布風裝置設計課案

1、第六章布風裝置設計第六章布風裝置設計布風裝置結(jié)構(gòu)和尺寸是否合理直接決定著流化床內(nèi)物料的流化質(zhì)量，從而影響鍋爐的點 火、運行，鍋爐的燃燒、負荷特性，以及鍋爐的安全性和經(jīng)濟性。6.1布風裝置的組成和作用流化床鍋爐布風裝置主要由布風板 （包括支撐板和風帽）、風室和排渣管組成。布風裝置的 主要作用有：（1）支承靜止床料層；（2）使空氣均勻地分布在整個爐膛的截面上，并提供足夠的動壓頭， 使床料和物料均勻地流化，避免勾流、騰涌、氣泡尺寸過大、流化死區(qū)等不良現(xiàn)象的出現(xiàn)；（3） 將那些已基本燒透、流化性能差、在布風板上有沉積傾向的大顆粒及時排出，避免流化分層， 保證正常流化狀態(tài)不被破壞，維持安全生產(chǎn)；（4）流

2、化過程中，床料不向風室逆向流動（漏渣）。流化床鍋爐采用的布風裝置主要有風帽型、密孔板型等幾種型式。 風帽型布風裝置是由風室、布風板、風帽和保護層組成，如圖6-1所示。密孔板型布風裝置是由風室和密孔板構(gòu)成，如圖6-2所示。1-風帽；2-保護層；3-布風板；4-冷渣管圖6-1風帽型布風裝置1-小直孔；2-布風板；3-風室圖6-2密孔板型布風裝置密孔板型布風裝置是由鏈條式爐排演變過來的一種布風裝置。密孔板是一條狹長的爐排，其中開有密集的等邊三角形排列的小直孔或錐形小孔，開孔率一般取10%15%，小孔風速為1520m/s，相應的布風板阻力只有300800Pa。故所需的風機壓頭較小，電耗較低。在布風裝置

3、的設計中，均勻布風是追求的主要目標。布風板還必須有足夠的剛度和強度， 能支承本身、燃料和床料的重量。壓火及熱風點火時，布風板不會受熱變形，風帽不會燒損， 并考慮到檢修清理要方便。較大容量的循環(huán)流化床鍋爐大都采用床下熱風點火。為了克服高溫熱風帶來的熱應力，水冷布風裝置應運而生。6.2布風裝置的風帽形式6.2.1蘑菇形風帽蘑菇形風帽在我國大量使用。該風帽結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，阻力設計簡單，原理清晰，見圖6-3。但是布置數(shù)量比較多，主要用于 200t/h級以下容量的循環(huán)流化床鍋爐以及 鼓泡床鍋爐。6.2.2 S形風帽(豬尾巴管形風帽)豬尾巴形布風裝置實際上是對密孔板形布風裝置的改 進，豬尾巴形的小彎管

4、代替了小直孔或錐形孔，增大了布風板的阻力，提高了布風的均勻性。同時，也避免了細顆粒漏 人風室，見圖6-4。該風帽為原奧斯龍的專利。S形的小彎管代替了小直孔或錐形孔，增大了風帽的局部阻力系數(shù)，提高了布風的均勻性。 該類型的風帽一般布置 在耐磨保護層內(nèi)，沒有裸露在耐火層外的部分，因此基本沒 有磨損問題。但該類型的風帽有如下缺點：由于S管開口是垂直向上的，因此物料顆粒也最容易直接落入風帽的垂直 部分引起堵塞，導致布風板局部區(qū)域流化風量不足而結(jié)焦， 由于S形結(jié)構(gòu)的固有特點，風帽堵塞后極難清理。奧斯龍 公司提供的循環(huán)流化床鍋爐，多采用這種風帽。6.2.3大直徑鐘罩式風帽鐘罩式風帽是蘑菇形風帽的變形，最早

