2×75T/H循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能分析

羅凱，林世華

(北京東方石油化工有限公司東方化工廠，北京 101149)

1 概況

東方石化公司東方化工廠現(xiàn)有2臺四川鍋爐廠設計和生產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐型號為CG－75/3.82－MX10。循環(huán)流化床鍋爐主要由爐膛、高溫水冷旋風分離器、雙路回料閥和尾部對流煙道組成。其中，燃燒室(爐膛)蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁，布風裝置采用水冷布風板，“7”字形定向風帽，燃燒室內(nèi)布置管式高溫過熱器，兩個直徑3m的高溫水冷旋風分離器布置在燃燒室與尾部對流煙道之間，其回料腿下部布置一個L型自平衡回料閥，尾部對流煙道內(nèi)布置低溫過熱器、省煤器和空氣預熱器等受熱面。

燃料燃燒所需的一、二次風分別由各自的風機單獨供風，采用分級配風，其中一次風經(jīng)布風板給入;二次風于爐膛密相區(qū)由上、下二次風箱分12個噴口(左右各6個)給入。循環(huán)流化床鍋爐采用床下熱煙氣啟動燃燒器點火方式，設置床下油槍共2只，設計單支最大出力200kg/h，啟動燃燒器油槍霧化采用機械霧化，燃用柴油。設計燃用煤種為優(yōu)質煙煤，單臺鍋爐燃煤量10t/h，鍋爐主要參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要參數(shù)

2 能耗高的原因分析

對于循環(huán)流化床鍋爐，為適應其燃燒方式的特殊性，在爐膛底部布置了高阻力的布風裝置，運行中鍋爐密相區(qū)具有大量的高濃度、大顆粒的床料，為了使床料得到充分的流化，必須有高壓頭的一次風機提供流化風，循環(huán)流化床鍋爐一次風風壓是同等參數(shù)煤粉爐送風機風壓的2～3倍，一次風機電耗較高。為了使爐膛內(nèi)的煤得到充分燃燒，降低鍋爐煙氣NOx物濃度，通過二次風機實現(xiàn)分段送風，并要求二次風具有較高的穿透力，二次風機壓頭較高，二次風機電耗較高。爐內(nèi)循環(huán)物料量大，飛灰濃度高，布置有旋風分離器，增加了煙氣的流動阻力，引風機的壓頭較高，引風機的電耗也較高。

另外，大容量的循環(huán)流化床鍋爐，為了降低飛灰可燃物含量，需要將電除塵一電場灰斗中的灰利用飛灰再循環(huán)系統(tǒng)送回爐膛，需要布置飛灰再循環(huán)風機;采用風水聯(lián)合冷渣器的循環(huán)流化床鍋爐，還需要設置冷渣器流化風機;大量物料在返料和爐膛等系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，必須設置更高壓頭的返料風機。因此，循環(huán)流化床鍋爐風機數(shù)量多、電耗高，該流化床鍋爐在運行初期蒸汽風機電耗高達14.56kW·h/t。同時，該流化床鍋爐由于燃用煤種偏離設計煤種較大，鍋爐運行中排煙溫度較高，鍋爐熱效率相對降低，因此鍋爐噸蒸汽煤耗較高。

綜上所述，要提高鍋爐的經(jīng)濟運行水平，降低循環(huán)流化床鍋爐的能耗指標是主要方式之一，除了常規(guī)的通過優(yōu)化鍋爐運行和設備管理，提高鍋爐熱效率，來降低噸蒸汽標煤耗火發(fā)電標煤耗外，還需要通過設備的改造，風量的合理搭配和控制，降低風機運行壓力或盡可能減少高壓頭風量，努力降低風機、水泵等大功率輔助設備電機的功耗，來降低噸蒸汽電耗或自用電率。

