75t/h燃油鍋爐改為水煤漿流化懸浮燃燒鍋爐實例

張龍習(山東省特種設備檢驗研究院東營分院，東營 257091)

0 前言

我市是勝利油田的主產區，在用的燃油工業鍋爐有800臺左右，隨著原油價格的上漲，許多燃油鍋爐使用單位紛紛打算把燃油鍋爐改造為燃煤鍋爐。但是，要成功地將燃油鍋爐改造為燃煤鍋爐，其投資和難度都是相當大的。東營市某石化總公司在有關專家的指導下，將UG-75/3.82-Y型燃燃油鍋爐成功地改造為水煤漿流化懸浮燃燒鍋爐，經過一段時間的使用，證明這種改造效果是比較理想的。我本人也參與了這項鍋爐改造工程，現將改造情況作簡要介紹，供同行參考。

1 水煤漿流化懸浮燃燒鍋爐的工作原理

水煤漿是一種新型煤基燃料，具有易于管道運輸，便于裝卸、儲存等特點，因此它是一種很好的油代用品和低污染燃料。目前我國已開發出了多種形式的水煤漿燃燒裝置，并在工程中應用，取得了良好的效果。但是，在水煤漿懸浮燃燒過程中，尤其在小空間燃燒過程中存在的高溫結渣問題一直沒有得到有效的解決。此外。懸浮燃燒的高溫環境（燃燒中心區為1500∽1800℃左右）增加了NOx的排放，同時亦難以在燃燒過程中直接脫硫，造成很大的環境污染。。東營市某石化總公司在有關專家的指導下，開發成功的水煤漿流化高效潔凈燃燒技術徹底解決了水煤漿在懸浮燃燒過程中，尤其是在小空間燃燒室中易結焦、燃燒不穩定這一難題。該項技術有很多優點，是水煤漿燃燒技術領域的一場革命，對潔凈煤技術將產生深遠的影響。

水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒技術的工作原理是，將滴狀水煤漿投入燃燒室下部由石英沙和石灰石構成床料的熾熱流化床中，其溫度在850∽950℃左右。水煤漿在熾熱的流化床料的加熱下迅速析出水分、隨后析出揮發份并著火燃燒以及焦碳被加熱后燃燒。在燃燒過程中，流化狀態下顆粒狀水煤漿團進一步解體為細顆粒被熱煙氣帶出密相區進入懸浮室繼續燃燒。在燃燒室出口設有分離回輸裝置。被熱煙氣帶出的媒體物料和較大的水煤漿顆粒團被分離器分離、捕捉，通過分離器下部設置的回輸通道返回燃燒室下部密相區，既減少了媒體物料的損失，又實現了水煤漿顆粒團的循環燃燒，從而獲得較高的燃燒效率。此外，低溫燃燒過程（850∽950℃左右）有效地控制了熱力型NOx的形成。且由于媒體物料由石英砂與石灰石構成，石灰石在高溫下煅燒生成CaO，CaO與SO2反應后進一步生成CaSO4，抑制了SO2的排放，而燃燒裝置的運行溫度是CaO脫硫的最佳運行溫度，可有效的減少SO2的排放。

2 鍋爐改造的基本原則

鑒于本次改造工程為將原燃用油氣混合燃料的鍋爐，改造為燃用水煤漿的流化懸浮高效潔凈燃燒鍋爐。綜合考慮技術、工藝、燃燒方式以及原鍋爐結構特點，并考慮經濟性，本次改造遵循下列基本原則。

（1）維持原鍋爐整體結構基本不變，保持原鍋爐主體鋼架及外形尺寸不變，汽包不再開孔。

（2）保持鍋爐整體出口蒸汽溫度、壓力參數不變。

（3）在優化選擇調整部分受熱面的前提下，采取可靠措施盡量使鍋爐達最大鍋爐出力。

（4）在優化設計的前提下，盡量利用原鍋爐材料與構件，減少改造投資。

3 鍋爐改造后的設計參數

鍋爐型號DHFS60-3.82/450-SM2，額定蒸發量D=60D/H，過熱蒸汽壓力P=3.82Mpa，過熱蒸汽溫度T=450℃，給水溫度T=104℃，排污率P=2%，鍋爐設計熱效率≧89%。