5、由 EVT公司開 始使用。該風帽由內(nèi)管和外罩兩部分組成，見圖 6-5。合理 設計內(nèi)管開孔尺寸及數(shù)量使布風板具有合理的阻力特性； 風 帽開孔盡量布置成對沖式，合理設計外罩開孔尺寸及數(shù)量， 使風帽出口速度不至于過高，可大大的降低風帽的磨損情 況；罩體水平方向開孔且孔徑較大，不易被顆粒堵塞；風帽采用耐熱鋼精鑄而成，使用壽命長；風帽數(shù)量少，易于檢修； 鐘罩式風帽特有的結(jié)構(gòu)布置可有效防止物料漏入風室。鐘罩式風帽已經(jīng)出現(xiàn)了很多變形，如逆流式、內(nèi)嵌式等，其原理與鐘罩式風帽相同。6.2.4定向風帽(a)(b)圖6-3風帽的結(jié)構(gòu)形狀(a)蘑菇形 (b)圓柱形1-小彎管；2-保護層；3-布風板;4-風室；5-風室

6、圖6-4豬尾巴形布風裝置圖6-5鐘罩式風帽圖6-6 定向風帽定向風帽結(jié)構(gòu)如圖 6-6所示，獨特的“ r”形定向風帽 是FW的專利，爐膛布風板和冷渣器布風板都布置有定向風帽。定向風帽在爐底形成的氣流流向可以將粗顆粒床料吹向排渣口，有利于渣的定向流動；能盡快將帶有石塊或其他雜質(zhì)的床料排出；定向風帽的口徑較大，出口向下傾斜，不易堵渣。但由于定向風帽局部阻力系數(shù)低，為了保證足夠的布風板阻力， 必須提高風帽的出口速度，而且風帽開口方向均為排渣口方向，因此風帽經(jīng)常發(fā)生后帽吹前帽的情況，導致嚴重的磨損。同時定向式風帽還容易出現(xiàn)床料倒流回布風風箱內(nèi)等問題。我國也有采用定向風帽的。為了解決定向風帽的磨損問題，出

7、現(xiàn)了箭形風帽，見圖在我國演變成傘骨形風帽。其使用效果能夠為運行接受。6.2.5 T形風帽“ T”形風帽見圖6-8,由于該類型風帽會 出現(xiàn)大量物料倒流回水冷風室、磨損以及大型化后流化效果不好等問題，因此該類型風帽已逐漸退出了歷史舞臺，2003年哈鍋、東鍋、上 鍋在法國 ALSTOM 公司進行300MW CFB鍋 爐的技術引進時， ALSTOM 公司已明確該類 型風帽在新工程中將不再使用。6.3水冷布風板在布風裝置的設計中，均勻布風是追求的 主要目標。布風板還必須有足夠的剛度和強 度，能支承自身、燃料和床料的重量。壓火及 熱風點火時，布風板不會受熱變形，風帽不會 燒損，并考慮到檢修清理要方便。較大

8、容量的 循環(huán)流化床鍋爐大都采用床下熱風點火。為了克服高溫熱風帶來的熱應力，水冷布風板應運 而生。6-7，這是原奧斯龍的專利技術,1-小彎管；2-保護層；3-布風板;4-風室；5-風室圖6-8 T形風帽圖6-9水冷布風板某臺100 MW CFB鍋爐的水冷布風板見 圖6-9，由鍋爐前墻水冷壁管 146根中的48根 拉稀成膜式板，折向后墻，由前向后向下傾斜 4°，以利水的自然循環(huán)。其扁鋼上焊接大直 徑鐘罩式風帽，共同構(gòu)成水冷布風板。6.4風室設計一次風風室的作用是為一次風在進入布風板前提供一個空氣穩(wěn)壓區(qū)，是一個動靜壓轉(zhuǎn)換的場所，這樣有力于布風的均勻性。由于大型循環(huán)流化床鍋爐中采用床下啟動技

9、術的較多，因此風室一般設計成水冷型，既風室、布風板做成水冷壁的一部分，與下部水冷壁做成一體。一次 風引入一次風箱的方式通常有下部垂直引入和水平引入兩種。下部引入方式在風室內(nèi)得到的流場較好，但由于結(jié)構(gòu)的原因，該布置方式的鍋爐爐膛較高。另外一種就是沿水平方向引入，該類型的風室分等壓風室與普通風室兩種。等壓風室的結(jié)構(gòu)特點是具有傾斜的底面，見圖6-10，有利于使風室內(nèi)的靜壓沿深度分布更 加均勻。這樣可使一次風在進入風室后流場更加 合理。在一次風的靜壓與動壓相當條件下，如小型鼓泡床鍋爐中，等壓風室的設計是必要的； 在 靜壓遠大于動壓，如循環(huán)流化床條件下，一般的等壓風室的設計是沒有意義的。在傾斜底面距布風

