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130t/h鼓泡床锅炉的扩容增效改造
发布时间：2013-08-11 10:34 来源：未知
循环流化床是比较成熟的洁净煤燃烧技术，由于具有燃料适应性好、燃烧效率高、污染物排放少、负荷调节范围大、灰渣能综合利用等优点，在新设计循环流化床锅炉和改造旧锅炉中得到了广泛的应用。尤其目前在煤价上涨、能源�；找嫜暇那榭鱿拢醚妨骰蔡赜械男灾识栽械托示晒右愿脑�，显得尤为重要。
目前，国内数家单位已将电力、化工、钢铁等行业的链条炉、油炉、煤粉炉、鼓泡床锅炉改造为循环流化床锅炉，改造方案、锅炉容量和经济效益各不相同。本文详述了130t/h鼓泡床锅炉改造为飞灰底饲回燃循环流化床锅炉的设计思路和实施方案，分析对比了改造前后锅炉参数，并进行了投资经济性分析，为循环流化床设计和改造提供借鉴，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗�；怪频哪拘忌镏士帕Ｈ剂�。
1、原有锅炉特性及存在问题
广东粤阳发电有限公司是资源综合利用坑口电站，燃烧当地产的高灰份低热值阳山无烟煤。2号锅炉为上锅生产的第一代中温中压、自然循环、单汽包、低循环倍率、鼓泡床锅炉，型号为：SG-130/3. 82-115-0，于上世纪90年代初期投入运行。炉膛内布置埋管和双面管，炉体结构紧凑，水平尺寸为7565 mm×4702mm，布风板标高为5m，汽包中心标高为23 .5m。设计燃料为劣质无烟煤、煤矸石等低热值燃料，粒径范围为0～8mm。入炉煤由左右侧墙各3只螺旋给料器加入。改造前锅炉结构示于图1。
由于该炉采用的是鼓泡床燃烧技术，与其后成熟的循环流化床燃烧技术相比，存在燃烧效率低、飞灰不能保证回送再燃等缺点，锅炉出力不足，锅炉效率低下。飞灰含碳量高达60.18%，经计算仅固体未完全燃烧损失一项就达40.5%。发电标准煤耗高达918 .4g/kW．h。采用分隔床上油枪点火启动，成功率很低。锅炉运行后稳定性一直较差，严重影响机组的经济性和安全性。
2、原因分析
(1)经过多次对该锅炉进行热效率测试，其热效率约为49.32%，大大低于设计值74.58%。主要原因是：锅炉在燃用挥发份很少的劣质无烟煤时，床截面表观状态烟速偏大，燃料中粒径小于1.5mm颗粒在炉膛中停留时间仅为2.6s，而此类颗粒燃尽大概需要3~5s，引起颗粒未充分燃尽就随烟气排出炉膛，飞灰热损失很大，这样一方面大量含碳量较高的飞灰廉价出售，另一方面锅炉为达到出力要多消耗煤，烟囱经常冒黑烟，造成了环境污染。同时由于受热面的磨损与粒子浓度成正比，导致受热面磨损速度增加。
(2)炉膛内部结构不合理，主要表现在：①炉膛受热面布置不足是锅炉达不到设计蒸发量的原因之一；②炉膛净高较低，大量细颗粒燃料在炉膛中的燃烧时间相对较短，飞灰未燃尽时即被带到锅炉尾部。
(3)采用的床面飞灰回燃循环不合理，原因在于鼓泡床层表面上方稀相区的悬浮空间对飞灰颗粒的传热作用较弱，飞灰颗粒的温度从200℃左右提高到未燃炭核开始燃烧的温度需要相当长的时间，而在完成此过程前，由于锅炉净高较低，飞灰颗粒已被带出炉膛，燃尽度得不到有效提高，飞灰回燃效果不明显。
(4)锅炉运行煤种是阳山无烟煤，煤质情况见表l，该煤种具有“三高（高灰份、高硫份、高水份）二低（低挥发份、低热值）”的特点。无烟煤的挥发份愈低，开始析出挥发份的温度愈高，煤颗粒着火温度也愈高；灰份是煤中不可燃杂质，含量愈高，挥发份析出温度也愈高，从而引起煤颗粒气流火焰传播速率显著降低，增加燃尽时间；水分含量愈多，炉温必然愈低。在炉膛设计温度850～900℃下，该煤种较难燃尽。
3、改造原则与设计思路
