循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備管理問(wèn)題探討

王立年

（江西星火有機(jī)硅廠 江西九江）

一、引言

江西星火有機(jī)硅廠的鍋爐UG35/39-M8是無(wú)錫鍋爐廠1990年生產(chǎn)的產(chǎn)品，1991年投入運(yùn)行。原設(shè)計(jì)參數(shù)是：額定蒸發(fā)量為35 t/h，過(guò)熱蒸汽壓力39 kgf/cm2，過(guò)熱蒸汽溫度為450℃，鍋筒內(nèi)蒸汽工作壓力為43 kgf/cm2，給水溫度104℃，給水壓力47 kgf/cm2，熱空氣溫度140℃，連續(xù)排污率5%；燃煤要求：CP57.61% ，HP3.16% ，OP4.189% ，NP0.63% ，SP0.79% ，WP5.53% ，AP28.086%，干燥無(wú)基揮發(fā)分Vr14.12%，QHP=5243 kcal/kg，軟化溫度t2=1500℃。因鏈條鍋爐對(duì)煤種的要求比較苛刻，在能源形式比較緊張，煙煤價(jià)格較高的情況下，經(jīng)過(guò)考察和論證，決定對(duì)其進(jìn)行改造，改造為循環(huán)流化床鍋爐。實(shí)踐證明，改造后的鍋爐運(yùn)行效果良好，對(duì)燃料的適應(yīng)性較廣，燃燒效率高。不但能燃燒揮發(fā)分較低的煤種，極大改善了燃燒狀況，也減少了燃煤消耗。主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）流化床鍋爐爐膛出口增加分離器后，可收集部分飛灰返回爐膛燃燒，有效提高了燃煤的燃燒效率，降低灰渣的含碳量，也使燃煤的煤種范圍增大。

（2）拆除了前后拱、布風(fēng)板設(shè)置在-3 m層，增大了爐膛的有效容積，總有效容積可以達(dá)到240 m3，噸氣有效容積是6.5 m3。

（3）下部增加50 m2埋管，埋管的吸熱量是整個(gè)蒸發(fā)吸熱量的40%以上，所以在燃用低熱值燃料時(shí)，也可使鍋爐的出力達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷的效果，并有一定的超負(fù)荷能力。

（4）燃燒效率高。例如，對(duì)無(wú)煙煤可達(dá)到97%，對(duì)其他煤種也可達(dá)到98%～99.5%，燃燒效率可與煤粉燃燒時(shí)相比。

二、改造前存在問(wèn)題

（1）鍋爐由鏈條鍋爐改造為低溫分離，低倍率循環(huán)流化床鍋爐，循環(huán)燃料系統(tǒng)未能正常運(yùn)行，飛灰回燃系統(tǒng)壽命周期較短，主要體現(xiàn)在飛灰分離器的使用周期較短。例如，鍋爐運(yùn)行約半年，飛灰循環(huán)回燃系統(tǒng)就逐步喪失了循環(huán)床鍋爐的基本功能。

（2）飛灰回料口設(shè)置在埋管上面，埋管上部爐膛的熱量因被埋管大量吸收，故該部位溫度一直較低，低于固定碳最低著火溫度。造成了回燃效果差，起不到循環(huán)燃燒的目的。

（3）鍋爐給煤口設(shè)計(jì)在埋管上面，造成了進(jìn)入燃燒室的細(xì)煤進(jìn)爐后落在料層上面，在快速烘干后，被1～3 m/s速度的煙氣大量帶走，造成煤耗高，鍋爐熱效率低，對(duì)煤質(zhì)適應(yīng)性差等。同時(shí)給煤口因未設(shè)計(jì)播煤風(fēng)，造成燃燒時(shí)的不均勻。

（4）埋管受熱面過(guò)多，埋管位置過(guò)低，造成燃料區(qū)降溫快，對(duì)煤炭燃盡影響大。料面上層處于進(jìn)管中間，吸熱過(guò)大極不利于煤炭的燃燒，煤炭飛灰也很快被煙氣帶走。

（5）由于改造時(shí)增加了大量埋管，使受熱面積驟增，試運(yùn)行時(shí)產(chǎn)汽量超過(guò)45 t/h；因煙氣含塵量高，改造方采取了割掉后水冷壁18根水冷管的方法，造成有效受熱面積減少，在降低蒸發(fā)量的同時(shí)，對(duì)汽溫控制極為不利。