10、板的最短距離（H）稱為穩(wěn)壓段，其高度一般不小于500 mm，底邊傾角一般為的有效截面積相等。 為了使風室具有更好的均壓效果， 速度不應超過1.5 m/s,進入風室的氣流速度應低于1-風室；2-布風板圖6-10 等壓風室8。15°，風室的水平截面積與布風板 在設計中還應注意，氣流在風室的上升10 m/s。流化床鍋爐一次風布風系統(tǒng)阻力較大，一般布風板壓降在40006000Pa左右，而一次風風室的壓降一般僅有 100Pa左右，占整個布風系統(tǒng)的1.53%,對布風板布風的均勻性影響不 是很大，因此在結(jié)構(gòu)布置較困難時不必強求等壓風室設計，例如引進技術的300MW CFB鍋爐 采用的就是非等壓風室

11、設 計。6.5支撐板的設計風板相對比較簡單，支撐板布風板包括支撐板和風 帽兩部分。支撐板的作用是 支承風帽和循環(huán)物料的重 量，初步分配氣流。絕熱布結(jié)構(gòu)設計比較靈活，見圖-16-11。圖6-11風帽型布風板結(jié)構(gòu)為便于固定和支承，花板的實際加工尺寸要大些，每邊應多留50100mm，考慮到花板的膨脹，花板的尺寸也可以取與爐外墻尺寸一樣。支撐板的有效面積的確定在流化床鍋爐設計中占有重要的地位。支撐板有效面積的大小直接與鍋爐的負荷特性相關。一般在設計中先確定運行風速，然后據(jù)此計算花板有效面積Ad。(6-1)Q1 (273 T ) 101325°273 P Wm式中 Ad支撐板有效面積，m2；Q

12、1通過布風板的一次風量，Nm3/s；T 床溫，C；P 布風板上的壓力， Pa;Wm布風板處流化速度。布風板的截面積確定后， 還應確定布風板的寬度和深度尺寸，寬度通常取爐膛的寬度， 然后用Ad除以寬度即可確定深度尺寸。結(jié)合風帽的布置要求進行設計,對于水冷布風板，其結(jié)構(gòu)設計要考慮水冷壁管節(jié)距的要求, 布風板的強度可以通過改變管子壁厚和管徑的方法實現(xiàn)。6.6風帽的設計風帽的作用在于通過自身足夠的壓降使進入布風板的空氣產(chǎn)生第二次均流，并具有一定的動能，以減少初始氣泡的生成和底部粗顆粒產(chǎn)生強烈的擾動，避免粗顆粒的沉積， 減少冷渣含碳損失。6.6.1中小型CFB鍋爐風帽設計目前廣泛采用的是蘑菇式小風帽，它

13、有帶帽頭的蘑菇形和無帽頭的圓柱形兩種型式，如圖6-3所示。風帽的小孔可以是水平的，也可以向下傾斜15。小孔向下傾斜的風帽更利于使積存在小孔下面的粗顆粒產(chǎn)生擾動。蘑菇形風帽帽頭直徑為 5070 mm，圓柱部分直徑為 4050 mm，小孔一般開在帽頭上。 若開在圓柱部分，容易使粒徑較大的雜物卡在帽沿底部，使渣不易排出，堵塞風帽小孔。圓柱形風帽尺寸相對較小，可以在單位布風板面積上布置更多的風帽，提高風帽帽隙區(qū)的氣流速度，避免粗顆粒的沉積，改善床的布風質(zhì)量。同時，圓柱形風帽制造比較簡單。風帽材質(zhì)選擇也很關鍵，一般應采用耐熱鑄鋼。662大型CFB鍋爐風帽設計大型CFB鍋爐風帽很少采用蘑菇形風帽，在我國多

14、采用鐘罩形風帽及其變形。風帽的設計比較復雜，通常采用定型設計，布風板的結(jié)構(gòu)隨之確定。表6-1給出了典型的設計。表6-1大型CFB鍋爐布風裝置設計數(shù)據(jù)名稱符號單位典型風帽風帽型式-鐘罩式T形定向風帽風帽數(shù)量Gfm個4963652676風帽節(jié)距S1 , S2mm270, 270177.8160, 115風帽小孔數(shù)量Gfm個841風帽小孔直徑dmm24.346.6風帽小孔風速Wfmm/s5647.068布風板截面尺寸a1 x b12 m13.2X 3.57.6X 6.860 m2進口流化風量QBf 'm3/s(標)56.166.257.4進口流化風溫度° Bf'°

