循環流化床鍋爐設備管理問題探討

王立年

（江西星火有機硅廠 江西九江）

一、引言

江西星火有機硅廠的鍋爐UG35/39-M8是無錫鍋爐廠1990年生產的產品，1991年投入運行。原設計參數是：額定蒸發量為35 t/h，過熱蒸汽壓力39 kgf/cm2，過熱蒸汽溫度為450℃，鍋筒內蒸汽工作壓力為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%，干燥無基揮發分Vr14.12%，QHP=5243 kcal/kg，軟化溫度t2=1500℃。因鏈條鍋爐對煤種的要求比較苛刻，在能源形式比較緊張，煙煤價格較高的情況下，經過考察和論證，決定對其進行改造，改造為循環流化床鍋爐。實踐證明，改造后的鍋爐運行效果良好，對燃料的適應性較廣，燃燒效率高。不但能燃燒揮發分較低的煤種，極大改善了燃燒狀況，也減少了燃煤消耗。主要優點如下：

（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、布風板設置在-3 m層，增大了爐膛的有效容積，總有效容積可以達到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蒸發吸熱量的40%以上，所以在燃用低熱值燃料時，也可使鍋爐的出力達到滿負荷的效果，并有一定的超負荷能力。

（4）燃燒效率高。例如，對無煙煤可達到97%，對其他煤種也可達到98%～99.5%，燃燒效率可與煤粉燃燒時相比。

二、改造前存在問題

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

（2）飛灰回料口設置在埋管上面，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，起不到循環燃燒的目的。

（3）鍋爐給煤口設計在埋管上面，造成了進入燃燒室的細煤進爐后落在料層上面，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，對煤質適應性差等。同時給煤口因未設計播煤風，造成燃燒時的不均勻。

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

（5）由于改造時增加了大量埋管，使受熱面積驟增，試運行時產汽量超過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，在降低蒸發量的同時，對汽溫控制極為不利。

（6）爐門位置設計不合理。爐門被設置在給煤口下方，極易被高溫爐料燒毀，造成停爐和維修次數增多等情況，嚴重影響了正常生產。

（7）下部爐膛問題。主要是混凝土及布風板的結合部設計得不合理，預留間隙未能充分考慮到熱膨脹等問題。不但把風室周圍的4根混凝土梁脹裂，也已危及到了安全生產。

（8）風室出渣口位置設計得太低，造成出渣空間不夠，嚴重影響了出渣操作。尤其是使用煤質較差的燃煤時，不但會發生渣打量增加，出渣時渣打難度加大，工人的勞動強度也大大增加。

（9）原設計下部燃燒室是用耐火磚砌筑，在啟停爐時造成的熱脹冷縮，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年投入運行后，2004年至2006年連續3年都發生了后墻或側墻倒塌的情況。因布風板面積較大，風帽多達2000余個，試運行時就造成了風機的超負荷運轉等問題，隨后改造方使用耐火磚及澆筑材料封堵布風板及風帽，剛投入運行時雖然風量風壓正常，但隨后的幾年里又出現了風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測試的風壓值，均不相同。由于左右2風室風壓值的不同，使點爐時難于控制風壓而使其不能平衡。

三、實施措施

根據近年來的運行情況與循環流化床發展狀況，以及針對運行中出現的問題等，提出改進措施。

（1）飛灰循環回燃系統采用中科院的技術方案，即飛灰回燃系統。采用的是中溫分離方式，即分離器安裝在低過后面，選用多管高效，高耐磨旋風分離器。多管分離器為平行四邊形結構，即每根管的長度相等，阻力一樣，煙氣流場相同。改變了梯型結構的分離器形式，如每根管的長度與阻力不等，流場不均勻，分離效率低，分離筒與導向葉片連成一體，無間隙，無煙氣短路現象等。為提高分離效率，分離筒、導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，一般使用時間＞5年。支撐板采用耐熱合金鋼，可耐600℃以上的高溫，強度高，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，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，現將分離器安裝在低過后，使分離溫度＞550℃，旋風分離使旋轉煙氣的擾動打破了灰包碳結構，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98%，循環倍率為7-8倍，熱效率＞87%，飛灰含碳量＜7%。

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

（3）將埋管上部進煤改為料層中下部進煤。煤炭直接進入高溫爐料中部后，可與＞900℃的爐料混合燃燒。大大增加了細煤在爐料中的停留時間，提高了燃燒效率，同時也適應了3000 Kcal的劣質煤的使用。進煤口高度以床面上部300 mm處進煤較為合適，并在進煤口上下各設一個播煤風口，將煤炭均勻推入整個爐料中，使燃燒更加充分和均勻。利用現有給煤系統，將進煤口改在下部進煤。

（4）由于埋管設置太多，原設計埋管受熱面積＞50 m2。由于埋管會在爐料中傳熱，而降溫較大，造成燃燒穩定性差，上層爐料較輕的細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（不符合環保要求）。特別是增大風量或提高負荷時，則更為嚴重。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。使實際埋管受熱面積得到有效控制，一般控制在40±2 m2時較為合適。

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

（6）重新設計和改造爐膛下部混凝土上梁柱，將風室和布風板放在工字鋼梁上，并留有膨脹空間，以及各部位的膨脹空隙，以確保高溫運行時設備的安全與穩定。

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

（8）將省煤器改為螺旋翅片管省煤器，其優點是：

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鍋爐上管排數量由原來的35排減少到26排，由原來的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。既節省大量空間，為飛灰循環系統留下足夠大的鍋爐尾部的上部空間，又便于旋風分離器的安裝。

③大大減少了飛灰對省煤器的磨損。由于安裝排數的大幅減少，省煤器內的風速由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板及風帽時，因澆筑材料常被磨損而使間隙增大，而漏風又造成2風室風壓值的不平衡。為此，采用鋼板從風室內將布風板焊接密封。同時增加爐內的自動噴鈣脫硫裝置，即利用生石灰作為脫硫劑，并配備1套四級電除塵器及氣力輸灰系統，既達到了設備防腐的目的，又凈化了空氣。

四、改造達到的效果

（1）能正常使用3000 kcal熱值的劣質煤炭。

（2）蒸發量＞35 t/h。

（3）鍋爐熱效率＞85%。

（4）運行可靠，維修量小。連續安全運行周期多在3個月以上。

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