五陽熱電廠4×75t/h CFB鍋爐爐型分析及其改造

王 軍

（山西潞安礦業（集團）有限責任公司五陽熱電廠，山西武鄉 046200）

1 鍋爐運行現狀

山西潞安礦業（集團）有限責任公司五陽熱電廠是自然循環水管鍋爐，煤種的適應性好，但近幾年，鍋爐密相區溫度升高，爐出口溫度降低，爐膛差壓降低，鍋爐出力下降，針對這一現象五陽熱電廠詢問了許多廠家，也做了一些改造措施，但改造效果都不明顯。加大一次風量，降低二次風量，改變原有一二次風量配比[1]，運行發現相同的總風量，鍋爐出力有所提高，但鍋爐高溫富氧導致鍋爐煙氣NOx直線上升，煙氣SNCR脫硝費用較高。

2 鍋爐出力下降分析

2.1 爐型介紹

潞安集團五陽熱電廠的4×75t/h CFB 鍋爐（型號：YG-75/5.29-M5）由山東濟南鍋爐廠生產，鍋爐本體高22 512 mm，爐深5 290 mm，寬3 170 mm，爐膛內部分布膜式水冷壁，尾部煙道設計有高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器、一二次風預熱器。

2.2 鍋爐出力下降原因分析

五陽熱電廠采用現用煤種，相同的一二次風量，導致密相區燃燒份額增加，稀相區燃燒份額降低，鍋爐循環倍率下降，鍋爐出力降低。

（1）煤質發生變化，現用煤種灰分和揮發分大幅度降低，鍋爐的循環倍率降低，密相區燃燒產生的熱量流入稀相區的熱量減少，導致鍋爐密相區燃燒份額增加，稀相區燃燒份額降低。

（2）該電廠設計為用于燃燒劣質煤及矸石，而現用煤種低位發熱量明顯增加，灰分降低，傳熱下降。

2.3 改造前鍋爐爐型分析

五陽熱電廠4×75 t/h CFB 鍋爐改造前二次風布置分三層，每層有7個二次風噴口，具體尺寸見圖2。

圖1 五陽熱電廠4×75t/h CFB鍋爐

圖2 五陽熱電廠4×75t/h CFB鍋爐風量比與面積比關系圖

五陽熱電廠4×75t/h CFB 鍋爐爐膛下部區域劃分：布風板至第一層二次風噴口所在平面為第一區域；至第二層二次風噴口所在平面為第二區域；至第三層二次風噴口所在平面為第三區域；至鍋爐漸擴段結束為第四區域。

風量比與面積比相除的數字越大，代表該區域的空氣的流動速度越高，空氣攜帶大顆粒的能力就越強，那么，進入稀相區的顆粒物就越多。各區域風量比與面積比比值為：第一區域0.9173～1.1716，第二區域0.9647～1.1211，第三區域0.9783～1.1402，第四區域1.0000～1.1288。

由上可知：

（1）在不改變配風的情況下，保證五陽熱電廠4×75t/h CFB 鍋爐椎體結構不變時，適當降低二次距離布風板的距離，可以提高密相區的流化速度，提高鍋爐出力。

（2）在不改變配風的情況下，適當降低二次距離布風板的距離同時改變密相區的結構，可以提高密相區的流化速度，提高鍋爐出力。

3 改造方案的設計

為節約開支，盡量小改動，不需要對布風板進行重新設計，五陽熱電廠4×75t/h CFB鍋爐下部區域采用較小的截面積，二次風口以上采用漸擴的錐形擴口，具體尺寸如下圖3。

圖3 二次風口送入位置采用漸擴的錐形擴口

4 五陽熱電廠改造效果分析

4.1 改造前后75t/h CFB鍋爐出力分析

在一二次風大致相等的情況下，運行床溫在1030℃～1050℃之間。

改造前75t/h CFB 鍋爐蒸發量：60.1 t/h，改造后75t/h CFB鍋爐蒸發量：77.4 t/h，鍋爐負荷提高了大約17 t/h 左右，由于鍋爐煤質發生變化，燃用煤質灰分降低，鍋爐的循環灰減少，循環倍率降低，密相區燃燒產生的熱量流入稀相區的熱量減少，同時，煤質的揮發份降低，都導致了密相區的燃燒份額增加，稀相區的燃燒份額降低。