3 節(jié)能措施及效果

3.1 降低布風板阻力

循環(huán)流化床鍋爐的布風裝置包括風室、布風板、風帽和絕熱保護層，其作用就是均勻分布一次風。風帽是布風裝置中關鍵的設備，它起到細分一次風的作用，其小孔速度是影響布風裝置阻力的主要因素，也是影響流化床燃燒穩(wěn)定性的關鍵因素［1］。小孔風速越高，布風裝置阻力越大，燃燒穩(wěn)定性好，但是風機壓頭高，造成鍋爐風機電耗高;小孔風速越低，布風裝置阻力越小，燃燒穩(wěn)定性差，低負荷運行時容易產(chǎn)生床料流化不良、風室漏灰嚴重等問題。通常情況下，布風板阻力占爐膛總壓降的20% ～25%，其目的就是為了確保床料的流化質量［2］。循環(huán)流化床鍋爐風帽有圓柱形、“7”字形、“T”字形、豬尾形、鐘罩式和半球形卡箍式等類型。該爐最初采用“7”字型定向風帽，發(fā)現(xiàn)磨損比較嚴重，使用半年左右風帽磨損穿孔的數(shù)量就占了總量的25%左右;風室內(nèi)漏灰情況比較嚴重，4個月左右就要清理一次風室的積灰;風帽阻力較大，正常運行風量下，布風板空板阻力在4.5kPa左右，一次風機電耗較高，噸蒸汽耗電為7.57kW·h。

考慮到圓柱形風帽具有布風較均勻、磨損較小、風室漏灰可能性小、結構簡單等優(yōu)點，在2004年上半年原風帽改為圓柱形風帽。改造后，不僅風帽的磨損減小，更換周期由原來的12個月增加到26個月以上，而且風室漏灰問題基本上得到了解決，布風板阻力降低了30%，一次風機電耗降低。

3.2 降低入爐煤粒度

燃煤粒徑大小、粒度分布不僅影響到循環(huán)流化床鍋爐的燃燒、傳熱和負荷調節(jié)，而且影響到鍋爐的穩(wěn)定運行、風機電耗。通常情況下，高倍率循環(huán)流化床鍋爐燃料粒徑要求較細，低倍率循環(huán)流化床鍋爐燃料粒徑要求較粗;低揮發(fā)分的煤種，燃料粒徑要求較細，高揮發(fā)分煤種，燃料粒徑要求較粗［3－4］。

流化床鍋爐原輸煤系統(tǒng)為一級篩分一級破碎，在實際運行中存在出力不足、原煤破碎粒度偏大等突出問題，實際入爐粒度在20mm左右，造成鍋爐效率偏低、設備磨損加劇及鍋爐除渣困難等問題，2007年2臺流化床鍋爐停運13次，其中因為放渣不暢、設備磨損等原因引起的停運占了9次，嚴重地影響了流化床鍋爐的長周期穩(wěn)定運行。

2008年9月，對鍋爐燃煤破碎系統(tǒng)進行了改造，在原有的環(huán)錘破碎機后面的3、4號皮帶之間增加一級齒輥式碎煤機，將燃煤粒徑控制在了13mm以下，完全滿足燃煤粒度需要，并提高了輸煤系統(tǒng)負荷，減少了上煤時間和電耗。改造后，鍋爐最低流化風量降到30000m3/h，運行時一次風量也降到了40000m3/h左右，噸蒸汽風機總電耗降低，節(jié)電效益非?？捎^。

3.3 降低鍋爐排煙溫度

鍋爐熱效率是反映鍋爐經(jīng)濟運行狀況的一個綜合性指標。要提高鍋爐熱效率，就必須努力降低各項熱損失。一般情況下，排煙熱損失在各種熱損失中最大，可以達到4% ～8%，其大小不僅與鍋爐煙氣的熱容積有關，而且與鍋爐排煙溫度關系緊密［5］。在其他條件不變情況下，鍋爐煙氣總量越大，排煙熱損失越高，排煙溫度越高，鍋爐的排煙熱損失也越大。經(jīng)驗表明，排煙溫度每升高10～15℃，鍋爐排煙熱損失將增加1%左右，相當于鍋爐熱效率將降低1%左右。

目前該2臺75噸流化床鍋爐，由于實際燃用煤種與設計煤種偏離過大，鍋爐運行排煙溫度在170℃左右，遠遠高于150℃的設計值，排煙熱損失高達7.5%左右，鍋爐熱效率僅能達到88%左右。同時，電廠在2009年對2臺流化床鍋爐電除塵器改為電袋復合除塵器時，由于受布袋運行溫度的限制，通過噴入脫鹽水的方法來降低煙氣溫度既浪費了熱能和脫鹽水，又因為增設水泵而增加了鍋爐的電耗。

降低鍋爐的排煙溫度有加裝省煤器、普通管式空預器和熱管空預器三種方式。其中熱管預熱器具有阻力小、不漏風、安裝空間小、防堵灰性能好等優(yōu)點，是降低鍋爐排煙溫度的最佳選擇，該2臺流化床鍋爐熱管空預器主要設計參數(shù)見表2。

