90t/h 循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能改造優(yōu)化方案

官偉

（內(nèi)江市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，四川 內(nèi)江 641100）

我市某酒精企業(yè)自備電廠2#爐為90t/h 次高溫次高壓循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐型號(hào)**G-90/5.29-M2，額定蒸發(fā)量90t/h，額定蒸汽壓力5.29MPa，額定蒸汽溫度485℃，制造日期2009.7，投用日期2010.3，燃燒方式為循環(huán)流化床，主要特點(diǎn)是采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，膜式水冷壁組成水冷布風(fēng)板和爐膛，護(hù)板爐墻組成尾部豎井煙道，高、低溫過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器全部布置在尾部豎井煙道中，過熱器采用管吊管結(jié)構(gòu)，省煤器、空氣預(yù)熱器及旋風(fēng)分離器等采用支撐結(jié)構(gòu)。

1 改造背景

2010 年3 月鍋爐投入運(yùn)行，因生產(chǎn)酒精工藝需要，要求鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行，使鍋爐長(zhǎng)期處于高負(fù)荷、大風(fēng)量的運(yùn)行狀況，從而出現(xiàn)平均床溫高達(dá)986℃，單點(diǎn)測(cè)定溫度達(dá)到了1045℃；長(zhǎng)期處于高床溫的運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致鍋爐NOx 排放高；床溫高、風(fēng)機(jī)出力增大，導(dǎo)致廠用電增大；床溫分布不均勻，導(dǎo)致風(fēng)帽磨損嚴(yán)重；一、二次風(fēng)比例匹配不當(dāng)，影響鍋爐燃燒；減溫器噴水量偏大；排煙溫度高等狀況，影響鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 改造方案

為解決鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，并滿足節(jié)能環(huán)保要求，經(jīng)多方研討，決定對(duì)鍋爐低氮燃燒改造，蒸汽參數(shù)不變，爐膛增加2 片掛屏水冷屏，增加爐內(nèi)受熱面；改造返料裝置，提高返料可靠性，均衡料床溫度；改造鍋爐的一、二次風(fēng)系統(tǒng)，提高爐膛下部還原反應(yīng)區(qū)高度，降低床溫和氧量，降低NOx 原始排放量。

2.1 改造計(jì)算

鍋爐熱力計(jì)算(見表1)。

表1 鍋爐熱力計(jì)算匯總表

2.2 爐膛改造

為了降低床溫和氧量，在左墻爐膛內(nèi)布置二片“水冷屏”（Ф60×5、20G、GB5310 且管子材料與原鍋爐水冷壁管一致），寬度13×80=1040mm，高度約16.5m。從原下降管上引出Φ133×6 管子接到水冷屏下集箱。由于原鍋爐側(cè)水冷壁汽水連接管為4 根Φ108×4.5，與側(cè)墻水冷壁管截面比余量較大，因此，改造設(shè)計(jì)時(shí)，每側(cè)取消其中一根Φ108×4.5管子，集箱管接頭用悶蓋封焊。取消的這二根管子在汽包上的管接頭，作為與水冷屏上汽水連接管的管接頭。每片水冷屏上集箱引出一根Φ159×8 的汽水連接管引到汽包上。經(jīng)計(jì)算，集中下降管、分散下降管與水冷壁、水冷屏的截面比滿足設(shè)計(jì)規(guī)范。汽水連接管與水冷壁、水冷屏的截面比滿足設(shè)計(jì)規(guī)范。水冷屏過渡區(qū)域采用讓管技術(shù)（見圖1），本次鍋爐改造時(shí)，對(duì)原高、低溫過熱器、減溫器、省煤器和空氣預(yù)熱器不進(jìn)行改造。

圖1 水冷屏穿墻處結(jié)構(gòu)(讓管)示意圖

2.3 一、二次風(fēng)系統(tǒng)改造

鍋爐改造后為減小煙風(fēng)阻力，加大二次風(fēng)箱截面。本次改造考慮降低NOx 原始排放量，為此采取如下措施：

（1）改變一、二次風(fēng)比例，由原來的比例6:4 改為5:5，從而加大二次風(fēng)量、減少一次風(fēng)量，以強(qiáng)化循環(huán)床鍋爐分級(jí)燃燒的強(qiáng)度。