4 鍋爐改造設計要點

將原燃油鍋爐的4只燃燒器及下部水冷壁拆除，將原燃燒室用水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒室代替。增設兩級分離器，一級為爐內高溫組合式旋渦分離器，二級為槽型分離器，布置在水平煙道出口。將原鍋爐上級省煤器拆除，以便布置二級低溫過熱器。水冷風室由兩側水冷壁與前水冷壁彎制而成，兩只點火用熱煙氣發生器布置在水冷風室兩側。增設二次風系統。1800 mm的水平煙道高度按照需要加高，加高方法為煙道底面下移。鍋爐分散下降管、鋼架、爐墻、護板、密封裝置、平臺扶梯、省煤器連接管、熱風道、冷風道、熱工測點等作相應調整。

5 各主要部位的改造方法

5.1 密相區受熱面與水冷風室

燃燒室自下而上分為密相區和稀相區，密相區為倒梯臺結構，底部為流化床布風板，獨特的結構與特定的流化參數結合構成內循環燃燒，密相區內設有埋管受熱面，該受熱面由￠60*5管子組成，管子上設有防磨裝置。具體為將前水冷壁從標高6858處斷開，與原鍋爐斷開點重合，斷開時應留有上焊接面的修整余量，以便改造時與新設計的前下部膜式壁對接。前下聯箱不能利用，重新設計制造。將兩側水冷壁從6000處斷開，將新設計的水冷風室和后墻水冷壁與密相區受熱面在斷開點處對接。增設前中聯箱并新制造下連箱。密相區設500×500爐門一個。改裝后，鍋爐前后下聯箱中心從標高4000處下降至標高1700處，兩側水冷壁下集箱中心由標高4900處下降至1400處。這不僅是為滿足新的燃燒方式的需要，同時也可以擴大爐膛容積，有利于水煤漿燃燒。水冷風室仍為膜式壁結構，管間焊扁鋼。

5.2 流化床構成

前墻水冷壁向下延伸構成的水冷布風板，其管間距為100 mm,需焊合扁鋼，扁鋼上根據需要開孔，用來安裝1383個氣流分布器（風帽）。風帽為柱形風帽，為了增強流化效果，風帽上部需增加導向碟，風帽及導向碟材質均為耐熱鑄鋼。風帽為100 mm與90 mm交叉布置。為滿足停爐和檢修時排放媒體物料需要，風箱上設放料管2個,由￠89×4.5的合金鋼管構成，與風室上下面焊牢，為補償熱膨脹，其中間需加波形膨脹節。水冷風室上平面需澆注耐火保溫層，由接管調成凹形結構。水冷風室的空氣入口設在鍋爐前側，水冷風室的兩個防爆門設在接管處。水冷風室的上面需用耐火磚砌筑成倒梯臺型的流化床，下部為矩形垂直段，上部為擴散段，由四周與水平成500角的斜面過渡到四周水冷壁處。

5.3 水冷風室的密封、絕熱

水冷風室必須嚴密，不得漏風，其密封方法均為用扁鋼焊于各管間來實現的。改造后的鍋爐采用床下熱煙氣點火，所以風室及熱煙氣引入管將受熱，因此熱風管道入口加設耐火保溫材料。