表2 熱管空預器主要設計參數(shù)

2010年熱管空預器改造完成，改造后1、2號爐的排煙溫度分別降低了30℃和50℃，一次風溫度分別提高了40℃和60℃，鍋爐熱效率分別提高了2.4%和3.1%，噸蒸汽耗煤分別下降了 3.84kg和4.96kg，每臺鍋爐輔助用電降低7kW·h/h。

3.4 鍋爐摻燒工業(yè)廢氣

東方石化公司東方化工廠乙烯裝置生產(chǎn)規(guī)模為16萬t/年，為20世紀90年代建成的小乙烯。目前，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢氣(以下稱火炬氣)總量在4000m3/h左右，其主要成分為甲烷和氫氣，具有很高的回收利用價值。雖然，工廠近幾年進行許多方面的優(yōu)化和改造，但仍有2500～3000m3/h的富?；鹁鏆庵荒芡ㄟ^火炬管網(wǎng)燃燒后排向大氣，不僅對周邊環(huán)境造成較大的影響，而且造成東方乙烯裝置能耗較高。

2007年實施了流化床鍋爐摻燒火炬氣改造項目。為了實現(xiàn)乙烯裝置富?；鹁鏆獾幕厥蘸屠?，新建從烯烴裝置到熱力裝置流化床鍋爐單元的燃氣供給系統(tǒng)，燃氣汽水分離和雜質過濾、減壓調壓后，通過6臺燃燒器(每臺爐)進入鍋爐爐膛參與燃燒，燃燒器采用徑向配風旋流燃燒器。經(jīng)過近4年的運行實踐證明，工業(yè)廢氣在2臺循環(huán)流化床鍋爐中的摻燒應用改造是成功的，所帶來的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益也是可觀的。

4 下階段節(jié)能工作

4.1 鍋爐輔機節(jié)電改造

通常情況下，設計院在選擇鍋爐風機時，在最大連續(xù)出力運行工況下仍留有15%的風量余度，25%的靜壓頭余度和5～6℃的溫度余度，使其具有負荷快速變化、環(huán)境變化、燃料變化、事故處理等方面的調控能力［6］。該2臺循環(huán)流化床鍋爐主要向全廠提供加熱蒸汽和動力蒸汽，受生產(chǎn)裝置負荷變化、運行方式、季節(jié)變換等因素的影響，絕大部分時間均處在較低負荷工況下運行。冬季和夏季實際運行負荷僅為額定負荷的80%和70%，存在大馬拉小車的現(xiàn)象;鍋爐風機風量采用入口擋板調節(jié)，風機擋板經(jīng)常處于50%左右開度運行，不僅擋板節(jié)流損失較大，而且風機長時間處在低效區(qū)運行，風機電耗相對較高。同時，鍋爐配套的給水泵也是按照額定負荷選型配置，采用工頻運行方式，壓頭和出力富裕量都非常大，鍋爐基本上長時間運行在80%負荷以下，給水泵大約有40%左右的熱水在除氧器之間打循環(huán)，造成能源浪費。

目前，對于鍋爐風機和給水泵的節(jié)電改造通常采用電機變頻改造或聯(lián)軸器液力耦合改造兩種方式。對該75t/h循環(huán)流化床鍋爐配備的風機、給水泵電機進行高壓變頻改造，每臺大約在100萬元左右，雖然具有調節(jié)精度高、工作效率高、調節(jié)范圍大等優(yōu)點，但是投資成本相對較高;而進行液力耦合改造每臺僅需20萬元左右，雖然在性能方面不如高壓變頻改造，但具有占地面積小、投資成本低等優(yōu)點。綜合考慮對鍋爐的風機和給水泵進行液力耦合改造。經(jīng)過測算，給水泵的節(jié)電率能夠達到20%，噸蒸汽電耗降低0.85kW·h，風機節(jié)電率能夠達到15%，噸蒸汽電耗降低0.75kW·h。

