循环流化床机组风帽存在问题及对策.doc

据不完全统计，我国现有两千余台大中大型循环流化床机组应适于火力发电厂。风帽是循环流化床（CFB）机组的重要部件，是炉内低温高磨蚀下的易损部件，风帽的品质直接影响CFB机组的流化载荷和燃烧的稳定性，是CFB机组安全运行的保证。CFB机组的布风板风帽通常有以下几种型式：一种是“猪尾巴”式风帽（喷管）；一种是定向风帽；另一种是钟罩式风帽；也有一种是香菇式风帽。“猪尾巴”式风帽特别适宜于炉底中心灰渣形式的CFB炉。钟罩式风帽在应用时不断在材料、结构、连接方法上作加以改进，更趋合理、耐磨、不漏渣。香菇式风帽用在中大型的CFB机组上居多。定向式风帽比较适宜于水冷选择性侧灰渣形式的CFB机组，其劣势是在运行中“帽子”容易被吹破，假如大面积出现此类情，会造成浓相区的气流失调和堵塞一次风通道。1.2定向风帽的磨蚀剖析选用Γ形定向风帽的440t/h级CFB机组布风板风帽锈蚀和漏渣较严重。440t/h级CFB机组内密布的Γ形定向风帽(见图1)约2600多只(见图2形定向风帽虽然不摔破还有漏渣现象，加上摔破的风帽造成严重漏渣，大量的尾矿（床料）经风帽漏至水寒风室及打火风道，越积越多，会堵塞一次风通道，对机组正常运行流化害处极大，并且会被迫停炉；漏渣都会在一次风的扰动下，对水寒风室外衬导致严重锈蚀，细小颗粒随一次风踏入风帽会使其内壁遭到锈蚀。

风帽锈蚀有以下几种状况：流化的料粒碰撞冲蚀风帽外壁使风帽外壁遭到锈蚀，只要风帽材质较差，这些锈蚀比较平缓。漏入水寒风室的尾矿的细小颗粒可随一次风踏入风管使风帽内壁遭到磨蚀，只要风帽材质较差，这些磨蚀比较平缓。床上密布的Γ形定向风帽其外壁有或许遭到临近风帽的高速气流吹扫会形成严重锈蚀，这些锈蚀不但严重并且迅速。每天停炉都要仔细检测风帽外壁磨蚀程度。通过对近十台已开工440t/hCFB机组定向风帽锈蚀和漏渣状况的多次视察发觉，普遍存在风帽锈蚀漏渣严重、防磨举措不力和检修工艺不当的问题。最为严重的是上述第3考察和综合剖析后发觉Γ形定向风帽存在严重影响锅炉安全生产的两大缺陷：Γ形定向风帽虽然不摔破还有比较严重的漏渣现象，风帽密布造成因临近风帽的高速气流吹扫形成风帽的严重锈蚀漏渣。CFB机组的用户们——电厂皆倡议急需改进举措。增加布风板实际工作压降（减小阻力）是降低漏渣的主要改进举措如风帽小孔半径改小、下夹角（小孔轴线与水平倾角）改大、提高一次风量、风压等；多年的实炉运行疗效证明钟罩式风帽（其内、外管间产生转折的环缝风）不漏渣且磨蚀较轻（锈蚀仍不可防止）；中科院研制的大口径内嵌逆流柱型风帽结构奇特也可有效避免漏渣且磨蚀较轻（锈蚀仍不可防止）。

但因风帽是循环流化床的核心和关键部件，对它的扩建应当谨慎，失败了则直接和间接损失惨烈。从根本上解决形定向风帽锈蚀漏渣问题，还需机组制造厂掏出扩建方案，积极研究探求。许多水厂在机组制造厂的指导下用钟罩式风帽取代定向风帽。现今出厂的CFB机组几乎都选用了钟罩式风帽。1.3定向风帽的漏渣问题与对策与电站现在选用的更换风帽的方法相比焊风帽防磨套（耐热罩）的方案在疗效、造价、工期、工艺上都有较突出的特点（见表格）：检修工艺简略、检修成本低廉、检修工期很短、更换件较小，不须要摧毁和重浇浇筑料因此也不须要考虑干燥养护，施工完后可立即启动锅炉。每天停炉只要仔细检测风帽外壁磨蚀程度，对锈蚀量小于2mm的风帽立刻焊上防磨套（瓦），对因磨穿而更换的新风帽也立刻焊上防磨套（瓦）。用防磨套的锈蚀来取代风帽的锈蚀，不再须要更换风帽。防磨套（瓦或耐热罩）见图4、5、6。在焊接时采用耐候铸铁CHE402焊丝，耐热浇筑料不平的地方可先紧扣风帽内侧凿出适当环型槽使防磨套与风帽下部密切接触。上海宏盛精密锻造有限公司生产的风帽防磨套（耐热罩）系在给东锅常年配套供货的基础上依照电站使用状况加以改进，可防止风帽被猛力磨断。大（需大量人力加班加点，还要雇用柳工，成本可达风帽采购价的30%左右，因多是抢险、工作环境污染大且苦、脏、累，比决算规定的成本要大）云南某电站在采取上述举措后，解决了Γ形定向风帽锈蚀漏渣问题，内漏也大大减少。