（2）保留原鍋爐二層二次風(fēng)噴口，下層二次風(fēng)噴口改接一次風(fēng)。

（3）在距布風(fēng)板高度約2.5m 處增加一層二次風(fēng)噴口。

（4）在原上層二次風(fēng)管的基礎(chǔ)上新增加二次風(fēng)風(fēng)管，管徑為Φ219，以減少風(fēng)管阻力。

2.4 返料裝置改造

返料箱改為三室獨(dú)立送風(fēng)，安裝2 種風(fēng)帽，松動(dòng)風(fēng)、流化風(fēng)、輸送風(fēng)互不干攏，高壓頭、小風(fēng)量返料，大幅提高返料可靠性。返料口下降，并向爐膛中線偏移，提高返料均勻性，均衡料床溫度，降低NOx 生成量。為保證返料穩(wěn)定將原有離心增壓風(fēng)機(jī)更換成二臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)，羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量按每臺(tái)1200Nm3/h，風(fēng)壓按30000Pa，二臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)一運(yùn)一備，將原來返料裝置更換為多風(fēng)室返料箱，配用返料柱型風(fēng)帽，使返料更加通暢，同時(shí)，將返料進(jìn)口立管尺寸縮小，增加料封阻力。在每個(gè)返料腿的立管上部開孔后接出一段Φ325 的鋼管帶法蘭及端板作為噴鈣的預(yù)留口，返料風(fēng)機(jī)應(yīng)采用羅茨風(fēng)機(jī)(一運(yùn)一備)。

3 改造后效果分析

2018 年2 月鍋爐完成改造且已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行2 年，通過對(duì)鍋爐改造前后主要參數(shù)監(jiān)測(cè)（見表2），床溫由原來的972℃降到940℃，降低32℃；減溫器減溫水量由原來的6t/h 降到4t/h，調(diào)溫幅度在30℃，而改造前調(diào)溫范圍達(dá)150℃；排煙溫度從原來的136℃降到130℃；NOx 排放值由原來的415mg/m3降到220mg/m3。

4 改造后鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整建議

4.1 燃燒溫度控制

燃燒溫度越高，燃料在床層中就越能燒透，飛灰可燃物、爐渣可燃物就可降低；但是，床溫變高NOx 原始生成量會(huì)升高，因此，在運(yùn)行中找到合適的燃燒溫度非常重要；建議燃燒煙煤時(shí)，燃燒溫度控制在880 ～910℃范圍內(nèi)。

表2 鍋爐改造前后主要參數(shù)對(duì)比

4.2 氧量控制

循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行當(dāng)中，一次風(fēng)控制最小臨界流化風(fēng)量和床溫，二次風(fēng)控制總氧量；降低NOx 原始生成量，降低一次風(fēng)量效果最明顯。因此，一次風(fēng)、二次風(fēng)比例控制在5：5。本次鍋爐改造設(shè)計(jì)中，保留有下層二次風(fēng)噴口，正常情況下，下層二次風(fēng)噴口關(guān)閉(僅少開些以冷卻噴口)。當(dāng)爐渣可燃物或CO 升高時(shí)，可適當(dāng)開啟下層二次風(fēng)，向床層補(bǔ)充氧量。

4.3 風(fēng)室壓力控制

循環(huán)流化床鍋爐料層的厚薄，決定著風(fēng)室壓力的大小；料層燒的厚一些可增加內(nèi)循環(huán)，有利于降低NOx 原始生成量，也有利于降低爐渣可燃物，但是，料層燒厚了，一次風(fēng)機(jī)廠用電會(huì)增加，也會(huì)增加水冷壁下部管子的磨損。因此，建議風(fēng)室壓力控制在6.5 ～8.5kPa。燃燒灰份高的煤種，風(fēng)室壓力取低值，燃燒灰份低的煤種，風(fēng)室壓力取高值。

4.4 給煤、布風(fēng)、返料均勻性控制

循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行當(dāng)中，要求三臺(tái)給煤機(jī)給煤量大小做到相同。當(dāng)給煤量均勻從而保證床溫均勻，減小床層中局部NOx 原始生成量。在保證不堵煤的前提下，播煤風(fēng)風(fēng)門、送煤風(fēng)門盡量開小。循環(huán)流化床鍋爐每次停爐后，檢查每只風(fēng)帽的損壞情況；凡是風(fēng)帽小孔有磨損現(xiàn)象的，必須要求更換，防止布風(fēng)板局部流化不均勻而造成局部NOx 原始生成量升高。循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行當(dāng)中，二只返料風(fēng)箱的返料風(fēng)量、風(fēng)門開度要保持一致，返料的流化風(fēng)量、松動(dòng)風(fēng)量要求相同；每次停爐后要檢查每只返料風(fēng)帽，有損壞的必須更換，以保證返料的正常可靠。

5 結(jié)語

在爐膛增加水冷屏，實(shí)現(xiàn)了降低床溫的目的，鍋爐帶負(fù)荷能力增強(qiáng)，鍋爐效率有所提升；鍋爐爐內(nèi)脫硫效率得到了一個(gè)較大的提高，對(duì)鍋爐NOx 的原始產(chǎn)生量有明顯降低；一、二次風(fēng)系統(tǒng)改造，強(qiáng)化循環(huán)床鍋爐分級(jí)燃燒的強(qiáng)度，從而降低NOx 原始排放量；返料裝置改造提高返料可靠性、均勻性，均衡料床溫度，降低NOx 生成量。通過上述舉措鍋爐改造達(dá)到預(yù)期效果，從根本上解決鍋爐運(yùn)行中存在的問題，使鍋爐排放指標(biāo)達(dá)到節(jié)能環(huán)保要求并提高經(jīng)濟(jì)效益。