4.2 節(jié)能運行優(yōu)化

(1)低床壓燃燒控制。床壓的大小是判斷馴化流化床鍋爐床料量多少的唯一依據(jù)。在鍋爐運行中，床壓會隨著鍋爐的負荷、爐內(nèi)灰的粒徑、煤的質量、煤的破碎粒度以及風量的變化而變化。目前該鍋爐床層壓力控制在10～11kPa，一次風需要克服的阻力較大，一次風機電耗較高。經(jīng)過運行嘗試，將該循環(huán)流化床鍋爐床壓運行控制在8～9kPa之間，比原控制值有較大幅度的降低，高負荷時選擇低值控制，低負荷時選擇高值控制，不僅鍋爐流化質量和底渣含碳量沒有受到影響，降低了一次風機電耗。床壓的大小通過排渣進行調節(jié)，通常采用勤排少排或少量連續(xù)排渣的方式，既可保持床內(nèi)料層穩(wěn)定，又可以防止有效循環(huán)顆粒的流失。

(2)低氧量燃燒控制。煙氣中氧量的高低直接反映出過量空氣系數(shù)的大小。對于循環(huán)流化床鍋爐，一次風用于控制床料的流化和調節(jié)床層溫度，二次風用于控制煙氣含氧量，以確保燃料正常燃燒［7］。目前，該鍋爐煙氣含氧量按照鍋爐廠提供的說明書控制在4% ～6%，造成受熱面磨損大、床溫低、風機電耗高?？紤]到該循環(huán)流化床鍋爐采用膜式屬冷壁，爐膛的密封性好，漏風系數(shù)小，降低氧量運行是可行且有利的。在采用低氧量燃燒控制措施后，不僅可以提高床溫，使鍋爐燃燒效率升高、飛灰含碳量降低，而且可以降低送風總量和引風總量，使風機電耗降低，同時降低受熱面磨損。

(3)低一次風量控制。一次風量主要作用是保證物料處于良好的流化狀態(tài)，同時為燃料提供部分氧氣。因此，一次風量不能低于運行中所需的最低風量，即必須控制在臨界流化風量以上。風量過低，床料不能正常流化，既影響鍋爐負荷，又容易引起結焦;風量過高大，不僅會影響脫硫，而且受熱面磨損加大，風機電耗較高［8］。正常運行中，該鍋爐一次風機的壓頭為10～11kPa，二次風機的壓頭為2～3 kPa，而風機的功耗與出口壓頭成正比，在相同風量情況下，一次風所消耗的電機功率為二次風所消耗的功率的4～5倍。因此，只要能夠確保床料正常流化，床溫處于受控狀態(tài)，盡可能降低一次風量，燃燒所需的氧量通過二次風來補充，就可以實現(xiàn)降低噸蒸汽電耗的目的。隨著燃煤入爐粒度由20mm降低到13mm，一次風溫度由90～100℃提高到150～160℃，該循環(huán)流化床鍋爐正常流化所需的臨界流化風量大幅度降低，為降低一次風總量創(chuàng)造了條件。經(jīng)過運行嘗試，一次風量降到33000～35000m3/h，基本上占總風量的50%左右，鍋爐完全能夠正常運行，噸蒸汽風機電耗可以降低0.48kW·h。

5 結語

東方石化公司東方化工廠2臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐，作為國內(nèi)低容量、低參數(shù)方面的早期產(chǎn)品，通過總結經(jīng)驗，加強行業(yè)之間的交流，實施設備改造和運行優(yōu)化，目前已經(jīng)完全實現(xiàn)了安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行。特別是通過近幾年實施節(jié)能改造和運行優(yōu)化，鍋爐能耗指標水平穩(wěn)步提升，2010年鍋爐噸蒸汽耗煤純煤工況下為141kg，摻燒火炬氣后已經(jīng)低于132.4kg，鍋爐熱效率達到91.5%，噸蒸汽風機電耗降為13.07kW·h，經(jīng)過后期的改造和優(yōu)化，預計可以降到10.82kW·h，經(jīng)濟運行指標較鍋爐運行初期或設計值有明顯的提高，在節(jié)能降耗、降本減費和指標上水平等方面取得了很好的效果。

［1］劉德昌，程漢平，張世紅，等.循環(huán)流化床鍋爐運行及事故處理［M］.北京:中國電力出版社，2008.

［2］路春美，程世慶，王永征.循環(huán)流化床鍋爐設備與運行［M］.北京:中國電力出版社，2003.

［3］李 青，公維平.火力發(fā)電廠節(jié)能和指標管理技術［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［4］黨黎軍.循環(huán)流化床鍋爐的啟動調試與安全運行［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［5］詹秋月.600MW機組煙氣循環(huán)流化床干法脫硫入口氣流分布的試驗研究［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(1):19－22.