通过对定向风帽改装防磨罩，机组连续运行近180多天没有出现风帽严重漏渣现象！其它避免风帽严重漏渣对策：在打火风道上方安装放渣插板门以便于灰渣（被动的方法）。1.4定向风帽的内漏渣问题与对策1.4.1定向风帽的内漏渣问题众多水厂选用定向风帽的循环流化床机组在运行中出现了窑炉布风板严重内漏渣的问题，应当经常停炉进行风室（水寒风室和打火风道平衡风室）清渣，是困惑该种风帽的CFB组稳定运行的最主要的成因之一，严重影响了机组锅炉的安全与经济运行。因为该种CFB机组漏渣严重，大多电站虽都经过多次扩建，均未得到理想缓解。之后不得不将风帽改为钟罩式风帽。严重漏渣发生在机组停用油枪踏入投煤热态运行后（床层变厚床压较大），在较短的时间内就在水寒风室中积存大量的褐煤，漏渣的颗粒粒径与组成的分布与排入冷渣器的底渣完全相似，但是漏渣的位置并不完全固定。在机组冷态试验与打火投油枪阶段定向风帽均没有显著内漏（此刻一次风密度较大，床压较小）；选用同样的风帽结构和接近的开孔率的冷渣器风帽，却完全不发生内漏渣（该风帽出风内径小的多且管径与风嘴轴向宽度比小于2.5）。剖析严重漏渣成因其实是因为布风板形成的压降在总压降中所占的比列太小。

依据布风板的工作原理，当布风板的工作压降过高时，流化床会运行在不稳定状态。在不稳定状态下，接近布风板的颗粒浓相区在流化床与固定床两个状态下随机转化，部份风帽在工作状态与非工作状态间转化，存在颗粒的扰动或脉动，极易发生漏料，但并不会引起结渣。同时，阻力较低的布风板，其二氧化碳出布风板风帽气流速率也会偏高(局部)，不足以托住床料颗粒，易产生局部漏料。当床层宽度降低时漏渣的或许性逐渐降低。另外，机组的运行中，一次风运行风量过高只是定向风帽内漏渣一个诱因（风帽实际阻力较小）。对高阻力布风板，只存在惟一的稳定工作点，任何偏离工作点的扰动都将手动回复；当床层某一部位因为碰巧诱因是气泡流量减小，则压降增加，流速逐渐趋向减小，但布风板的阻力压降将以更大的升幅降低，进而控制流速降低，抑止布风恶化。1.4.2对策委托有资质单位对风帽进行阻力检测，冷态达机组正常流化对应的风速时，定向风帽阻力应有5000Pa左右，这些风帽在热态时几乎不漏渣。这些风帽应能采购得到，四川某电站已使用这些定向风帽多年，保证了机组正常运行，拜见1.3定向风帽的漏渣问题与对策。需留意的是要保证风帽内孔粗糙度和几何宽度的均匀性从而保证出口风速的均匀性。

增强布风板阻力（实际工作压降）是降低漏渣的主要改进办法。理论上讲如减少布风板开孔率、运行中尽量减少一次风风量、提高一次风温等举措还有效但实际调节的升幅遭到限制因此疗效不很显著。还是要在风帽的设计制造上找缘由。2.1两种风帽异同点剖析我国现在已是世界上在电站使用循环流化床机组（CFB机组）最多的国家，早已运行的大小循环流化床电厂机组有2000多台，其中410t/h以上小型循环流化床电厂机组有140多台。循环流化床电厂机组靠布风装置使固体床料流化，而风帽是布风装置中最重要最关键最的部件。风帽的种类十分多，现在得到最广泛应用的有钟罩式风帽和Γ字型定向风帽等（见图7），两种风帽在使用中各有优劣点存在。风帽是循环流化床机组重要燃烧部件，是炉内低温高磨损下的易损部件循环流化床，风帽的品质直接影响到循环流化床机组流化载荷、燃烧的稳定性、机组的字型定向风帽的突出劣势是漏渣。这已是其在运行中的一个常见的令人不能容忍的问题，一般状况下，少量漏渣不可防止，对机组的正常运行影响不大，但其常常出现大量漏渣，导致经常停机进行风室清渣，严重影响了循环流化床机组发电锅炉的安全与经济运行。Γ字型定向风帽的突出特点是可使流化床底料形成定向流动，在炉底产生的气流流向可以将粗颗粒床料吹向灰渣口，能顺利浮渣。

