黄陵矿业煤矸石发电有限公司 陕西 延安 727307
摘要：黄陵矿业煤矸石发电公司Ⅲ期新建1058t/h循环流化床锅炉，风帽磨损严重且布风均匀性差。经过观察、分析，发现通过调整风帽的安装角度及控制入炉煤的颗粒度可使风帽的磨损情况有所减轻，但对布风均匀性未有明显改善，本文重点介绍了我厂锅炉风帽在使用过程中存在的问题及改造措施。
关键词：风帽 磨损 原因 措施
0 前言
黄陵矿业煤矸石发电公司Ⅲ期电厂采用东方锅炉厂具有自主知识产权的第二代300MW等级的循环流化床锅炉。工程于2015年年底投入商业运行，期间为满足国家环保要求，且为缓解床温偏差较大的现象，确保床温均匀性及炉内物料流场更均衡，抑制NOX的生成，对布风板风帽进行了部分增加风帽圆钢改造。改造后在运行过程中风帽磨损严重且布风均匀性差的问题未得到有效解决，多次风帽磨损严重、芯管断裂和脱落、断裂导致风室内漏渣严重，锅炉需要定期通过水冷风室放料口进行排渣作业，严重影响锅炉安全稳定运行。为此，我厂成立了专门的技术攻关组，通过走访准能矸石电厂、兖矿赵楼电厂等兄弟单位，进行了多方面的原因分析计划通过下一步的技术改造彻底解决风帽磨损、布风均匀性差的问题。
1 设备概况
我厂DG1058/17.5-II1型号锅炉为东方锅炉股份有限公司，亚临界中间再热自然循环汽包炉，单炉体、平衡通风、旋风汽冷分离器、循环流化床燃烧方式、水冷滚筒式冷渣器，全钢结构。布风板标高为 10000mm，由82.55mm（SA-210C）的内螺纹管加扁钢焊接而成，扁钢上设置有2373个大口径钟罩式风帽压损5.5kpa，风帽罩壳厚度10mm，罩壳材质A297HK（相当于2520耐热铸钢），内管材质ZG16Cr20Ni14Si2。风帽罩壳和内管由生产厂家焊接在一起，作为一个整体发货，10孔风帽重6.37kg，12孔风帽重6.33kg。锅炉炉膛风帽自右向左共计162排风帽宽度方向每排间距174mm，深度方向每排间距125mm，原设计中间为10孔水平眼风帽，四周为12孔水平眼风帽。
2 运行过程中风帽存在的问题
通过每次停炉后检查发现，这些钟罩式风帽在实际现场使用过程中暴露出来的问题主要是：（1）风帽外置小孔磨损变大、断裂；（2）局部区域风帽顶部磨损；（3）风帽罩壳松动、脱落；（4）风帽侧面磨损。风帽是每次机组停运检修的重点，消耗了大量的人力物力且拖延了检修工期，造成机组可利用小时数下降。
3 风帽磨损成因分析
钟罩式风帽结构简单、性能稳定、安装便利，在运行过程中由于工作环境恶劣经常发生不锈钢板条因焊接不牢或磨损开裂，使固定好的风帽在一次风作用下发生角度的偏移改变，引发风帽之间的对吹冲蚀磨损。当磨损发生后通常会引起布风板局部阻力变化，即部分区域阻力小、风量大，风帽磨损严重；部分区域阻力大，出现流化不良情况，为维持锅炉流化的稳定运行人员往往采用增大一次风量的方式运行，又导致锅炉风帽的磨损增加。特别应指出我厂为控制成本在燃料中大量添加煤矸石，煤矸石自身硬度大且不易破损，入炉煤粒度远超设计值，由于床料中含有大粒度较多一次风只能将其在密相区带起一定的高度后落下，由此不断的往复循环特别是煤矸石比重高、硬度大，基本上不能被流化风带走，经过一段时间的运行就有大量的大粒度炉渣聚集在炉底风帽周围 ,这些大颗粒物料在炉底不断地往复运动就产生非常大的磨擦力 ,使风帽顶部和侧面磨损严重。（在停炉检查过程中发现风帽磨损严重的区域往往存在大颗粒大量堆砌的现象。
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锅炉在停炉检修期间，检修人员一般会优先更换那些磨损严重的风帽，更换风帽时，要求外置小孔对冲安装以减少灰渣沉积及气流对相邻风帽的冲击，但由于风帽施工区域限制无法严格实现对冲安装，安装角度不准确、不牢固且更换的风帽与原风帽存在一定的高度差，无法调整至同一高度，综合以上原因使得风帽在运行过程中阻力发生了一定的变化，造成了阻力下降风速上升。风速的改变是造成风帽磨损的主要原因之一。