在保证锅炉原有设计指标的前提下，结合大修计划，将原有鼓泡床锅炉改为循环流化床锅炉，重新进行锅炉热力计算和各回路水力计算，在允许条件下，尽量提高锅炉负荷�？悸歉鞑糠殖醒故苋让嬖诟脑熘欣玫目赡苄�，尽量保留原有部件如汽包、过热器、省煤器、空预器、炉顶密封、上部水冷壁、上部承重炉墙、尾部炉墙以及钢架等，维持锅炉原有的Ⅱ形布置，能尽可能减少改造费用，提高锅炉经济性。原有场地布置已经比较紧凑，改造时尽量减少额外占地面积。
本方案采用飞灰底饲回燃低倍率循环流化床技术，可以大大增加飞灰在鼓泡床层中的停留时间，克服床高不足带来的弊端。在飞灰颗粒和床内物料之间强烈的传热传质作用下，飞灰颗粒温度由200℃左右迅速上升，飞灰中未燃尽炭在床内开始燃烧并在悬浮段停留期间继续进行燃烧。底饲回燃的飞灰颗粒与床内物料发生剧烈的摩擦，可将飞灰颗粒的灰层剥落，使未反应的炭核暴露在灼热的鼓泡层中，有利于燃尽。同时，回燃的飞灰从鼓泡层底部进入，正是流化风进入床内的地方，氧浓度较高，对提高飞灰中残炭的燃烧速率十分有利。飞灰回燃还兼有二次风的作用，对加强炉内扰动混合，增加烟气中悬浮颗粒与水冷壁的碰撞，延长滞留时间起到良好的促进作用。尽管循环倍率愈高，燃烧效率愈高，但其要求的送风机功率也愈高，对回燃系统的要求也愈高，炉膛上部受热面磨损程度也愈严重。对于旧锅炉改造，投资有限，自控程度不高，运行经验不足，从锅炉能够长期安全经济满发的角度出发，采用低倍率循环流化床燃烧方式是较为经济合理的，改造时循环倍率设计为3.5。
4、扩容方案的可行性
增加锅炉的蒸发量，必须满足下列几个条件。
(1)炉膛截面热负荷和炉内受热面是否有余量
当锅炉负荷增至150t/h时，在不改变锅炉截面的情况下，截面热负荷为3. 75MW/m2，介于推荐值3。4MW/m2之间。降低埋管标高和减少埋管倾角可使更多的埋管位于鼓泡层内，同时将侧墙水冷壁向外扩张，降低布风板标高，可弥补受热面不足。
(2)汽包内汽水分离装置的汽水分离能力是否有余量
汽包内汽水分离装置分为一次和二次分离装置，其中一次分离装置为44只+200mm旋风分离器，二次分离装置为位于汽包顶部的V形钢丝分离器。中压锅炉汽包内每只旋风分离器平均设计负荷为3·3 .5t/h，本锅炉的分离装置最大分离能力为154t/h，能够满足出力增容至150t/h时汽水分离能力的要求。
(3)尾部烟气流速是否在合理范围内
由于过热器设计烟气流速（高、低温段）最大值为6.7 m/s，远小于推荐值9～15m/s，锅炉负荷适当增加不会造成过热器明显的磨损。当锅炉负荷增至150t/h时，省煤器和空预器的烟气流速分别为10.06和10.87m/s．分别介于推荐值7～13m/s和10～14m/s之间。
(4)水循环是否可靠
为了保证水循环安全可靠，把前、后及两侧墙水冷壁、埋管分成五个独立的循环回路，重新计算每个回路中循环倍率和流速。锅炉蒸发量变为150t/h时，前级低温段过热器和后级低温段过热器的蒸汽质量流速分别为492 kg/m2．s和511kg/m2．s，都介于推荐值400~ 800kg/m2．s之间；高温段过热器的蒸汽质量流速为760 kg/m2．s，介于推荐值700~lOOOkg/M2．s之间；工质在省煤器中的压降为148kPa，满足压降不超过汽包压力5 010的要求。
5、锅炉改造实施方案
改造后的流化床锅炉总体布置如图2所示，具体主要改造项目如下：
(1)将点火方式由原来的床上点火改为床下点火。取消原有分床送风结构，实行全床启动。新增燃油启动燃烧器4台，控制油燃烧火焰长度，使水冷风室内温度均匀。燃油产生的烟气通过布风板在沸腾状态下均匀加热床料。该点火方式具有热量交换充分、油量消耗低、点火劳动强度低、成功率高等特点。采用长颈蘑菇头形风帽，提高布风均匀性，解决因布风板局部结焦，堵塞风孔的问题。
