循環(huán)流化床鍋爐底渣換熱回收改造

崔小武

(中國石油化工股份有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525000)

1 前言

20世紀(jì)七十年代開始，作為一種清潔燃燒新技術(shù)——循環(huán)流化床技術(shù)登上世界舞臺，并于八十年代得以快速發(fā)展。由于具有燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性好、燃料效率高、氮氧化物排放低、易于大型化等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

隨著循環(huán)流化床鍋爐的大型化發(fā)展，對底渣處理系統(tǒng)的要求越來越高，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響著循環(huán)流化床鍋爐的性能。燃料在循環(huán)流化床爐內(nèi)燃燒放熱后形成底渣，進(jìn)入到冷渣器，再經(jīng)刮板機(jī)、斗提機(jī)輸送至渣庫。爐膛排放出的高溫底渣含有大量的熱量。高溫的底渣不僅對冷渣器有較高的運(yùn)行要求，也惡化了運(yùn)行環(huán)境，造成嚴(yán)重的熱污染。因此，循環(huán)流化床鍋爐冷渣器的正常運(yùn)行和底渣的冷卻已經(jīng)成為循環(huán)流化床優(yōu)化運(yùn)行需面對解決的問題之一。

2 鍋爐概況及排渣系統(tǒng)簡介

2.1 鍋爐概況

某石化企業(yè)自備電廠鍋爐采用福斯特惠勒公司(FW)設(shè)計的高壓、單汽包、自然循環(huán)的循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐主要由爐膛、緊湊型水冷分離器、“J”閥回料器、尾部對流煙道、第二代選擇性冷渣器和風(fēng)道式啟動燃燒器組成[1]。爐膛是由焊接的鰭片管屏組成的氣密全膜式水冷壁，爐膛底部采用水冷式布風(fēng)板和箭頭型噴嘴。爐膛中上部布置6片屏式Ⅱ級過熱器。尾部對流煙道依次布置Ⅲ級、I級過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器。鍋爐主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

2.2 燃料成分組成

該鍋爐設(shè)計燃料為100%石油焦，校核燃料為60%焦+40%煤，其中石油焦和煤的成分見表2。

表2 燃料成分

2.3 排渣系統(tǒng)

冷渣器是保證循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行底渣排放的主要冷卻設(shè)備，對保證鍋爐安全運(yùn)行具有重要作用。冷渣器不僅可以將爐膛排出床渣冷卻，也可以將部分未燃盡的細(xì)顆粒返送回爐膛，并為爐膛提供助燃風(fēng)。如果冷渣器不能夠做到正常運(yùn)行或者設(shè)計不符合要求，就會運(yùn)行鍋爐和整個機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)性能。

冷渣器按冷渣方式來劃分主要有濕法和干法兩種；按傳熱方式分類有直接式、簡接式和混合式。目前國內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐常用的冷渣器有風(fēng)水聯(lián)合冷渣器和滾筒式冷渣器兩種[2]。

本廠鍋爐所用冷渣器為多室結(jié)構(gòu)的混合式冷渣器。冷渣器位于每臺鍋爐兩側(cè)，采用冷一次風(fēng)作為冷卻介質(zhì)冷卻底渣。冷渣器分四個區(qū)域，分別為選擇室，第一、二、三冷卻室。爐膛出來的高溫固體燃燒物在選擇室完成燃燒，冷一次風(fēng)將較細(xì)的固體燃料及石灰石顆粒帶回到爐內(nèi)并作為燃燒空氣，然后進(jìn)入冷渣器的后三個分室進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷卻。在冷渣器隔墻底部有一個開孔，利于噴嘴將大顆粒底渣從一個冷卻風(fēng)室運(yùn)送至下一個冷卻室。冷渣器配置緊急滅火用的冷卻水，緊急情況可通過位于選擇段和后面三個冷卻段的噴嘴注入冷渣器內(nèi)。底渣排出速度由第三冷卻室的流量控制調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。見圖1。

圖1 風(fēng)冷冷渣器

冷渣器底渣設(shè)計正常排放量為84384噸/年，最大排放量為92832噸/年。冷渣器日常相關(guān)控制參數(shù)見表3。

表3 冷渣器控制參數(shù)

3 底渣運(yùn)行情況

自鍋爐正常投入生產(chǎn)運(yùn)行以來，長期受到冷渣器排渣溫度高的困擾[3]。由于所用的循環(huán)流化床鍋爐原設(shè)計使用燃料為石油焦(校核燃料為60%焦+40%煙煤)，但因石油焦價格居高不下。為確保公司整體效益最大化，鍋爐裝置投產(chǎn)后，主要以燃用煙煤及無煙煤為主。由于燃料工況變化較大，導(dǎo)致冷渣器實際出力不足，當(dāng)燃燒灰份高于30%或鍋爐負(fù)荷高于320t/h時，冷渣器排渣溫度嚴(yán)重超標(biāo)，冷渣器冷卻三室溫度居高不下，時常導(dǎo)致排渣旋轉(zhuǎn)給料閥出現(xiàn)聯(lián)鎖跳閘的現(xiàn)象，對鍋爐運(yùn)行存有較大安全隱患，影響鍋爐系統(tǒng)的安全性及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提升。在停爐檢修改造前，1#CFB鍋爐冷渣器排渣溫度與鍋爐負(fù)荷，灰分之間關(guān)系曲線圖見圖2。

