循環流化床鍋爐節能改造技術研究

劉志成

摘要：在運行循環流化床鍋爐的過程中，往往會需要燃燒一定量的煤炭以及其他含硫燃料，在此過程中必然會生成大量二氧化硫，而部分二氧化硫在轉化成三氧化硫并且同煙氣中的水蒸氣進行相互結合下，所生成的硫酸蒸汽不僅會使得煙氣露點溫度大幅提高。同時其在與其他物質進行相互反應下也比較容易產生堵灰等問題，嚴重影響著循環流化床鍋爐的正常運行。因此本文將通過結合具體設備實例，在明確其節能需求的基礎上提出一種行之有效的節能改造方案，并通過對其改造成效進行分析以驗證本文所提循環流化床鍋爐節能改造方案的可行性和有效性。

關鍵詞：循環流化鍋爐；回收余熱；節能改造

一、循環流化床鍋爐的節能需求分析

（一）設備概述

本文以某廠的65t/h循環流化床鍋爐為例，該鍋爐整體為全鋼結構，運用了島式半露天布置形式和單鍋筒自然循環形式。通過支吊結合進行有效固定，運用包括床下點火以及旋風分離器等部件共同組成了該高溫高壓循環流化床鍋爐的燃燒系統。利用SNCR工藝并將尿素作為還原劑進行脫硝處理，并同時使用爐后石灰石石膏濕法脫硫的方式同步完成脫硫和除塵[1]。

（二）節能需求

自從該循環流化床鍋爐正式投入運行以來，一直以煙煤和褐煤為主，入爐煤揮發份在30%到45%之間，灰份則只有大約15%到25%。并且因循環流化床鍋爐長時間負荷運轉，缺乏后續系統完善的運維、養護和管理工作，因此也導致機組設備中存在部分設備和零部件嚴重老化、磨損和形變的問題，不僅直接影響著循環流化床鍋爐的節能效果，同時也大大影響了鍋爐的正常、安全、穩定運行。本文在對其進行節能改造的過程中，將重點放置在相變換熱系統上，要求其壁面溫度至少需要達到110℃，而排煙溫度需要控制在125℃到130℃之間。但根據循環流化床鍋爐的實際運行情況以及燃料煙氣酸露點，對換熱器壁溫進行相應調控。譬如說如果煙氣酸露點相對較高，則可以通過利用自控裝置對換熱器壁溫的最低值進行相應調整，從而在有效避免出現不結露的情況下增大回收效益。

二、循環流化床鍋爐的節能改造方案

（一）改造布風裝置

在循環流化床鍋爐的實際運行當中，風帽直接決定著物料循環的穩定性，因此為了能夠有效保障循環流化床鍋爐實現正常運行，并獲得較高的節能成效，需要對現有循環流化床鍋爐的布風裝置進行相應改造，從而使得爐膛截面位置處能夠均勻分布空氣，以此提高物料流化的均勻性，放置出現流化死區或是結焦等相關問題?？紤]到原有循環流化床鍋爐中的鐘罩式風帽與直通式芯管搭配使用，在風帽外罩出擁有八個開孔，芯管同外罩牢固焊接在一起[2]。在實際運用過程中因受到水平方向小孔的影響，在將床料膠乳其中后，難免會出現少部分灰渣落入芯管和外罩之間的縫隙中，從而影響外罩小孔的出風量，導致無法有效提高對沖效果，并會在一定程度上加劇風帽之間的沖刷。因此本文在對循環流化床鍋爐的風帽進行改造的過程中，通過將風帽外罩的出風小孔向下調整20°，并對出風小孔的外罩厚度進行適當加厚處理，采用具有更高耐磨性以及使用性能的材質作為外罩材質。而芯管則改造成四周出風，采用焊接的方式牢固固定風帽和上部端板，進而用于有效防止出現漏渣情況。

（二）改造旋風分離器

在循環流化床鍋爐當中，其至關重要的部件之一便是旋風分離器。循環流化床鍋爐需要通過利用旋風分離器分離大量高溫固體物料，并將其輸送至爐膛當中，從而使得爐膛循環流化能夠實現正常運行，燃料以及脫硫劑能夠實現反復使用。根據筆者的觀察發現，該廠內原有的循環流化床鍋爐旋風分離器的筒體以及中心筒的直徑分別為5400mm和1912m，后者的插入深度為2900mm，而進口截面則為4828mm×2028mm。由12片扇形長板相互拼接組成的上筒體和設計成整圓形式的下筒體共同組合而成的旋風分離器，其厚度大約為6mm。由于循環流化床鍋爐的啟動和暫停，以及中筒區域高溫影響，原本12片扇形長板嚴絲合縫相互拼接的上筒體當中，拼接縫開始逐漸擴張并最終形成裂縫。此外，在長期的使用過程中扇形長板之間難以保證膨脹均勻，因此也容易出現變形問題而加劇裂縫，根據相關資料顯示，該廠的循環流化床鍋爐旋風分離器中出現的寬度最大曾經達到200mm。另外，采用拉筋吊掛形式的中心筒上端，所有扇形板統一利用拉筋牢固焊接中心筒筒體以及旋風分離器的外護板，受到中心筒熱脹冷縮的影響，拉筋和中心筒的焊接位置處也會隨之產生相應的收縮和膨脹變化，進而加劇變形情況，擴大裂縫導致煙氣短路情況的出現。有數據顯示，受此影響，循環流化床鍋爐旋風分離器無法正常發揮自身的分離效果，飛灰中位粒徑只有不足40μm。