(2)由于无烟煤着火温度高、燃烧反应速率低、颗粒致密等因素决定了它不易着火、不易燃尽，因此将鼓泡床温度提高到1000℃。标高7m以下两侧墙水冷壁逐渐向外扩张，鼓泡段的床宽由7.565m增至9.5m，截面表观状态烟速由5.4m/s降至4.5m/s，减少了烟气携带的飞灰量，减轻了旋风分离器的工作负荷和尾部磨损，使更多的煤颗粒处于高温的鼓泡层。同时将布风板标高下移300mm，提高煤颗粒在锅炉内的停留时间，有利于颗粒充分燃烧和提高锅炉效率。增加床宽和炉膛净高也相应增加了受热面面积。
(3)锅炉前后墙标高8.2m以上的水冷壁仍采用+60×5的管子，下部水冷壁采用与侧墙水冷壁相同的+42 x5厚壁管，中间用过渡集箱连接。下部四周水冷壁全改为膜式壁且往下延伸，包住炉膛鼓泡区和布风板，形成水冷风室和水冷布风板，整个炉膛鼓泡区构成一个整体，水冷壁倚靠弹簧吊挂在10m标高主钢架梁上，可自由往下膨胀。过渡集箱上部炉墙采用重型炉墙结构，下部采用护板轻型炉墙结构。炉体上所有给煤口、溢流渣排渣口、底部排渣口、启动燃烧室都采用金属膨胀节与膜式壁焊接相连的结构形式，这种结构既保证了水冷壁的自由膨胀，又起到完全密封作用。
(4)为了充分利用鼓泡层的高容积热强度和埋管在鼓泡层高传热系数（其传热系数230～290W/mz．K是稀相区的6—7倍）的特点，弥补上部稀相区水冷壁受热面不足的缺点，保持原有45组∮42×5斜埋管，每组6排，将倾角由原来15°变为11°，且靠近前墙最后一排埋管中心距风帽小孔中心高度由原来的2350mm降至450mm。埋管为顺排布置，这样既能有效控制炉膛温度，又能提高锅炉出力。由于鼓泡层属于粒子密相区，埋管和四周膜式壁的防磨十分必要，埋管除采用顺列布置、厚壁管措施外，还在埋管上焊接防磨鳍片，材料为lCr20N114Si2，厚度为5，高度为16mm。四周膜式壁上焊接3米高的防磨销钉区，其上敷设传热系数较高的耐磨浇注料。这些措施基本上解决了鼓泡层的磨损问题。
(5)由于飞灰循环量对锅炉负荷、热效率有非常明显的影响，炉膛内传热与颗粒浓度成正比，因此对锅炉飞灰循环系统作了较为彻底的改动。具体措施有：①在尾部烟道与水平烟道的连接处增设四个中温上排气高效“PV”型旋风分离器，分离器入口烟气流速控制在23m/s左右，以确保分离效率大于95%。分离器进出口由膜式水冷梁隔开。旋风分离器采用内保温式，最里层为耐磨刚玉料，厚度为20mm，第二层为保温高铝轻质浇注料，厚度为60mm，最外层为20G密封护板。耐磨刚玉料附着在龟甲网上，龟甲网由拉钩固定在密封护板上。沿高度方向用高度80mm的筋板分成三段，每段留有膨胀缝。此结构施工简单，可保证密封护板温度不大于60气，且可防止耐磨保温材料破损脱落，阻塞返料口；②增加飞灰回燃系统，将分离下来的飞灰重新送入炉膛，实现燃料循环，主要由罗茨风机、集灰斗、闸阀、下灰立管、返料器、喷射器、水平输送管、垂直输送管、底饲风帽组成。集灰斗安装在旋风分离器下方，闸阀供飞灰回燃系统投运和检修用j回料器采用目前应用最为广泛的具有自调整能力的流化密封型返料器（图3）。它由控制腔和输送腔组成，二者都是小型鼓泡床，且有隔板分开。为了便于飞灰由控制腔流向输送腔，布风板上设有导向风帽�？刂品绾褪渌头缇醋月薮姆缁�。喷射器的作用是在罗茨风机空气流的作用下，在喷射器出口附近形成
负压，抽吸回料器溢流管出来的飞灰。采用罗茨风机的风作为输送风主要目的是防止炉膛内的空气反串进入回料器为了解决喷射器之后的水平输送管和垂直输送管的磨损问题，管材改为耐磨耐高温刚玉陶瓷复合管，并严格保证安装在同一水平线上。旋风分离器的飞灰最终由蘑菇形底饲风帽周向喷人灼热的料层。
(6)保留原有的槽形分离器．根据同行改造失败的经验，决定不把槽形分离器的飞灰送入炉膛回燃而直接定期排放。原因是：①此处灰温太高，会引起下灰斗铁板变形甚至被烧穿，容易出现由于飞灰在灰斗内二次燃烧引起的结焦和阻塞，影响回燃装置正常投运；②该处飞灰颗粒较大，含碳量相对较低，回燃对热效率影响不大；③对底饲回燃系统的材质要求较高。
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