酒糟鍋爐安全節能技術改造

李 德

（四川省宜賓五糧液集團有限公司 宜賓 644000）

白酒糟是固態白酒生產過程中特有的固體廢物。為了無害化、減量化、資源化、效益化處理酒糟，五糧液集團公司開發了酒糟綜合利用工程項目（即利用生物工程技術，以丟棄酒糟為原料生產復糟酒的復糟工程項目；以復糟作燃料建設的環保鍋爐工程項目；以及利用酒糟稻殼灰為原料生產5000t/a白炭黑的沉淀白炭黑工程項目），實現了將丟棄酒糟變廢為寶、深度開發、綜合利用的目的。其中根據酒糟燃燒機理開發的SZS4-1.25-D型環保鍋爐，系酒糟焚燒處理產品，由于此前并無酒糟鍋爐應用先例，加之人們對酒糟燃燒理論研究太少，相關技術資料缺乏，從而造成環保鍋爐及其配套產品在運行過程中就出現了許多不足的地方，如鍋爐對流管頻繁爆管、爐排中間“爐料扎堆”等問題。

1 鍋爐概況

SZS4-1.25-D型環保鍋爐，系雙鍋筒縱置式自然循環水管鍋爐。整臺鍋爐由上部受熱面大件、下部燃燒設備大件、中部絕熱爐膛及尾部空氣預熱器四部分組成。其總體布置圖如圖1所示。

圖1 環保鍋爐總體布置圖

從圖1可知，鍋爐本體受熱面由布置在爐膛上部的水冷壁管及上下鍋筒之間的對流管束組成。水冷壁管的上端與上鍋筒直接相連，下端與下集箱相連。上下鍋筒位于鍋爐中央，上鍋筒比下鍋筒長且貫穿于全爐，兩鍋筒之間的對流管束呈“O”形布置。

本鍋爐采用了層燃加室燃相結合的燃燒技術。即燃料經噴料裝置噴入爐內，一部分顆粒較細的酒糟懸浮在爐膛內被加熱燃燒，同時隨爐內煙氣的流向向上流動；部分顆粒較大的酒糟在被加熱的同時下落到爐排上繼續燃燒。燃燒生成的高煙煙氣，從爐膛出來后進入右上側旋風燃燼室。從燃燼室出來的煙氣經二回程橫向沖刷的對流管束后，進入爐后熱管式空氣預熱器，其將冷空氣加熱到一定溫度后，再經水膜除塵器除塵，最后由煙囪排入大氣。爐內煙氣流程圖如圖2所示。

圖2 爐內煙氣流程圖

2 存在問題

1）旋風燃燼室及隔煙墻轉彎處對流管束磨損嚴重并頻繁出現爆管事故，危及鍋爐安全經濟運行及酒糟的正常處理。

2）酒糟經噴料裝置噴出后，較大顆粒在被加熱的同時下落到爐排上繼續燃燒，但當下落到爐排時，形成了中間“爐料扎堆”，而兩側無料的現象。從而造成爐排中間燃料燃燒不充分，兩側大量漏風的不利影響。

3 原因分析

3.1 對流管束磨損嚴重且頻繁爆管的原因分析

1）爐膛出口飛灰濃度特別大，對受熱面管的磨損大。

本鍋爐采用了層燃加室燃的燃燒技術，其燃料是經噴料裝置噴入爐內進行燃燒的。同時由于酒糟干燥后密度小，迎風面積大，很容易被吹起，致使相當大部分酒糟懸浮在爐膛中燃燒[1]。故爐膛出口飛灰濃度特別大，為8～16g/Nm3。飛灰濃度越大，對旋風燃燼室及隔煙墻轉彎處的受熱面管的磨損就越嚴重。