5.4 爐門及看火孔

為調整燃燒及檢修需要，在密相區爐前墻設置1個500×500的爐門及4個看火孔。

5.5 床下點火裝置

本次改造采用床下熱煙氣自動點火裝置。該裝置設于水冷風室兩側，熱煙氣發生器產生的熱煙氣經風帽小孔進入流化床內，加熱媒體介質物料起到點火啟動作用。

5.6 防爆門

為防止風室內可燃氣體爆燃，在水冷風室入口處設有兩個￠450的防爆門，原爐膛稀相區上部兩個防爆門不動。

5.7 二次風系統

改造后鍋爐設二次風系統，二次風率為25%，在鍋爐兩側墻設12個二次風口，二次風管為￠121×5鋼管，二次風分兩層送入。

5.8 增設一級組合式高溫旋渦分離器及物料回輸系統

稀相區上方爐膛出口設有組合式高溫旋渦分離器作為一級分離器，構成爐內空間循環燃燒，組合式高溫旋渦分離器由后墻水冷壁管與增設的聯箱與特制異型耐火磚構成。分離下來的物料，經返料口回輸到爐膛內，實現循環燃燒。

5.9 增設二級槽型分離器及物料回輸系統

在高溫過熱器前增設二次槽形分離器及相應的物料回輸系統，分離下來的物料，經返料口回輸到爐膛內，實現循環燃燒。二級分離器采用耐熱合金鋼。

5.10 過熱器、減溫器、省煤器和空氣預熱器等

原來的面式減溫器不作變動。高、低過熱器從新設計。低溫過熱器采用水平布置方式，為自懸吊結構。上級省煤器拆除，其空間布置水平低溫過熱器，省煤器的出水管相應加長?？諝忸A熱器原結構與位置不變。

5.11 下降管調整

由于爐膛水冷壁向下加長，其各下集箱均下移，原分散下降管隨之加長并重新分配與布置。

5.12 鋼架與平臺的調整

根據水平煙道的調整，增設點火平臺，原鍋爐鋼架根據改造需要作必要的調整和增加。

5.13 爐墻與護板的調整

爐墻與護板調整工作量體現在新增燃燒室與流化風室以及水平煙道加高部分，隨鍋爐結構的變動作相應調整。

5.14 ?；?/p>

鍋爐在前墻或側墻設4個粒化器用于鍋爐運行時給入水煤漿。

5.15 鍋爐加沙管

在鍋爐前墻設2個加沙管，運行時補充物料，并用作鍋爐啟動加料管，并兼作燃燒脫硫用石灰石加入管。

5.16 風機

風機的更換與重新安裝根據新型燃燒方式的需要，原鼓風機、引風機無法滿足需要，必須更換。同時應將鼓風機安裝在爐體右側，倒出鍋爐底部空間，以便安裝流化床。

5.17 鍋爐范圍內管道及煙風道調整

由于鍋爐改造后某些部件位置變化較大，所以必須對原鍋爐范圍內管道和煙風道進行重新敷設和必要的調整，并增設二次風系統。

6 水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒技術的優點

6.1 實現了水煤漿的低溫燃燒，解決了水煤漿懸浮燃燒帶來的易于結焦、運行不穩定、安全性差的問題，同時抑制了熱力型NOX的生成與排放。

6.2 實現了著火燃燒后的水煤漿顆粒團的循環燃燒，具有較高的燃燒效率。

6.3 利用石灰石與石英砂構成的媒體物料，輔之于低溫燃燒技術實現了水煤漿燃燒過程中直接脫硫，脫硫系統簡單、成本低。

6.4 采用分離回輸燃盡裝置提高了石灰石的利用率，減少了媒體物料的補充量，提高了燃燒效率。

6.5 負荷調節特性好，可在100%～30%額定負荷范圍內穩定運行，水煤漿品質適應性好。

6.6 降低了對水煤漿品質的要求，使制漿成本降低。

6.7 省略了價格昂貴的燃燒器與易出故障的霧化漿槍，不需要復雜的高壓風漿系統及過濾等設備，系統更為簡單可靠。

6.8 運行穩定，操作簡單，燃燒效率高，運用范圍廣，適合各種參數的鍋爐。

7 結束語

水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒技術可在電站鍋爐和工業鍋爐上推廣應用，具有巨大的市場潛力和經濟與社會效益。