浅谈循环流化床锅炉布风板的研究分析

摘要：在经济社会里，流化床技术被广泛应用在各个领域中，流化床燃烧室的布风装置是流化床锅炉的关键。本文主要简单介绍流化床锅炉及布风板的特点，硫流化床锅炉的发展现状，布风板发展的现状及面临的问题，布风板阻力的意义和布置要求等。

关键词：能源； 动力； 流化床锅炉； 布风板

Abstract: In the economic society, fluidized bed technology is widely used in various fields, and fluidized bed combustion chamber cloth wind device is the key of fluidized bed boiler. The thesis mainly briefly introduces the characteristics of fluidized bed boiler and cloth the boards, and the sulfur fluidized bed boiler's development present situation, the present situation of the development of the boards cloth and the problems it faces, the significance of the boards resistance and decorate requirements, etc.

Key words: Energy; Power; Fluidized bed boiler; The boards cloth

中图分类号：P754.1 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

目前，循环流化床技术已被广泛应用于石油、化工、冶金、能源、动力、环保等工业领域中。流化床燃烧室的布风装置（包括布风板、风帽及风室等）是循环流化床锅炉的关键部位，其设计要求配风均匀，以消除死区和粗颗粒沉积，保证底部流化质量良好。同时，进入床层的空气不仅要求分配均匀，而且要形成细流，以减少初始气泡直径。在鼓泡流化态中，气泡在沿床层上升的过程中不断增长、合并，形成大气泡。气泡上升速度又随气泡直径增大而增加，这导致从气泡补充到乳化相中碳粒表面的扩散阻力增加，燃烧速率降低。另外，大气泡动量大，上升到床层表面破裂时，会将气泡尾涡中携带的细颗粒抛向上部空间，增加了烟气中的颗粒夹带，造成燃烧效率降低。

一、循环流化床锅炉及其布风板的特点

循环流化床燃烧是在鼓泡流化床燃烧的基础上发展起来的，二者可统称为流化床燃烧。燃烧的两种经典方式是固定床燃烧（有称层燃，包括固定炉排、链条炉排等）和悬浮燃烧（例如煤粉燃烧）。固定床燃烧是将燃料均匀布在炉排上，空气一较低的速度自下而上通过燃料层使其燃烧。悬浮燃烧则是先将燃料（如煤）磨成细粉，然后用空气通过燃烧器送入炉膛，在炉膛空间中作悬浮状燃烧。流化床燃烧是介于两者之间的一种燃烧方式。在流化床燃烧中，燃料被破碎到一定粒度，燃烧所需要的空气从布置在炉膛底部的布风板送入，燃料既不固定在炉排上燃烧，也不是在炉膛空间内随气流悬浮燃烧，而是在流化床内进行一种剧烈的、杂乱无章、类似于流体沸腾运动状态的燃烧。

二、当前循环流化床锅炉的发展现状

众所周知，流化床锅炉分为两大类：鼓泡流化床锅炉（BFBB）和循环流化床锅炉（CF－BB）。到目前为止，二者之间尚无明确而权威的分类法，有人主张以流化速度来分类，但从气固两相动力学来看，风速相对于颗粒粒径、密度才有意义，还有人主张以密相区是鼓泡还是湍动床或快速来区分，但锅炉使用的是宽筛力燃料，以煤灰为床料的锅炉往密相床是鼓床,故此分法仍欠全面。还有人以是否有灰的循环为标准等等，都有些顾此失彼。

循环流化床燃烧技术是指燃料在空气的流化作用下沸腾燃烧，同时在由炉膛、分离器和返料器组成的回路内反复循环的一种高效低污染燃烧技术。在该技术研发的起始阶段，两方面的难题使得研发工作步履艰难。一方面，由于国外对此方面的研究也处于起步阶段，而且进行相关关键技术的封锁，使得我国几乎没有可以借鉴的经验；另一方面，由于我国煤炭资源分布不均匀，煤质变动频繁，工业整体装备水平低，特别是存在新技术在传统锅炉行业难以接受等困难。为此，研究所在进行大量调查和论证的基础上，组织专家开展系统地研究与探索，于1984年在国内率先建成了首台2.8MW循环流化床热水锅炉，作为国内首个工业化装置直接运用于北京中关村地区供热。随后围绕此台锅炉开展了长达3年的应用跟踪测定，较早地得出了适合中国煤特点的循环流化床燃烧的工作参数和燃煤粒度。这是循环流化床锅炉研发从实验室阶段走向工业应用的里程碑。

