摘要：本文针对我单位循环流化床锅炉运行过程出现的启动初期和低负荷运行过程中，出现返料异常中断；在保证环保指标前提下，锅炉负荷无法达到额定出力（目前运行最高负荷170t/h）,无法满足后序化工装置的蒸汽需求的问题，对旋风分离器入口烟道、中心筒、返料器、返料风机及布风装置和风帽进行优化、改造和选型，取得了较好效果。
关键词：循环流化床锅炉；返料系统；优化改造
前言：洛阳永龙能化有限公司现有2台220t/h高温高压循环流化床锅炉，该锅炉由济南锅炉集团2004年生产。在运行过程主要存在启动初期和低负荷运行过程中，出现返料异常中断；在保证环保指标前提下，锅炉负荷无法达到额定出力，目前运行最高负荷170t/h,无法满足后序化工装置的蒸汽需求。经与生产厂家进行沟通、交流，决定对返料系统进行优化改造，本文将针对循环流化床锅炉返料系统优化及提效改造相应内容进行阐述。
1、分离器改造
分离器的效率对循环流化床锅炉很关键，决定着外循环灰量，也制约着床温的高低。如果分离器结构设计不合理，将会直接影响固体颗粒的稳定和连续循环，导致锅炉燃烧效率下降，尾部受热面磨损加剧，影响锅炉安全可靠性。
影响分离器效率的因素很多。分离器进口型式、分离器进口的高宽比 、分离器的直径、分离器锥段的角度、合理的小灰仓、恰当的立管高度及直径、合理的中心筒直径及插入深度、严格的密封结构。只有这些有序合理组合才能构成一个高效分离器。由于是旧锅炉，且燃用煤种多变，本着性价比最高的原则对现分离器进行优化。
通过计算进口烟道入口阻力、进口烟道本体阻力、烟气加速渐变损失、旋风分离器筒体阻力、烟气进入中心筒压缩损失、中心筒沿程阻力、烟气绕流灰粒产生的阻力等各部分阻力，确定旋风分离器进口尺寸。
根据计算，对分离器入口和中心筒改造，提高分离效率，合理控制床温，降低Nox的生成。
①分离器入口优化改造
现分离器入口烟气流速慢，积灰较多，加速效果需要提高，通过更改分离器入口加速段烟道，保证有合理的烟气流速和流向，并使烟气和夹带的物料在进入旋风分离器之前就可得到较大的动量，更好的完成气固分离。
离器入口改造示意图
②中心筒优化改造
优化改造中心筒。主要降低分离器扰流的影响以及提高中心筒流速，从而提高分离效率。
提高分离器分离效率，增加了外循环灰量，有效的调节床温，提高了炉膛差压，提高了锅炉带负荷能力。
中心筒改造示意图
根据流速计算合理选择中心筒尺寸和合理的插入深度以及偏心率，有效提高分离器效率。
2、返料器改造
对锅炉返料器进行改造，增加外循环灰的返料能力。
根据返料器工作原理，返料器为一个小型的流化床。固体颗粒由分离器下来的立管进入返料器，在松动风和返料风的作用下将固体颗粒流化并经返料室和返料斜管进入炉膛。由分离器分离下来的固体颗粒不断进行补充，从而形成CFB锅炉固体颗粒的循环运动。
由于分离器的工作环境是上部强负压工作环境。下部是正压逐渐减少的环境。破坏负压的任何因素都会对分离器效率产生影响。返料器采用U型返料器，对着立管的为松动风装置，和炉膛相接的为返料风装置。两者作用不同，需要的风量也是不同。松动风主要起松动作用，所需风量较少，返料风主要起返料作用，所需风量较大。根据返料器工作原理。对返料器的风帽进行重新设计，按需设计布风量，达到提高料腿的物料高度及返料能力，增加外循环灰量，从而起到控制床温的作用，防止结焦。
U形返料器结构示意图
计算回料器风帽上的压力：
Psw=Ps-△P
式中：Psw——回料器风帽上的压力
Ps——回料器风室压力
△P——配风装置的阻力
其中风室压力计算公式为：
式中：Phz——返料腿炉膛入口中心线处的背压，
△P——配风装置阻力
Hspr——回料器反料腿入口中心线至反料腿炉膛入口中心线的距离
Rd——灰在流态化的密度
Hw——回料器舌合高度
对返料器的风帽进行更换，按实际需要的风量进行优化设计，保证松动风在流化的前提下风量最小，以防反串影响分离器效率，返料风可调性好，以保证返料通畅。从而从结构上提高料腿的物料高度及返料能力，保证分离器的效率。
根据回料器风帽的压力，重新对风帽进行优化设计，确保通过回料装置的改造，能满足以下要求：
（1）改造应保证外循环灰流动稳定性，防止结焦；
（2）返料风有足够的压力克服负压差，将固体颗粒送回炉膛，起到烟气密封的作用，防止炉内烟气反串入分离器而降低分离效率；
（3）回料装置具有自平衡性，外循环灰在不同锅炉负荷时应能稳定回送。