2）飛灰中SiO2含量高，對受熱面管的磨損加大。

通過對飛灰成分進行分析，其SiO2含量特別高，為55%～60%，而SiO2是一種耐高溫，硬度特別大的物質，當其含量高時，對受熱面管的磨損就會加大[2]。

3）旋風燃燼室流通截面小，加速了旋風燃燼室及此處管壁的磨損。

燃料在爐膛內燃燒，生成的高溫煙氣從爐膛右上側進入旋風燃燼室，由于旋風燃燼室的流通截面急劇變小（其半徑僅為300mm的一個圓），故煙氣會在旋風燃燼室內加速并形成強烈旋轉氣流，在這個過程中，煙灰由于受到離心力的作用而被甩向煙氣外側(此處飛灰濃度更大)，直接碰撞旋風燃燼室內壁及相鄰管壁，從而顯著加大了此處對流管的磨損。

4）煙氣走廊的形成，加速了隔煙墻轉彎處對流管的磨損。

由圖2可知，煙氣在繞過第二道隔煙墻、第三道隔煙墻時及從后墻左側排出爐外時，由于這些地方的流通截面較窄，只有極少數對流管的阻隔，致使這些地方形成了煙氣走廊，在煙氣走廊區，煙氣流速特別高，有時比平均流速大3～4倍[3]，根據磨損量與飛灰速度成三次方比例增加且飛灰速度約等于煙氣流速可知，這些地方飛灰對管子的磨損是呈數十倍增加的。同時，這些地方正處在煙氣轉彎處，由于離心力的作用，轉彎處外側的飛灰濃度就更大，此處管壁所受的磨損就更為嚴重。

由于上述種種原因，尤其是煙速的成倍增加，是造成旋風燃燼室及隔煙墻轉彎處對流管束磨損嚴重并頻繁爆管的主要原因。

3.2 爐排中間“爐料扎堆”現象的原因分析

通過鍋爐運行觀察及停爐檢查，同時做冷態空氣動力場試驗，發現“爐料扎堆”的主要原因是由于噴燃裝置噴料風嘴結炭嚴重、下料口平臺角度不夠、出料口扇形角度不夠等因素造成的。

當噴料風的風嘴結炭嚴重時，所噴入的風量較小，不能將物料及時吹散，從螺旋給料機出來的物料就會成團地下落至下料口下方的爐排上，由于噴料裝置是安裝在前墻中間位置，從而造成爐料在爐排中間出現扎堆的現象。

物料在噴料風的作用下，是沿近似拋物線的軌跡下落的，當下料口平臺角度不夠、出料口扇形角度不夠時，均會影響物料的下落軌跡，改變物料在爐排上的停留位置。下料口平臺角度不夠，物料易下落在爐排靠前的位置，加之出料口扇形角度不夠，不利物料向兩側發散，從而造成爐料在爐排中間出現扎堆的現象。

4 技術改造

根據鍋爐在運行過程中存在的主要問題，結合鍋爐房現有場地、鍋爐結構、主要技術參數（鍋爐設計效率偏低，排煙溫度較高）、燃料特性等情況，通過綜合考慮，制定如下技改方案。

4.1 擴大主煙道，降低煙速

根據旋風燃燼室及隔煙墻轉彎處受熱面管磨損嚴重并頻繁出現爆管的各種原因進行分析可知，在不能改變鍋爐燃燒方式及飛灰中SiO2含量的情況下，解決對流管束頻繁爆管行之有效的辦法是擴大主煙道，降低煙速，以減輕煙塵對對流管束的磨損，從而延長對流管的使用壽命。為此須技改鍋爐上部受熱面大件（中后部），技改后鍋爐結構及煙氣流程圖如圖3、圖4所示。