圖2 改造前鍋爐負(fù)荷，排渣溫度和燃料灰分關(guān)系圖

由附圖1可見，1月10～12日，由于鍋爐燃料配比出現(xiàn)偏差，入爐燃料灰分出現(xiàn)波動，升高到30%以上，導(dǎo)致1#爐排渣溫度驟升至250℃以上，導(dǎo)致1#CFB鍋爐排渣旋轉(zhuǎn)給料閥多次聯(lián)鎖跳停，影響鍋爐正常排渣，使鍋爐安全生產(chǎn)存在隱患。而4月7～9日，外界用汽負(fù)荷大幅增加，1#CFB鍋爐產(chǎn)汽負(fù)荷達(dá)到320t/h以上，入爐燃料加大，鍋爐兩側(cè)冷渣器進(jìn)渣量也大幅增加，冷渣器溫度也升至200℃以上。由此可見，1#CFB鍋爐在面對燃燒灰份高于30%或負(fù)荷高于320t/h時，處理鍋爐排渣量稍顯能力不足，導(dǎo)致整體溫度偏高，影響鍋爐熱效率。

4 改造方法

經(jīng)研究討論后，解決排渣溫度高的方法主要有更換冷渣器和對冷渣器進(jìn)行改造。由于考慮到重新選型，更換冷渣器的方法投資大且購買周期長的因素，而采用對冷渣器增加水冷盤管能有效回收0.5%～1.8%的底渣排渣熱損失[4]，最終選擇了通過在冷渣器冷卻2室增加水冷盤管的方法來降低排渣溫度。

具體改造方法是在鍋爐停爐檢修期間，對鍋爐兩臺冷渣器的冷卻2室各增設(shè)一組材質(zhì)為奧氏體不銹鋼管的水冷盤管，利用汽輪機(jī)發(fā)電后40℃左右的凝結(jié)水，通過水冷盤管與底渣進(jìn)行換熱回收熱量，從而冷卻底渣溫度?？紤]到汽輪機(jī)跳車導(dǎo)致凝結(jié)水量不足的情況，增加一路除鹽水補(bǔ)充水，溫度約35℃。而經(jīng)換熱后的混合水(約為51℃)，再經(jīng)另一組換熱器加熱至110～120℃后，送至除氧器，加熱除氧后作為鍋爐給水使用。

圖3 改造前

圖4 改造后

5 改造后效果

經(jīng)改造后冷渣器的運(yùn)行情況來看，整個換熱系統(tǒng)運(yùn)行正常。期間冷渣器溫度曲線見附圖2，由附圖2可見，6月14至19日入爐燃料灰分多次達(dá)到30%以上時，鍋爐兩個冷渣器的排渣溫度也能維持在100℃以下，而當(dāng)8月20至26日期間，鍋爐負(fù)荷高達(dá)310t/h期間，鍋爐兩側(cè)底渣排渣溫度經(jīng)水冷盤管冷卻后，最高值也未超過150℃。充分證明冷渣器增加水冷盤管后冷卻效果顯著。

冷渣器改造后有效的消除了底渣排渣溫度高的安全隱患，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。此外，利用底渣余熱對汽輪機(jī)凝結(jié)水進(jìn)行加熱后送至除氧器，也減少了除氧器自用蒸汽的消耗，這樣底渣中的大部分熱量就被送回鍋爐本體中，大大減少了鍋爐灰渣物理損失熱量，提高了鍋爐效率和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)核算，改造后年凈效益達(dá)到170萬元。

圖5 改造后鍋爐負(fù)荷，排渣溫度和燃料灰分關(guān)系圖

6 結(jié)束語

通過對冷渣器改造前后參數(shù)曲線對比，證明了經(jīng)過對改冷渣器進(jìn)行改造的可行性，有效的解決了原冷渣器難于適應(yīng)鍋爐負(fù)荷和煤質(zhì)變化問題，降低了排渣溫度，減少鍋爐熱損失，提高鍋爐效率，且能為鍋爐創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。改造項目整體投資較小，改造后系統(tǒng)運(yùn)行良好，但仍需長周期運(yùn)行才能進(jìn)一步檢驗改造后系統(tǒng)的穩(wěn)定性和水冷盤管的耐腐蝕性。

[1]FW國際能源公司(上海).2×310t/h CFB鍋爐運(yùn)行維護(hù)手冊，2009.

[2]譚云松，劉海峰.CFB鍋爐冷渣器的分類與選型[J].鍋爐制造，2004(2).

[3]王振華，王海濤.大型CFB鍋爐底渣設(shè)備系統(tǒng)優(yōu)化[J].工業(yè)鍋爐，2011(6).

[4]姜孝國，張縵，杜守國.CFB鍋爐冷渣器及渣的熱量回收[J].鍋爐制造，2002(4)：20-22.