文的原因初步分析完全一致，可進行改造后模擬分析研究。

圖4 改造前風帽結構圖

圖5 氣體流場速度分布圖

2.2 改造后模擬分析

（1）改造后風室結構

改造后循環流化床鍋爐風室結構如圖6所示，流場速度分布平面圖如圖7所示。分析發現：出口速度相對較高，且一次風能夠成一定角度沖擊并圈吸布風板上方床料，可達到將物料流化，減少床料的堆積，徹底消除布風板氣流分布不均勻、堵塞、漏料、易磨損等現象。

（2）改造后風帽結構

改造后循環流化床鍋爐風帽結構如圖8所示，流場速度分布平面圖如圖9所示。分析發現：出口速度相對較高，且一次風能夠成一定角度沖擊并圈吸布風板上方床料，能夠很好地將物料流化，減少床料的堆積，徹底消除布風板氣流分布不均勻、堵塞、漏料、易磨損等現象。

采用經過改良的新型風帽，風速斜向下方，不吹向臨近風帽，徹底消除了風帽磨損、燒毀、漏料問題。布風板上風帽的出口氣流分布基本均勻，流化狀態較好，驗證了改造思路的正確性。

圖6 改造后風室結構圖

圖7 氣體流場速度分布圖

圖8 改造后風帽結構圖

圖9 氣體流場速度分布圖

3 改造前后節能效果對比

目前節能改造工作已經順利完成，根據第三方權威機構提供的測試報告，節能效果相對明顯，如表1所示。

表1 鍋爐相關參數

排煙溫度由169.5℃下降到158.1℃，排煙過量空氣系數由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t原煤，按鍋爐效率提高2.75%計算，每年節約原煤5 500 t，折合人民幣200萬元左右，標煤3 000 t以上。改造完成后，流化鍋爐的結焦、磨損、堵塞、漏料等安全事故的發生率會極大降低，檢修周期會極大延長，對流化鍋爐的監管會更加便利，其經濟和社會效益無法估量。

4 總結

（1）風帽是循環流化床鍋爐的重要部件，合理的風帽結構對于鍋爐安全提高循環流化床鍋爐安全經濟性有重要意義；

（2）風帽的常見問題是磨損、燒毀和漏渣；

（3）風帽漏渣受到結構設計、阻力匹配等多個因素的共同影響，改造過程中需要全面予以考慮，否則很難達到良好效果；

（4）在風室和風管內安裝均流裝置能顯著改善布風板的氣流分布均勻性，較為適應大型循環流化床鍋爐的發展，應當予以優先選擇；

（5）節能改造采用改進型風帽并安裝風室，管均流裝置，適用于新建機組及老機組，對于推動循環流化床鍋爐技術的發展和應用具有積極意義。