大型煤化工裝置循環流化床鍋爐長周期運行研究與探索

陳 磊，黃孺國

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)一期為50萬t/a甲醇、20萬t/a二甲醚；二期為40萬t/a醋酸及20萬t/a乙二醇項目；三期為利用二期富裕合成氣新建的20萬t/a乙二醇項目。園區內蒸汽系統為一期3×130t/h(9.8MPa，540℃)，二期3×220t/h(9.8MPa，540℃)高溫高壓循環流化床鍋爐，其中，1#、2#、3#、5#、6#鍋爐采用單鍋筒橫置式自然循環、“水冷旋風分離器”、膜式壁爐膛前吊后支、全鋼架結構、高溫分離、高倍率循環流化床鍋爐技術的高溫高壓循環流化床燃煤鍋爐。

4#鍋爐采用中溫分離、低倍率循環流化床鍋爐技術的高溫、高壓循環流化床燃煤鍋爐。其中，爐內自下而上依次為一次風室、濃相床、懸浮段、一級蒸發管、三級過熱器、二級過熱器、一級過熱器、二級蒸發管及高溫省煤器。

1 改造實施背景及鍋爐存在的問題

1.1 實施背景

2019年，園區內部鍋爐系統頻繁出現泄漏，造成運行周期大幅降低，嚴重影響著生產系統的穩定運行。隨著龍宇煤化工三期新建20萬t/a乙二醇項目的試車、投產，屆時6臺鍋爐將全部保持運行，鍋爐將無備爐，考慮到園區總體蒸汽平衡，鍋爐的安全穩定運行對化工裝置的穩定生產至關重要。

1.2 鍋爐存在的問題

(1)經過歷次停爐檢修檢查、測厚發現，水冷壁過渡區域、人孔門四周、吊屏穿墻區域、爐膛角部、爐膛出口周圍等磨損嚴重。

(2)排渣管與床面連接板焊口經常開焊、排渣口變形。

(3)鍋爐頻繁出現斷煤、堵煤問題，嚴重影響著鍋爐的穩定運行。

(4)4#爐負荷自實施低氮燃燒改造后，鍋爐負荷較低，無法保持高負荷運行。

(5)5#、6#鍋爐省煤器管道頻繁出現泄漏，嚴重影響鍋爐長周期運行。

(6)入爐煤煤質顆粒度不均勻，給鍋爐穩定運行帶來一定影響。

2 采取的改造措施

2.1 水冷壁管改造[1]

循環流化床鍋爐受熱面磨損是影響鍋爐長周期運行的第一因素，尤其是爐膛水冷壁等的磨損，解決此類磨損是保證鍋爐長周期運行的關鍵。

歷次停爐檢修檢查、測厚發現，水冷壁過渡區域、人孔門四周、吊屏穿墻區域、爐膛角部、爐膛出口周圍等磨損嚴重。2019年，龍宇煤化工利用大修對一期3×130t/h鍋爐密相區向上6m區域內受磨損的水冷壁管排進行更換(見圖1)，同時根據導流板磨損情況，調整導流板安裝尺寸及位置。

2.2 實施防磨保護措施[2]

龍宇煤化工利用2019年的大修機會，對一期3臺鍋爐實施爐內噴涂，利用火焰高溫工藝將鉻鎳合金噴涂在衛燃帶上部水冷壁上，噴涂高度為衛燃帶上方6m，厚度>0.5mm，自實施防磨噴涂后，有效改善了鍋爐上部水冷壁沖涮情況，近兩年來上部未出現水冷壁泄漏的情況。具體采取措施如下：①對整體磨損區域防磨噴涂；②對防磨噴涂保護失效、磨損嚴重的區域，如水冷壁與過渡區域，對導流板磨損及時進行補焊；③嚴格控制補焊導流板的質量；④盡量使爐襯(可塑料)的上邊緣與水冷壁平滑過渡，消除形成渦流的條件，消除渦流磨損。

2.3 排渣管改造

排渣管與床面連接板焊口經常開焊、排渣口變形，經過認真分析，發現是由于排渣管的膨脹給床面加了一個向上的應力所引起。通過研究決定采取兩項措施：一是在連接處采用耐熱鑄鋼短管，上部采用加厚設計，相當于做了一個加強環；二是在床面的下面加裝一個支撐板，消除了應力。

2.4 2#鍋爐給煤系統改造[3]

針對各臺鍋爐頻繁出現的斷煤、堵煤問題，龍宇煤化工以2#鍋爐做試驗，在2019年大修期間，優先進行2#爐無堵塞給煤系統改造，其他鍋爐根據2#爐改造效果再行確定。具體改造措施如下：更換鍋爐煤倉下部部分襯板，在鍋爐煤倉出煤口和原皮帶給煤機之間增加一套無堵塞給煤機，將原落煤管更換為無堵塞播煤器。以上改造投入運行后，效果較好，在煤質較差的情況下，相對1#、3#爐能夠保證2#爐的給煤穩定。

2.5 4#爐提負荷改造及防磨

(1)負荷提升改造。龍宇煤化工4#鍋爐為220t/h(9.8MPa)中溫分離、低倍率循環流化床鍋爐，自2018年實施鍋爐超低排放及低氮燃燒改造后，負荷最多提升至170t/h，無法達到設計負荷，針對4#鍋爐存在的床溫高、負荷低、布風差、返料少等問題，對其進行局部改造：一是將爐內布風板所有風帽由蘑菇形改為鐘罩式[4]，以改變原有的布風狀況；二是在旋風分離器出口增加煙氣擋板，在中心筒底部割除400mm，擴大返料器風帽孔徑，以增加返料灰量。經改造后，4#爐床溫基本控制在900℃左右，鍋爐負荷能夠達到200t/h，較本次改造前提升效果明顯。