（6）爐門(mén)位置設(shè)計(jì)不合理。爐門(mén)被設(shè)置在給煤口下方，極易被高溫爐料燒毀，造成停爐和維修次數(shù)增多等情況，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。

（7）下部爐膛問(wèn)題。主要是混凝土及布風(fēng)板的結(jié)合部設(shè)計(jì)得不合理，預(yù)留間隙未能充分考慮到熱膨脹等問(wèn)題。不但把風(fēng)室周?chē)?根混凝土梁脹裂，也已危及到了安全生產(chǎn)。

（8）風(fēng)室出渣口位置設(shè)計(jì)得太低，造成出渣空間不夠，嚴(yán)重影響了出渣操作。尤其是使用煤質(zhì)較差的燃煤時(shí)，不但會(huì)發(fā)生渣打量增加，出渣時(shí)渣打難度加大，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也大大增加。

（9）原設(shè)計(jì)下部燃燒室是用耐火磚砌筑，在啟停爐時(shí)造成的熱脹冷縮，使砌塊極易傾斜和倒塌，造成使用壽命較短及維修材料增多等。該爐自2003年投入運(yùn)行后，2004年至2006年連續(xù)3年都發(fā)生了后墻或側(cè)墻倒塌的情況。因布風(fēng)板面積較大，風(fēng)帽多達(dá)2000余個(gè)，試運(yùn)行時(shí)就造成了風(fēng)機(jī)的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等問(wèn)題，隨后改造方使用耐火磚及澆筑材料封堵布風(fēng)板及風(fēng)帽，剛投入運(yùn)行時(shí)雖然風(fēng)量風(fēng)壓正常，但隨后的幾年里又出現(xiàn)了風(fēng)帽與耐火磚間的澆筑材料被磨損，間隙增大。造成停爐后每次靜態(tài)測(cè)試的風(fēng)壓值，均不相同。由于左右2風(fēng)室風(fēng)壓值的不同，使點(diǎn)爐時(shí)難于控制風(fēng)壓而使其不能平衡。

三、實(shí)施措施

根據(jù)近年來(lái)的運(yùn)行情況與循環(huán)流化床發(fā)展?fàn)顩r，以及針對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題等，提出改進(jìn)措施。

（1）飛灰循環(huán)回燃系統(tǒng)采用中科院的技術(shù)方案，即飛灰回燃系統(tǒng)。采用的是中溫分離方式，即分離器安裝在低過(guò)后面，選用多管高效，高耐磨旋風(fēng)分離器。多管分離器為平行四邊形結(jié)構(gòu)，即每根管的長(zhǎng)度相等，阻力一樣，煙氣流場(chǎng)相同。改變了梯型結(jié)構(gòu)的分離器形式，如每根管的長(zhǎng)度與阻力不等，流場(chǎng)不均勻，分離效率低，分離筒與導(dǎo)向葉片連成一體，無(wú)間隙，無(wú)煙氣短路現(xiàn)象等。為提高分離效率，分離筒、導(dǎo)向葉片和出煙管都由高溫陶瓷材料做成，不僅耐熱耐磨，而且使用壽命長(zhǎng)，一般使用時(shí)間＞5年。支撐板采用耐熱合金鋼，可耐600℃以上的高溫，強(qiáng)度高，抗氧化，使用壽命＞10年。分離筒的分離半徑＞125 mm，煙氣流速為30 m/s左右，切割半徑小，分離效率高。分離效率＞99%，不僅直徑為0.02 mm的顆粒可以分離下來(lái)，而且阻力小，只有約500 Pa。

（2）原分離器是安裝在一、二段省煤器之間，現(xiàn)將分離器安裝在低過(guò)后，使分離溫度＞550℃，旋風(fēng)分離使旋轉(zhuǎn)煙氣的擾動(dòng)打破了灰包碳結(jié)構(gòu)，又是高溫返料，所以非常有利于飛灰的燃盡。分離效率高，可達(dá)98%，循環(huán)倍率為7-8倍，熱效率＞87%，飛灰含碳量＜7%。

循環(huán)系統(tǒng)回料口改在了后床埋管下部，離風(fēng)帽100～120 mm處，使回料飛灰可直接進(jìn)入高溫爐料區(qū)（＞900℃）重新燃燒。

