利用循環流化床燃燒技術對舊鍋爐的改造

孫瑞

摘要：目前部分舊鍋爐存在能源利用效率低，運行安全性不足的問題，急需對其進行技術改造。應用循環流化床燃燒技術改造舊鍋爐，能夠充分實現提高供熱質量和節能減排雙重目標。本文結合某化工廠舊鍋爐改造實例，分析利用循環流化床燃燒技術對舊鍋爐的改造技術要點，闡述了改造的具體方案及措施，具有一定借鑒價值與參考意義。關鍵詞：循環流化床；燃燒技術；鍋爐改造

1 循環流化床燃燒技術舊鍋爐改造概況

某化工廠有1臺SHL10-13A鏈條爐，投產運行總時間超過10年，在當前的生產條件下，該鍋爐運行效率較低，始終處于低負荷狀態，能耗較高。同時，該鍋爐燃煤種類為省外煙煤，煤價成本較高，達到350元/t水平范圍，給企業生產運營帶來了較高的成本壓力。現結合實際情況，采用低倍率循環流化床技術進行鍋爐改造，將鍋爐既有的10t/h蒸汽量水平擴容為15t/h，煤量消耗為210kg/t（汽）。

2 循環流化床燃燒技術舊鍋爐改造技術要點分析

2.1 受熱面改造

在應用循環流化床技術進行鏈條爐改造的過程中，首先應對既有的爐排、拱管、集箱等器件去除，保有鍋筒、對流管束和尾部受熱面。同時，在結構體系中增加流化床、旋風分離器等設備。因鏈條爐的爐膛較低，不適用流化床鍋爐燃燒，在改造過程中應結合實際需求，提升鍋爐整體高度，其余結構設備可參照標準水管鍋爐設計，燃燒部分則參照循環流化床燃燒技術要求設置。在進行鍋爐改造選型的過程中，應盡量充分利用舊有鍋爐的結構體系，使用原有受壓元件提供支撐。

2.2 爐型的選擇

在鍋爐技改過程中，爐型選擇應考慮以下因素：

蒸發量大小對流化床鍋爐選型的影響：循環流化床燃燒鍋爐較高的飛灰率需要更高的氣流速度水平與爐膛高度水平，這將形成鍋爐既有體系改造上成本的全面提升，處于成本控制的考量，蒸發量35t/h水平以下的鍋爐不適宜高飛灰率技術改造，而應根據實際需求選擇低飛灰率技術改造。在鍋爐燃煤類型為部分低燃燒效率煤種（如煤矸石等發熱值≤12.6MJ/kg煤種）的情況下，應選擇低飛灰率技術改造。而在鍋爐燃煤類型為≥20MJ/kg高燃燒值煤種的情況下，應選擇高飛灰率改造技術。在燃煤類型處于上述兩種類型之間時，則可結合蒸發量水平進行權衡選擇。

在確定該鏈條爐改造為低攜帶率循環流化床鍋爐后，可進行鍋爐結構選型確定，主要確定鍋爐汽包、水冷壁結構等選擇，具體內容如下：

根據鍋爐設計標準可知，在鍋爐蒸汽壓力<2.5MPa的條件下，為了提升換熱過程的充分性，應選擇由雙汽包形式；在鍋爐蒸汽壓力>3.82MPa且容量>35t/h的條件下，熱量傳遞迅速劇烈，應選擇單汽包形式；而當鍋爐蒸汽壓力水平為3.82MPa且容量為10～35t/h的條件下，鍋爐單、雙汽包形式均可選擇。

水冷壁結構選擇，針對該鏈條爐改造后的燃煤類型（發熱值<12.6MJ/Kg煤種）以及小于35t/h的容量，應選擇帶埋管、爐膛水冷壁結構，從而提升鍋爐出口溫度，強化鍋爐技術改造后的產能效率水平。

2.3 分離器的選擇

現階段，循環流化床燃燒鍋爐使用的主要分離器類型包括旋風分離器、槽型擋板分離器等。這些不同的分離器對于不同煤種燃燒特性有著差異性的適應性。因此，在選擇分離器的過程中，應結合煤種與氣體流通速度進行合理的選擇，對飛灰率進行控制，提升鍋爐整體熱效率，降低對于受熱面的摩擦損耗。