15、C232210259風室風壓PfsPa150001600014950床層壓力 PBfPa600055004945排渣口數(shù)量Npz個222排渣口尺寸dpzmm4002002546.7布風板阻力一般來說，布風板阻力愈大，床的布風愈趨于均勻。但布風板阻力大到一定程度時， 對床 的布風均勻性的改善已無多大意義， 反而導致風機的電耗過大，因此要正確設計，使布風板具 有恰當?shù)淖枇μ匦?。布風板的阻力在保證鍋爐在最低負荷時在 2kPa以上，然后反推額定負荷時布風板阻力。布風板阻力設計主要包括風帽進口局部阻力厶Pi、風帽沿程阻力厶pa、風帽出口局部阻力 Po和風帽帽隙出口局部阻力 Pc。風帽高度一般較小， Pa

16、可忽略不計；風帽帽隙的氣流速 度遠低于風帽出口的小孔風速， Pc也可忽略不計。因此布風板阻力為Pa(6-2)式中 Z i、Z o分別為風帽進、出口局部阻力系數(shù)，一般取Z i =0.5，對小孔為水平的風帽, Z 0=0.95，對小孔下傾15°的風帽，Z 0=1.64;ui 風帽進出口氣體平均速度，m/s;uo風帽出口小孔氣體平均速度，m/s;p g氣體密度，kg/m3。在熱態(tài)流化狀態(tài)下，料層阻力可以用下式計算：(6-3)Pm 二 Hf 心0 - )g Pa式中：Hf流化狀態(tài)下的料層高度，一般可取為靜止料層高度的2倍；p s床料的真實密度，kg/m3;£ f空隙率，可取 e f

17、=0.80.85。為了使流化床鍋爐運行穩(wěn)定，床料靜止高度應維持在500800 mm，相應的料層阻力為51006100 Pa。這樣通過上面的公式就可以計算出風帽小孔的氣流速度。但是在實際設計中，一般是根據(jù)經(jīng)驗來設計風帽小孔的尺寸和選取風帽小孔風速，然后利用上面的公式來檢驗設計的合理性。對于最大顆粒尺寸為8mm的燃煤，取風帽小孔速度為U0=3 0 60m/s對循環(huán)床，U0 一般取高限值。在風帽小孔速度確定之后，用下式計算風帽小孔面積:Bj VoA =U0273 t。273(6-4)185式中 a流化床中過量空氣系數(shù)；V。理論空氣量，（標準）m3/kg ；Bj 計算燃料耗量，kg /s；t0進風溫度

18、，C。再用下式計算每個風帽小孔數(shù)：(6-5)m =4二 A/（n 二df）式中 n風帽的數(shù)量；d0風帽小孔的直徑， mm。風帽的計算往往不能一次完成，而是要進行多次反復計算。在風帽小孔數(shù)、小孔直徑及小孔風速之間相互進行調(diào)整，再進行布風板阻力校核計算，方能滿足要求。布風板上水冷管吸熱較弱，汽化不強烈，其傾角可較小，通常小于15°，如某410 t/h循環(huán)流化床鍋爐水冷布風板的傾角為4。，甚至一些設計為水平，運行中也是可靠的。水冷風室在循環(huán)流化床鍋爐中應用較普遍。布風板似的水冷管向下彎曲90°構(gòu)成風室后墻水冷管，然后彎曲延伸形成等壓風室傾斜底板的水冷管，在水冷管之間焊上鰭片密封。流化床鍋爐爐膛兩側(cè)墻水冷壁延伸至布風板以下，構(gòu)成水冷等壓風室的兩側(cè)墻水冷壁。水冷等壓風室的前墻和與等壓風室相連的熱風管道都要在鋼板外殼的內(nèi)側(cè)焊上銷釘，然后依次敷設一定厚度的絕熱耐火層。6.8耐火保護層1-風帽；2-耐火層；3-絕熱層;4-密封層；5-支撐板圖6-12布風板保護層為避免布風板受熱面撓曲變形，在支撐板上必須有一定厚度的耐火保護層，如圖6-12所示。保護層厚度根據(jù)風帽高度而定，一般為100150 mm。風帽插入支撐板以后， 支撐板自下而上涂上