3、锅炉布风装置改造
布风板的主要作用有承托浇注料和静止床料；利用布风板的重整阻力，使布风板上的流化风均匀，提供足够的动压头，使物料均匀流化，避免出现勾流、腾涌等流化床层的不稳定性；及时排除床层炉渣，避免流化分层，维持正常流态化燃烧。
原锅炉设计流化床床面较宽，为了完成物料流化，只能增加一次风份额，缺少控制NOx的调整手段。本次改造对床面尺寸进行合理优化，根据锅炉综合计算，缩小床面尺寸，用耐火材料砌筑斜面风室。既能均衡截面热负荷，提高流化的均匀性，又能降低一次风份额，合理的一次风份额，保证燃烧过程前期必须的氧量，使燃料在缺氧、富燃料燃烧条件下燃烧，实现还原性的燃烧氛围。在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，减少NOx在这一燃烧过程中的生成量。
具体改造包括以下内容：
优化改造流化床床面，优化布风板结构，降低一次风率，提高二次风率，降低NOx排放。
流化床的床面面积根据降低后的一次风量进行确定，床面有效面积计算：
F
式中 F——床面有效面积，㎡
Q——标准状况下通过布风板的一次风量，m3/s
θ——床温，℃
W——流化风速，m/s
P——布风板压力，KPa
在热态流化状态下，料层阻力可以用下面公式计算:
△PHρp(1-ε)g
式中 △Plc——料层阻力,Pa
H——流化状态下的料层高度，一般为静态料层高度的2倍
Ρp——床料的表观密度，kg/m3
ε——床层孔隙率，取0.7
△P
式中 △Pbf——布风板阻力,Pa
ξ——布风板阻力系数
ρ——气体密度，kg/m3
u——风帽小孔速度。m/s
根据计算结果，采取的改造方法是：缩小床面尺寸，用耐火材料砌筑斜面风室，如下图：
4、流化床风帽改造
对现有流化床风帽进行分区改造，配合床面改造更换部分风帽结构形式，风帽使用济南锅炉集团有限公司的专利技术风帽，满足阻力适中和寿命较长的特点。通过对合适的风帽数量及开孔个数的选择，可得到最佳的其流速和合适的动量，从而获得均匀的布风以及良好的流化质量。锅炉运行时，床面不易出现死区，能有效避免出现分层现象和大颗粒在布风板上沉积。适宜的风帽结构，它可以使布风更加均匀，有效的改善流化质量，促使底部颗粒的扰动，避免底部颗粒沉积。
5、返料风机选型问题与处理
将返料风机选型是导致循环流化床锅炉返料减少的一个重要原因，锅炉在运行过程中，出现返料风压降低情况，通常会发生在返料风机改造运行初期阶段中，为避免此类情况出现，对于返料风机选型要给予更多重视与关注[2]。要及时计算风压与风量情况，在这一过程中，可以结合循环流化床锅炉说明书以及计算书展开，保证风压与风量能够与改造前计算相同。在返料风机的选用中，可以使用罗茨风机，罗茨风机属于容积式风机与恒流量风机，工作参数为风量。输出压力会在不同程度上发生变化，一般情况下，管道以及负载发生变化，那么压力也会随之发生改变，风量变化相对较小。容积式鼓风机流量具备硬特性特点，当外界系统阻力增加背景下，出口压力也会随之提升。因此，可以在流量几乎不发生变化情况，直接将气体排出。基于此，在风机的选型中，要合理应用罗茨风机，这样可以在最大程度上避免返料减少情况，使得循环流化床锅炉的稳定运行得到保障。
将现有的返料风机由离心风机（9-11NO10D流量：10299m3/h?风压：22446pa?转速2982r/min）更换为罗茨风机（LMSR225 风压：39200pa 风量：4200m3/h），提高返料背压，降低返料风量，避免返料风的刺穿现象，保证分离效率。
结束语：2019年6月改造结束，通过近3个月的运行，锅炉返料异常中断的问题得到了有效解决，锅炉负荷可提升至210t/h。通过返料系统优化和提效改造，有效解决了制约锅炉“安、稳、长、满、优”运行的相关问题和瓶颈，产生了良好的安全和经济效益。
参考文献：
[1]罗云飞. 浅谈一种循环流化床锅炉返料灰输送结构[J]. 江苏锅炉, 2019(2):1-3.
[2]吴相朝, 李俊. 循环流化床锅炉返料器振动问题解析[J]. 设备管理与维修, 2018, 000(012):63-64.
[3]胡林. 热电厂循环流化床锅炉回料器返料困难的原因和对策[J]. 电力设备管理, 2018, 000(012):P.74-76.
[4]马伯洲. 330MW循环流化床机组返料器内衬板优化改造[J]. 消费导刊, 2018, 000(034):87.