一種非標再熱參數摻燒工藝廢氣煤粉鍋爐開發

陳令章,馮玉霄,尹朝強

1.清潔燃燒與煙氣凈化四川省重點實驗室,四川 成都 611731 2.東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司,四川 自貢 643001

0 引言

近年來,我國能源結構向多元化發展,但是煤炭在我國能源消費結構中仍占據重要位置[1-2],依托某化工園區熱電聯產項目配套1臺150 MW背壓式汽輪發電機組,且為了處理化工園區生產過程中制造的工藝廢氣,開發了一種非標再熱參數摻燒工藝廢氣煤粉鍋爐,該鍋爐爐型的開發不僅能夠為化工園區提供自備用電和自用蒸汽,而且能夠安全有效地摻燒工藝廢氣。該鍋爐爐型可為用戶提供可靠、清潔的能源設備,能夠有效地處理工藝廢氣,降低污染物的排放,保護環境。

1 鍋爐設計方案

1.1 鍋爐總體布置

鍋爐為超高溫亞臨界參數、自然循環、單爐膛背靠背、無高溫再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、四角切圓燃燒方式。省煤器采用分級布置,空氣預熱器采用管式布置。鍋爐整體布置見圖1。

圖1 鍋爐整體布置

結合化工廠場地大小限制,鍋爐采用背靠背布置,沒有水平煙道,結構緊湊,采用單爐膛、雙煙道,鍋爐前部為爐膛,爐膛四周為膜式水冷壁,燃燒器采用四角布置,燃燒器為水平濃淡煤粉燃燒器。爐膛出口依次布置全大屏過熱器、后屏過熱器、高溫過熱器。尾部后豎井采用雙煙道形式,分別布置低溫過熱器和再熱器。

鍋爐整體布置如圖1所示,圖尾部后豎井前煙道布置低溫過熱器,后煙道布置再熱器。省煤器布置在低溫過熱器及再熱器下方區域,省煤器采用光管。為了滿足脫硝煙溫要求和排煙溫度,省煤器分成上下2級,采用分級布置。尾部布置脫硝裝置和管式空氣預熱器,管式空氣預熱器分為一次風側和二次風側,一、二次風側空預器均采用上、中、下3級布置。

1.2 鍋爐設計條件

鍋爐參數見表1。

表1 鍋爐參數

燃料為煤粉和工藝廢氣。設計煤種為華亭煤,工藝廢氣為化工廠液氮洗滌裝置的尾氣,工藝廢氣主要成分見表2。

表2 工藝廢氣主要成分

1.3 鍋爐各主要系統布置設計

1.3.1 燃燒器布置

燃燒設備為四角布置,切向燃燒,水平濃淡煤粉燃燒器。燃燒器噴口中心線與爐膛中心線的假想切圓相切。每角燃燒器分為上下2組,其中最上層為摻燒廢氣噴口,上組布置3層燃盡風。側墻燃盡風每層4只噴口布置在爐膛兩側墻上,噴口中心線與爐膛中心的假想切圓相切。燃燒器噴口的適當擺動可改變火焰中心的位置,以便調節再熱蒸汽溫度[3-5]。燃燒設備布置見圖2,側墻燃盡風布置見圖3。

圖2 燃燒設備布置

圖3 燃燒設備布置

1.3.2 水循環系統

本鍋爐項目水循環系統循環方式為自然循環,其循環回路由汽包、下降管系統、水冷壁及汽水引出管4個部分組成。

1)鍋筒。汽包內部設備采用單段蒸發系統,一次分離元件為?315 mm的切向導流式(立式)旋風分離器。鍋筒內部設備的設計原則為在給水品質符合標準要求的情況下,保證蒸汽品質合格。

2)下水連接管。汽包引出若干根集中下水管懸垂在汽包下方,在集中下水管下端布置有分配集箱,分配集箱引出若干根連接管引入前、后、側墻水冷壁的水冷壁下集箱。

3)水冷壁上升管。爐膛水冷壁上升管材料采用碳鋼,爐膛壁面由光管加焊扁鋼形成氣密膜式水冷壁,折焰角區域后墻水冷壁分兩路,一路形成折焰角水冷壁,一路形成后墻水冷壁,引入后墻水冷壁上集箱。為防止水冷壁管傳熱惡化,水冷壁前后墻和兩側墻在膜式水冷壁中間區域均采用內螺紋管。