5 下一步改造方案
风帽的磨损和断裂不仅增加了检修人员放灰渣和更换风帽的工作量，也严重的影响了锅炉的长周期安全稳定运行，风帽改造迫在眉睫。经咨询东方锅炉厂，风帽优化技改需严格按照锅炉厂的开孔率和风帽小孔流速进行设计，原则上不应改变风帽的通流面积、小孔流速及风帽阻力；否则，可能会出现流化不良，布风不均匀和床压波动等，严重时甚至可能结焦，应谨慎技改，可在原风帽基础上增加壁厚，但不宜更换形式。
2018年3月通过电话调研神华新疆米东电厂、国华宁东电厂、湖北东阳光电厂和江苏徐矿电厂，各电厂都对风帽进行了优化，主要优化方式为增加壁厚，提高防磨能力；风帽孔向下形成一定倾角，防止对吹。同时，我厂同东方锅炉厂、濮阳华能锅炉设备科技有限公司共同讨论，最终结合西安热工院在神华的风帽优化试验，确定将我厂风帽进行优化，优化方式为：选取较低的风帽外罩小孔流速以降低外罩磨损，12孔椭圆形斜眼风帽，将风帽眼处壁厚由10mm增加至14.5mm；同时将风帽眼向下倾斜20°减少相邻风貌的扰动；罩壳顶部开一个φ13mm的孔，内管顶部增加一个φ12mm的连接杆，连接杆穿过罩壳顶部的孔，在连接杆顶部将连接杆与风帽罩壳焊接，罩壳底部与内管不再焊接，防止应力集中；风帽风管采用铸件，材质由ZG16Cr20Ni14Si 改为ZG16Cr25Ni20Si，壁厚增加至8mm，增加风管的强度，防止断裂风帽改为图10的结构形。
为了进一步确保改造效果，从图11中可以看出新设计的风帽阻力主要产生在风帽芯管小孔和外罩小孔出口风帽的整体阻力特性良好。
1.风帽数值模拟
1.1模拟对象
利用Fluent软件对两方案进行了数值模拟，是风帽改造后芯管入口速度44.4m/s时的压力场和速度场。
由速度场和压力场的数值模拟结果可以看出，改造后的风帽阻力匹配更加合理，总压降达到了4700Pa以上，速度场反应出风帽外罩的小孔速度得到了提高，因此风帽外罩的阻力升高，降低了风帽漏渣的可能性，同时提高了外罩小孔至芯管小孔的距离，进一步降低了风帽漏渣的可能性。
试验条件下的布风板阻力特性，上方曲线为折算到一次风热态(正常运行287℃)下的布风板阻力特性，即287℃热风状态下的布风板阻力特性。由此可得到，在流化风温度41℃、流化风量380000Nm3/h时，折算到热态流化风温287℃时，布风板阻力为4790Pa。
5 结论
1、通过风帽阻力特性数值模拟研究，锅炉大修对风帽进行了改造，大修结束后分别进行了布风板阻力试验、流化特性试验。试验结果显示，锅炉在320kNm3/h风量、冷态和热风温度287℃时，布风板阻力分别为2335Pa和4790Pa，布风板阻力适中。
2、风帽改造结果显示，改造后运行期间最小流化风量降低至260kNm3/h也不会发生风帽漏渣，风帽的磨损程度大幅度降低，风帽改造取得了良好效果。由于改造方案消除了风帽漏渣问题，一次风量可以维持在较低水平，一次风机电流大幅度下降、运行经济性显著增强。
参考文献：
[1]张全胜、李群CFB 锅炉定向风帽的防磨损[J ]. 热力发电2006 (8) .
[2]曲广义、周克宇、夏建宏循环流化床布风板的工艺措施[J ].锅炉制造20
[3]黄中、张述国 循环流化床锅炉大直径钟罩式风帽优化
论文作者:叶昌
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/29
标签：风帽论文; 磨损论文; 阻力论文; 锅炉论文; 罩壳论文; 小孔论文; 煤矸石论文; 《科学与技术》2019年第09期论文;