三、当前布风板现状和面临的问题

布风装置是流化床锅炉实现流态化燃烧的关键部件。目前循环流化床锅炉采用的布风装置主要有两种形式：风帽式和密孔板式。风帽式布风装置有一次风室、布风板、风帽（喷管）和隔热层组成。密孔板式布风装置包括风室和密孔板。我国流化床锅炉中使用最广泛的是风帽式布风装置。

风帽式布风装置的优点是布风均匀。当负荷变化时，流化质量稳定。但风帽帽顶容易烧坏，磨损也较严重。本设计为风帽式布风装置的设计，它的工作原理为：由风机送来的空气从位于布风板下部的风道进入一次风室，再通过风帽底部的通道从风帽上部径向分布的小孔流出。由于经过二次导向和分流，小孔的总通流面积又远小于布风板面积，从风帽小孔中喷出的气流具有较高的速度和动能。气流进入床层底部吹动颗粒，并在风帽周围和矛头顶部产生强烈扰动的垫层，从而强化了气固之间的混合，产生小而少的气泡使床层建立起良好的流化状态。

四、布风板阻力的双重意义

布风板阻力是指无料层时燃烧空气通过布风板的压力损失。要使空气按设计要求通过布风板形成稳定的流化床层，要求布风板具有一定的阻力。从节能角度考虑，布风板的阻力是个不利的因素，应降的越低越好。但它对布风的均匀化、稳定性又是个有益的因素[1]。没有一定得阻力，布风均匀化难以维持。尤其是当布风板在流化床系统中所占的比例过小时，床层内一旦出现偏流，气流将更加趋向于阻力较小之处，以致出现沟流，其它地方形成死区。布风板阻力在流化床中应占多大比例，经查阅资料，认为对多孔型布风板取10％为宜。因此布风板阻力意义具有双重性，阻力同时过高过低都是不妥当的。

五、布置要求

1、为了保证流化床的正常工作，对布风装置的要求。（1）能均匀、密集地分配气流，避免布风板上面局部形成死区；（2）风帽小孔出口气流具有较大动能，使布风板上的物料与空气产生强烈扰动和混合；（3）空气通过布风板的阻力损失不能太大，以尽可能降低风机的能耗；（4）具有足够的强度和刚度，能支承本身和床料的重量，锅炉压火时能防止布风板受热变形，风帽不烧损，检修清理方便；（5）结构要合理，能防止锅炉运行或压火时床料由床内漏入风室。

2、一次风室的布置要求。一次风室连接在布风板的下部，其功能是使从风道进入的空气降低速度，动压转化为静压；同时，在一定的布风板压降下，布风板上的气流可以分布得更为均匀[2]。因此，一次风室可以起到稳压和均流的作用。

一次风室的布置应当满足：（1）具有一定的强度、刚度及严密性，在运行条件下不变形，不漏风；（2）具有一定的容积使之具有稳压作用，并能消除进口风速对气流速度分布均匀性的不良影响（一般要求风室内平均气流速度小于1.5m/s）；（3）具有一定的倒流作用，尽可能地避免形成死角与涡流区；（4）结构简单，便于维护检修，且风室钢板的厚度一般为4mm。另外，若风室过大，须在布风板上设计支撑框架，以免引起布风板变形。

六、总结

对于流化床锅炉而言合理的布风结构是减少气泡尺寸，改善流化质量，减少细颗粒带出量，提高燃烧效率的有效途径。一般采用小直径风帽，合理布置风帽数量和风帽排列方式，设计良好的等压风室，均能明显提高流化质量。

参考文献

[1] 朱皑强，芮新红。循环流化床锅炉设备及系统。 第1版。 北京：中国电力出版社，2004。

[2] 程强,尹崇青,张浩。CFB锅炉风帽材料的选用：[D]。山东：济南锅炉有限责任公司，2005。

作者简介：张浩琼 男1984- 辽宁高科节能热电设计研究院 助理工程师 110000