圖3 技改后鍋爐結構圖

圖4 技改后煙氣流程圖

從圖3、圖4可知，其具體改造措施如下。

●4.1.1 更換上下鍋筒

上鍋筒筒徑不變，長度不變，安裝位置不變；下鍋筒筒徑不變，長度延長556mm，延長部分在安裝時，是在原位置基礎上朝爐前布置的。

●4.1.2 增加對流受熱面積

上下鍋筒之間的對流受熱面管由原來的橫向18組、縱向30組，改為橫向18組、縱向37組，由此增加了對流受熱面積40.7m2。

●4.1.3 更改煙氣流程

煙氣流程由原設計的二回程改為單流程，鍋爐出口煙道由原設計的左側布置（出口尺寸：500mm×700mm）改成沿鍋爐中心線對稱布置（出口尺寸：1600mm×700mm）。這樣當煙氣從爐膛出口流經對流管束時，是直向均流經過對流管束的。

技改后，增大了對流管束區域內煙氣的流通截面，降低了煙速。經過對流管束的平均煙速由原來的8.11m/s降低到4.37m/s。同時由于取消了旋風燃燼室，杜絕了煙氣走廊形成，且煙氣是直向均流通過對流管束的，從而大大延長了對流管的使用壽命。

技改鍋爐上部受熱面大件（中后部）后，煙氣流速得以降低，雖然能有效地解決對流管束的磨損問題，但由于煙氣流速降低，會對鍋爐整體吸熱效果帶來一定的負面影響。為此在對上部受熱面大件進行改造的過程中，盡管受到鍋爐結構的限制，還是增加對流受熱面積40.7m2。

4.2 對噴料裝置出口進行整改

針對二次風嘴結炭嚴重的問題，現場用刮刀將其清理干凈，同時制訂了定期清理風嘴的制度；針對下料口平臺角度不夠的問題，現場將下料口平臺用鑄石板進行鋪設，且使其外口略高于內口2.5mm，這樣使燃料能夠更好地拋向空中；針對出料口扇形角度不夠問題，現場對出料口進行了重新施工，使其成為一個內口寬為400mm，外口寬為520mm的對稱扇面；同時噴燃裝置出口下料板經常被磨損及燒壞，現場還用耐高溫的不銹鋼板制作了下料板，以保證其經久耐用。

4.3 增設余熱回收換熱器以回收煙氣余熱

在對鍋爐上部受熱面大件進行改造的過程中，由于受鍋爐原有結構的束縛，僅能增加對流受熱面40.7m2，同時鍋爐設計排煙溫度較高，經熱力計算，需在尾部煙道內增設余熱回收換熱器來繼續回收煙氣余熱。為了便于布置，現場在空氣預熱器與除塵器之間的煙道上增設了“余熱回收換熱器”，并采用管殼式豎直布置。煙氣余熱是通過鍋爐軟水進行回收的，這樣既減少了除氧器的蒸汽消耗（除氧器采用熱力式大氣除氧），又降低了煙氣排放溫度，從而提高了鍋爐效率。

5 效果檢查

通過上述改造后，鍋爐能安全穩定經濟運行，并經鍋爐熱工性能檢測，其效果如下：

1）酒糟著火及時，燃燒正常，能充分燃燼，灰渣可燃物含量為2.09%。

2）鍋爐排煙溫度約為140℃，低于原設計的鍋爐排煙溫度（原設計排煙溫度為170℃，因干糟含硫量極低，僅為0.17%，屬低硫燃料，故煙氣排煙溫度可適當降低一些）。

3）鍋爐出力不僅能達到額定出力，并具有超負荷的能力。

4）經熱工性能檢測，鍋爐熱效率為80.13%，明顯高于改造前鍋爐設計熱效率（70%）。

以上數據表明，針對酒糟鍋爐的技改是相當成功的。同時還為同類鍋爐技術改造提供了很好的參考意見。

[1] 袁益超，劉聿拯.燃酒糟鍋爐運行性能熱態試驗研究[J].鍋爐技術，2005，36（04）：68-72.

[2] 范從振.鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，1986.

[3] 西安電力學校鍋爐教研組.小型火力發電廠鍋爐設備及運行（修訂版）[M].北京：水利電力出版社，1988.