因此本文在對其進行節能改造的過程中，通過采用整體鑄造的方式改造筒體，并將筒身原有厚度增加至16mm，使其能夠具有更高的機械強度[3]。在適當加大分離器進口耐磨料層厚度并嚴格控制進口面積時，進口煙氣流速將會隨之有所提高，此時分離效率加快，在凸臺縮口被加大后，進入分離器入口的煙氣流速能夠有效增加至每秒24m。在安裝方面則通過改用自由吊掛式，利用原來旋風筒已有的環形槽鋼，將16個支架牢牢焊接其上，利用上部大筋板在16個支架上放置中心筒，使得中心筒和支架能夠相互配合。與此同時，為了有效提高其密封性，針對位于筒體上部的密封澆筑料，將密封環板加入其底部位置，并利用巖棉填滿筒體和澆注料的縫隙，而后再焊接一圈密封環板即可有效避免發生煙氣短路的情況。

三、循環流化床鍋爐節能改造的成效

（一）運行情況

根據相關記錄顯示，在將經過節能改造后的循環流化床鍋爐投入到實際使用中后，相變換熱系統吸熱段的進口煙氣溫度在160℃左右，而位于換熱器尾部位置處的排煙溫度始終不超過130℃，煙氣溫度降幅足足有30℃。不僅如此，因改造和優化了中心筒的筒體結構以及插入深度，也在很大程度上提高了旋風分離器效率，進而增加了爐內循環灰量，提升了爐內換熱效率和床溫的控制性。與以往氮氧化合物的高排放濃度相比，在運用經過節能改造后的循環流化床鍋爐后，這一濃度值明顯下降。此外，優化改造后的布風裝置通過充分發揮自身應有作用，也極大地提高了布風的均勻性，進而減少了一次風量，達到了有效控制風機耗電量的目標[4]。結果顯示，一次風量減少了大約30%而平均床溫較之前也明顯下降了大約40℃。在對循環流化床鍋爐進行節能改造前，飛灰中位粒徑不足40μm，在使用了節能改造后的循環流化床鍋爐，飛灰中位粒徑迅速減小至16μm。一次風機以及引風機耗電量較以往均下降了至少10%，經過改造后鍋爐效率則提高了大約1.5%。

不僅如此，在尚未對循環流化床鍋爐進行節能改造前，氮氧化物的生成濃度最高時可以達到400mg/Nm？，而在使用節能改造后的循環流化床鍋爐，根據相關記錄顯示，在滿負工況的前提下，氮氧化物的生成濃度也始終未能超過180mg/Nm？，在利用SNCR工藝進行脫硝時所需還原劑用量也明顯較少。在脫硝之后的排放濃度不超過50mg/Nm？.而在半負荷至滿負工況下，區域溫度基本至少能夠穩定在800℃，使得低負荷脫硝效率得到極大保障。

結束語：

本文通過以某廠的循環流化床鍋爐為例，通過結合其具體運行情況以及節能需求，在對其旋風分離器、布風裝置進行相應改造，并將相變換熱系統增加至循環流化床鍋爐中后，不僅有效降低了鍋爐的排煙溫度，實現煙氣余熱的充分回收。同時對熱網循環水也可以起到良好的加熱效果，使其能夠被用于供暖或是供熱水。因此實踐證明對循環流化床鍋爐進行節能改造，能夠有效實現經濟效益與社會效益最大化的目標。

參考文獻：

[1]林小沖，俞海淼.循環流化床鍋爐節能環保一體化改造技術研究與應用[J].應用能源技術，2017（06）：15-18.

[2]張海，虞忠.一種前置循環流化床爐膛改造技術的嘗試[J].化工管理，2016（08）：160.

[3]李永華.應用相變換熱技術對65t/h循環流化床鍋爐節能改造[J].節能技術，2015，33（05）：464-466.

[4]任憲紅，王永寶，楊書慶.240t/h循環流化床鍋爐低床壓節能技術改造[J].鍋爐技術，2013，44（02）：25-28.