4)汽水引出管。水冷壁上集箱共設置了若干根汽水引出管,汽水引出管接入汽包。

1.3.3 過熱器系統

過熱器系統由頂棚過熱器、包墻過熱器、低溫過熱器、大屏過熱器、后屏過熱器、高溫過熱器、噴水減溫器和過熱蒸汽連接管、過熱器集箱等組成。

過熱器系統采用一次左右交叉,并布置了兩級噴水減溫,盡可能消除蒸汽側和煙氣側的熱力偏差,在負荷變化較大幅度內維持穩定的過熱汽溫。過熱器布置見圖4。

圖4 過熱器布置

1.3.4 再熱器

再熱器為自用蒸汽,不用于汽輪機發電,根據再熱器溫升計算結果,再熱器設置一級。再熱器采用煙氣調節擋板調溫方式,并且在低再進口設置事故噴水減溫器作為備用。再熱器布置見圖5。

圖5 再熱器布置

1.3.5 空氣預熱器

本項目空預器采用螺旋槽管,錯列、立式布置。空預器換熱管材料采用碳鋼,為防止低溫腐蝕,低溫段采用碳鋼內鍍搪瓷。根據煙風流程,空預器分為一次風側和二次風側。空預器布置見圖6。空預器中、下級管箱及聯絡風道分為3個單獨的通道,每個單獨的通道在聯絡風道上布置關斷擋板,可以單獨切斷某個通道,而不影響其他幾個空預器通道的正常運行[6-8]。

圖6 空預器布置

1.3.6 省煤器

省煤器采用光管式,管束逆流換熱。為了滿足各種運行工況脫硝的需求,省煤器分為上下2組,分別布置于后豎井煙道下方以及脫硝裝置下方,可保證脫銷入口煙氣溫度在鍋爐穩燃負荷范圍內均處于合理的溫度。

1.3.7 其他先進技術

本項目采用空氣預熱器反向干燒技術,可防止硫酸氫氨堵塞。空預器干燒原理是在空預器及聯絡風道在設計時,將空預器中、下級管箱及聯絡風道分為3個單獨的通道,每個單獨的通道在聯絡風道上布置關斷擋板,可以單獨的切斷某一個通道而不影響其他幾個空預器通道的正常運行,系統流程簡圖見圖7。

空氣側的通道均相互獨立,關斷其中一路后,該通道煙風不參與換熱,該通道空預器管箱溫度上升,硫酸氫氨蒸發,從而可防止硫酸氫氨堵塞。

空預器尾部煙道設置有煙溫及煙壓測點,可以在線監測硫酸氫氨的堵塞情況,根據實際運行情況,合理的調節干燒時間及頻率。

1.3.8 其他關鍵設計

由于本項目鍋爐摻燒工藝廢氣,根據設計規范要求,設置了防爆區域,在防爆區域內的閥門、儀表、吹灰器等設備均采用防爆產品[9-10]。

2 結束語

本文設計的一種非標再熱參數摻燒工藝廢氣煤粉鍋爐結構布置緊湊、調峰能力強、可摻燒工藝廢氣,優勢明顯。本項目鍋爐現已投入運營,在鍋爐最大出力工況時,鍋爐效率(按低位發熱值,BMCR)大于94.3%,排煙溫度滿足保證值123 ℃,鍋爐在30%BMCR時能穩定燃燒,水循環安全可靠。鍋爐在50%～100%額定負荷范圍內,過熱蒸汽保持額定參數汽溫571 ℃,汽溫偏差不超過±5 ℃。再熱蒸汽溫度、壓力參數、NOx排放量均滿足用戶抽汽自用需要。

本爐型的開發能對石化工等企業生產過程中產生的工藝廢氣進行有效處理及循環利用,對實現“雙碳”目標具有支撐作用及重大意義。