2.4 給煤破碎系統的選擇

給煤破碎系統是對燃煤進行處理，使其粒徑符合燃燒過程的需求，維持燃燒過程均勻性的重要設備。實際選擇過程中，應結合鍋爐燃煤特征與燃料供給需求進行確定。在進行破煤系統選擇的過程中，應對煤粒比度進行合理的控制，提升燃燒與傳熱效率，降低出現器件磨損或爐膛結焦等問題的幾率。

2.5 爐墻砌筑方面

作為整體結構承壓承重的關鍵部位，爐墻的整體質量應滿足循環流化床燃燒過程中的實際需求，應對爐膛磚體、澆筑砌筑等關鍵質量因素進行嚴格控制，保證改造后的爐膛效率。

3 改造的具體方案及措施

3.1 合理選擇布風板及埋管受熱面

循環流化床鍋爐設計改造過程中對于整體效率的關鍵影響要素是布風板、埋管受熱面的選擇與布置。本鍋爐改造后使用Ⅱ類無煙煤進行燃燒，具有較高的燃燒值，針對這一煤種特征，該鍋爐使用“回”型布風板結構，布風板面積4.6m²，埋管面積15m²，采熱效率大大提升，在實際運行中體現出了理想的效率水平。

3.2 擴大爐膛截面或高度，調整懸浮段的受熱面積

本鍋爐改造工程舊有鏈條爐有前拱結構，改造過程中充分利用了這一結構特點，在爐前位置設置爐膛，增大了懸浮室面積，以降低煙氣流速。而沸騰爐改造成循環流化床鍋爐時，針對其爐膛截面相對較大的特點，僅在爐膛高度方面作了相應的調整，這樣可延長顆粒在爐內的一次停留時間，達到5.5s以上，從而達到了提高燃燒效率的目的。所以該化工廠實施鍋爐改造時，選用了前者的改造方案，實踐證明，改造后取得了很好的效果。

此外，本鍋爐改造調整了懸浮室受熱面積，出口溫度處于850℃水平范圍內，有效提升了爐膛內溫度，Ⅱ類無煙煤燃燒效率更高，降低了燃煤損失，限制了尾部受熱面磨損情況。

3.3 調整對流管束區域內的煙氣通道

為了有效改善改造后的氣體流通效果，該鍋爐應用循環流化床技術進行改造時，增大了上下汽包的高度間距，擴大了煙氣通道面積，降低了氣流速度。在尾部受熱面加設了分離器，改善了流管束位置的飛灰濃度水平，降低了煙氣飛灰對于設備器件的磨損。

3.4 增設二級分離裝置及回送裝置

該鍋爐應用循環流化床技術進行增容改造的過程中，應用二級分離體系。其中，第一級為“S”形平面流分離器，布置在爐膛出口；第二級為組合式多管旋風分離器，布置在尾部受熱面上方，總分離效率可以達到95%以上。對應分離器回送裝置采用了“L”閥、“十”字型閥，實踐證明，改造后取得了很好的效果。

3.5 受熱面的調整

循環流化床舊鍋爐改造有效實現了增容效果，這需要與之相匹配的受熱面積提升。改造過程中，不僅要盡量利用原有鍋爐的結構部件，還要滿足用戶要求的鍋爐出力，所以在通過增大爐膛內埋管受熱面及懸浮室輻射受熱面的情況下，還必須增加對流管束和尾部受熱面。在實際的運行過程中，改造后的循環流化床鍋爐在汽包間高度和尾部受熱面過熱器、省煤器、空預器的調整后，基本上能滿足鍋爐產能的需求。

3.6 鍋爐改造增容后的優化措施

（1）鍋爐增容后，出力增加，燃燒需要的風量也相應增加；循環流化床鍋爐對鼓風機、引風機壓頭要求也較高，所以鼓、引風機的流量和壓力都必須重新計算，選用能匹配改造后鍋爐燃燒需要的鼓風機和引風機。

（2）鍋爐增容后，產能提升，排放量增大，煙氣量、煙塵濃度提升，對于排放水平的控制應對除塵器進行改造。

（3）在鍋爐產能與燃燒效率提升的情況下，循環流化床技術改造后的鍋爐用風量提升，需要更為高效的鼓風機、引風機控制技術，如變頻調速器等。

4 結語

綜上所述，將鏈條爐改造成為低倍率循環流化床鍋爐，有效提升了熱效率，實現了煤種的改變，應用Ⅱ類無煙煤進行燃燒，能夠有效降低煤價成本。同時，能夠全面控制污染排放，是一種理想的舊鍋爐改造技術。對于企業而言這種改造方式具有低成本、快投入的優勢，改造技術適用條件更廣。