(2)防磨處理。對4#爐所有受熱面防磨瓦進行大面積更換，減少受熱面的磨損。

2.6 5#爐、6#爐省煤器管道所有焊縫重新焊接

5#爐、6#爐運行過程中頻繁出現省煤器管道泄漏，導致停爐事故，大修期間對所有省煤器管道進行檢查，發現部分焊縫存在一定缺陷。2019年大修期間，龍宇煤化工組織專門檢修力量，對5#爐、6#爐省煤器存在缺陷的管道焊縫進行重新焊接，并對省煤器防磨瓦進行更換，減少對管道的磨損，自檢修以來再未出現因泄漏而停爐的事件。

2.7 強化入爐煤質管理

龍宇煤化工在生產中使用的主要有永城本地煤、焦煤、晉煤，為了節約成本摻燒約20%的高硫煤。

在強化煤質管理上，龍宇煤化工主要采取了以下幾點措施：

(1)增加篩破一體機，控制入爐煤粒度。為保證燃料煤顆粒度，永城園區煤儲運增加了篩破一體機，顆粒度較之前明顯減小，基本能保持13mm以下，燃煤顆粒度改造前后的數據對比見表1。

表1 燃煤顆粒度改造前后的數據對比

(2)退出矸石摻配，確保鍋爐穩定運行。循環流化床鍋爐具有對燃料適應范圍寬的優點，可以燃用低發熱量的劣質煤，前期為了節約運行成本，燃煤中摻配一定比例的、發熱量較高的煤矸石，隨著矸石發熱量的降低，對鍋爐帶來的負面作用逐漸顯現。

考慮到鍋爐防磨的投入、排渣熱損失、鍋爐整體磨損、使用壽命周期等影響，經綜合分析后，龍宇煤化工決定燃煤中退出煤矸石，燃料煤的發熱量控制在19.2～20.9MJ之間，接近于設計值。

退出煤矸石后，經過長時間運行，停爐檢查發現，鍋爐各部受熱面磨損程度較以往明顯減小(見表2)，這也是鍋爐能夠長周期穩定運行的重要原因之一。

表2 添加煤矸石前后鍋爐運行周期比較

3 優化工藝操作確保鍋爐長周期穩定運行

3.1 標定風量表、穩定料層厚度、適當降低出力

在前期鍋爐運行期間，因鍋爐風量表不準，運行調整僅能參考風機電流、風壓、床溫等。2019年檢修，在鍋爐全停期間，對各爐進行冷態通風試驗，對風量表進行了標定，發現鍋爐運行期間的一次風量均偏大，這也是造成鍋爐磨損的重要原因。經過分析、試驗，對鍋爐一次風機電流、料層厚度進行調整，一次風機電流基本降低10A左右，風室壓力降低2kPa左右，鍋爐調整前后參數對比見表3。

表3 鍋爐調整前后參數對比

為保證鍋爐料層穩定，對一期鍋爐冷渣機進行更換，將原有風冷水冷氣槽式冷渣機更換為滾筒冷渣機(見圖3)，提高了排渣效率。

圖3 氣槽冷渣機更換為滾筒冷渣機

3.2 提高燃燒效率

在降低一次風量的基礎上，適當增加二次風配比，提高二次風風壓至5～7kPa，控制尾部煙道氧量在3%～5%，不僅提高了鍋爐的燃燒效率，也減少了鍋爐內部受熱面的磨損，保證了鍋爐的穩定運行。

3.3 改善鍋爐加藥系統

在鍋爐水處理方面，原設計是向給水中添加20%氨水，控制pH值；向除氧器進水中添加聯氨，控制溶解氧；向鍋爐汽包內添加磷酸鹽，控制鍋爐給水pH值。經過長時間的運行，汽包內壁及受熱面管道內壁結垢，下游裝置的透平機組葉片上也發現鈉鹽的結垢。為改善鍋爐水質，控制蒸汽品質，龍宇煤化工改用了新型鍋爐水處理劑W800和有機pH調節劑W400，使用效果明顯，汽水品質合格率由原來的95%提高到99.5%以上。

該項措施不僅改善了汽水品質，解決了結垢問題，降低了鍋爐受熱面爆管的概率，還減少了鍋爐的排污量，對延長鍋爐運行周期也起到了一定的作用。

3.4 實施運行獎勵機制

龍宇煤化工制定了《關于鍋爐長周期運行市場化考核辦法》，提出了保證單臺鍋爐運行120d、150d、220d三個階梯的奮斗目標，明確了獎勵額度，同時明確了各部門的職責與獎罰比例，提高了員工做好日常工作的積極性和責任心，發揮了高效的經濟杠桿作用。

4 取得效果

通過以上措施，單臺鍋爐運行時間較往年增加120d以上，6臺鍋爐運行周期見表4。

表4 6臺鍋爐運行周期

5 結語

鍋爐裝置在生產中的作用是提供系統的蒸汽、電力等，鍋爐的穩定運行對整個化工裝置起了關鍵性作用，龍宇煤化工通過技術改造、控制入爐煤煤質、優化工藝操作、使用新型鍋爐水處理劑、以及制定長周期獎勵機制等手段，確保了鍋爐的穩定運行，其中3#鍋爐實現了鍋爐安全穩定連續運行373d，1#鍋爐實現301d，6#鍋爐實現連續運行293d，其他鍋爐基本在200d以上，運行周期較往年至少提高120d以上。