（3）將埋管上部進(jìn)煤改為料層中下部進(jìn)煤。煤炭直接進(jìn)入高溫爐料中部后，可與＞900℃的爐料混合燃燒。大大增加了細(xì)煤在爐料中的停留時(shí)間，提高了燃燒效率，同時(shí)也適應(yīng)了3000 Kcal的劣質(zhì)煤的使用。進(jìn)煤口高度以床面上部300 mm處進(jìn)煤較為合適，并在進(jìn)煤口上下各設(shè)一個(gè)播煤風(fēng)口，將煤炭均勻推入整個(gè)爐料中，使燃燒更加充分和均勻。利用現(xiàn)有給煤系統(tǒng)，將進(jìn)煤口改在下部進(jìn)煤。

（4）由于埋管設(shè)置太多，原設(shè)計(jì)埋管受熱面積＞50 m2。由于埋管會(huì)在爐料中傳熱，而降溫較大，造成燃燒穩(wěn)定性差，上層爐料較輕的細(xì)煤在埋管空隙中沸騰，因吸熱快不易燃盡，而被煙氣大量帶走，造成煤耗高，煙氣顏色變黑（不符合環(huán)保要求）。特別是增大風(fēng)量或提高負(fù)荷時(shí)，則更為嚴(yán)重。為此，將下層埋管割掉，增大料層燃燒空間，減少埋管受熱面積。使實(shí)際埋管受熱面積得到有效控制，一般控制在40±2 m2時(shí)較為合適。

（5）恢復(fù)后水冷壁被割掉的18根水冷壁管，以提高爐膛受熱面和蒸發(fā)量。由于爐膛燃燒空間大，又是在中心帶燃燒，所以水冷壁對(duì)燃燒空間影響較小，能夠吸收大量輻射熱。

（6）重新設(shè)計(jì)和改造爐膛下部混凝土上梁柱，將風(fēng)室和布風(fēng)板放在工字鋼梁上，并留有膨脹空間，以及各部位的膨脹空隙，以確保高溫運(yùn)行時(shí)設(shè)備的安全與穩(wěn)定。

（7）由于磚砌爐膛用于循環(huán)流化床上時(shí)壽命較短，主要是易倒塌和磨損。為此，采用了循環(huán)流化床專(zhuān)用，且是耐高溫、高耐磨和高強(qiáng)度澆注材料來(lái)澆注爐墻，極大提高了爐膛壽命。

（8）將省煤器改為螺旋翅片管省煤器，其優(yōu)點(diǎn)是：

①傳熱面積大，是相同光管省煤器的4～6倍。

②體積小，重量輕。例如，35 t/h鍋爐上管排數(shù)量由原來(lái)的35排減少到26排，由原來(lái)的3層省煤器減為2層省煤器，而且比原3層省煤器還增大了2倍多的傳熱面積。既節(jié)省大量空間，為飛灰循環(huán)系統(tǒng)留下足夠大的鍋爐尾部的上部空間，又便于旋風(fēng)分離器的安裝。

③大大減少了飛灰對(duì)省煤器的磨損。由于安裝排數(shù)的大幅減少，省煤器內(nèi)的風(fēng)速由6～9 m/s降到4～5 m/s，使省煤器的壽命成倍上升。

④成本低。由于數(shù)量上減少了40%以上，整體重量大幅減輕，更新該省煤器比換光管省煤器成本略低。

（9）用耐火磚及澆筑材料封堵布風(fēng)板及風(fēng)帽時(shí)，因澆筑材料常被磨損而使間隙增大，而漏風(fēng)又造成2風(fēng)室風(fēng)壓值的不平衡。為此，采用鋼板從風(fēng)室內(nèi)將布風(fēng)板焊接密封。同時(shí)增加爐內(nèi)的自動(dòng)噴鈣脫硫裝置，即利用生石灰作為脫硫劑，并配備1套四級(jí)電除塵器及氣力輸灰系統(tǒng)，既達(dá)到了設(shè)備防腐的目的，又凈化了空氣。

四、改造達(dá)到的效果

（1）能正常使用3000 kcal熱值的劣質(zhì)煤炭。

（2）蒸發(fā)量＞35 t/h。

（3）鍋爐熱效率＞85%。

（4）運(yùn)行可靠，維修量小。連續(xù)安全運(yùn)行周期多在3個(gè)月以上。

（5）除塵、脫硫指標(biāo)可觀。例如，煙塵排放濃度＜50 mg/m3；煙塵去除率＞99.8%；脫硫效率、SO2排放濃度達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，如鈣脫硫在Ca/S比為1.8～2.5時(shí)，脫硫效率一般可達(dá)90%。煙氣排放的SO2濃度符合《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2003）Ⅲ時(shí)段城鎮(zhèn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。已達(dá)到改造后的預(yù)期效果。