钟罩式风帽，每位风帽由较小半径的内管和较大半径的外管组成，外罩与内管之间用螺纹联接。这些风帽具备流化均匀，不堵塞，不锈蚀，安装维护便于等特点。钟罩式风帽的突出劣势是不能使流化床底料形成定向流动，灰渣不畅（得将床面倾斜能够灰渣）。钟罩式风帽的突出特点是风室外进风气流流向迂回弯转沿下圆周侧向涌出，可有效避免漏渣；风帽出口风速高，对炉顶部粗颗粒形成强烈扰动，以避免酸败同时还有促使风帽的冷却循环流化床，不易损坏风帽，床内细渣不会漏入风室。大半径钟罩式风帽的阻力显著低于普通小孔风帽，这促使布风板虽然在低负荷下也能保证布风均匀，但同时也减小了水泵耗电。2.2环缝回流多喷管定向风帽特征新型设计风帽----环缝回流多喷管定向风帽，综合了钟罩式风帽和Γ字型定向风帽的长处，摆脱了二者的劣势，其突出特点有：（2）.可使流化床底料形成定向流动，在炉底产生的气流流向可以将粗颗粒床料吹向灰渣口，不需床面倾斜即可顺利灰渣；（3）.选用优质耐寒合金刚作为风帽材料，耐热性好，底部和风管在运行一段时间后可视磨蚀状况焊上另外设计的防磨罩，检修维护便于；2.3环缝回流多喷管定向风帽的应用CFB机组灰渣口的附近布置环缝回流多喷管定向风帽可使流化床底渣形成定向流动，在炉底产生的气流流向可以将粗颗粒床料吹向灰渣口，不需床面倾斜即可顺利灰渣。

也可以在流化床大面积布置环缝回流多喷管定向风帽，它的优势会格外充分地发挥下来。实践证明原字型定向风帽流化方面还是挺好的，仅由于严重的漏渣问题使用户纷纷将其改为钟罩式风帽；改为钟罩式风帽后就避开了难办的漏渣问题，但又得面对钟罩式风帽灰渣无方向性的问题。Γ字型定向风帽假如不漏渣还是挺好的风帽，环缝回流多喷管定向风帽应运而生是一种全优的风帽，汇集了众多风帽的特点又摆脱了众多劣势，将会发挥应有的作用。3.1大半径钟罩式风帽特性及存在问题440t/h级风帽选用了大半径钟罩式风帽，罩体半径为159mm，其上开有个外径为22.5mm风孔；罩体与进风管选用螺纹联接，从而罩体受损后便于更换。这些风帽具备流化均匀，不堵塞，不锈蚀，安装维护便于等特点。风帽阻力系数可达4.0（普通小孔风帽的阻力系数通常为2.0）。大钟罩式风帽的阻力显著低于普通小孔风帽，这促使布风板虽然在低负荷下也能保证布风均匀，但同时也减小了水泵耗电。3.2大半径钟罩式风帽锈蚀与对策循环流化床机组风帽的锈蚀问题是很突出的，大半径钟罩式风帽主要锈蚀区域在与其相邻的风帽的风孔所对的地方，且锈蚀区域形状呈近半弧形（图8）。

剖析其锈蚀成因，我们认为：从风帽的风孔下来的风夹带着泥岩对与其相邻的风帽进行冲击锈蚀，且风孔呈方形，风总体向下运动，旨在使相邻风帽的磨蚀区域呈近半弧形。大颗粒褐煤或煤矿渣因为自重在一次风的吹动下不能充分流化，只好贴炉底串动，结果对钟罩式风帽的内侧帽子管导致锈蚀，细小尾矿由磨蚀处漏至水寒风室，日积月累，会堵塞一次风通道，且尾矿在一次风的扰动下，会对水寒风室外衬导致严重锈蚀。为此机组停炉时应留意检测水寒风室外是否存在漏渣。风帽的安装方法对风帽的锈蚀程度影响比较大，正确的安装方法即相邻的风帽的风孔不能相对，此刻锈蚀的程度较轻。3.3大半径钟罩式风帽断裂漏渣与对策