改造后在，在相等的一二次風量下，密相區的流化速度得到提高，在布風板至第一層二次風所在平面區域內有更多的燃料析出二次風所在平面，并進入兩層二次所在平面區域內，同樣的原因導致顆粒物析出第二層二次風噴口所在平面顆粒物量的增加，使稀相區的可燃物量增加。爐出口顆粒物濃度增加，稀相區的燃燒份額增加，鍋爐的循環倍率增加，循環倍率的增加又可以使密相區更多的熱量被帶入稀相區，使密相區的溫度下降，稀相區可燃物濃度增加，不僅使流化床的蓄熱增加，而且整個床的溫差不會很大，同時，會使稀相區的傳熱系數增強，鍋爐出力增加。

4.2 改造前后75t/h CFB鍋爐爐出口溫度對比分析

改造前75t/h CFB 鍋爐爐出口溫度：842.02℃，改造后75t/h CFB鍋爐爐出口溫度：944.82℃。

原因分析：相等的一二次風量下，改造前密相區的流化速度低于改造后密相區的流化速度，導致密相區與稀相區的燃燒份額及熱量分布進行了重新分配。改造后，流化床下部的流化速度得到提高，密相區的顆粒空隙率增加，析出兩層二次風所在平面的顆粒量增加，使密相區的燃燒份額下降，稀相區的燃燒份額增加，析出二次風所在平面的顆粒物增加，也使更多的熱量被帶入稀相區，稀相區的燃燒份額的增加，使未燃顆粒物的燃燒放熱增加，同時，稀相區的顆粒物濃度增加，導致稀相區的蓄熱增加，鍋爐稀相區的傳熱增強。改造后燃燒及顆粒蓄熱增強，鍋爐溫差較小，最終使改造后爐出口溫度高于改造前爐出口溫度。

4.3 改造前后75t/h CFB鍋爐爐膛差壓對比分析

改造前75t/h CFB 鍋爐爐膛差壓：232.27 Pa，改造后75t/h CFB鍋爐爐膛差壓：603.68 Pa。

在相同的一二次風下，改造后爐膛差壓比改造前的爐膛差壓高了一倍多（爐膛差壓反映的是爐膛內部顆粒物的濃度值，爐膛差壓大，反映出爐膛內顆粒物濃度值大，鍋爐的循環倍率高，爐膛差壓小反，映出爐膛內顆粒物濃度值小，鍋爐的循環倍率低），說明膛內部的顆粒物濃度增加。改造后，75t/h CFB鍋爐以相同的一二次風量運行，布風板至二次風口所在平面區域，由于沒有采用漸擴段，相對改造前這一區域的流化速度得到了提高，流化速度的提高不僅使析出二次風所在平面顆粒燃燒物的增加，而且使這一區域的熱量被更多的帶到下一區域，同樣的原因導致兩層二次風所在平面的區域內及以上區域顆粒物濃度增加，更多的熱量被帶入稀相區，使稀相區的燃燒份額增加，同時，二次風口以上顆粒物的增加也帶走了密相區更多的熱量進入稀相區，這樣就使稀相區的顆粒物濃度及燃燒量增加，密相區的熱量減少，要維持密相區相等的床溫，就需要更多的燃料燃燒。爐膛差壓的增加也證明了稀相區顆粒物濃度的增加，鍋爐循環倍率增強，鍋爐傳熱增強，同時，爐出口溫度提高，使鍋爐傳熱增強，鍋爐出力增加。

4.4 改造前后75t/h CFB鍋爐煙氣含氧量對比分析

改造前75t/h CFB 鍋爐煙氣含氧量：11.2%，改造后75t/h CFB鍋爐煙氣含氧量：8.3%。

在相同的一二次風量下，改造后，75t/h CFB鍋爐煙氣含氧量降低了3%左右，改造前鍋爐的煙氣含氧量高達11.2%，反映出鍋爐密相區與稀相區熱量分配失衡，鍋爐循環倍率降低，密相區的燃燒份額增加，同時，從密相區進入稀相區的可燃物較少，爐出口溫度降低，鍋爐出力下降，燃煤量的降低，導致相同的一二次風量下，鍋爐的煙氣含氧量增加。

改造后，在相同的一二次風量下，鍋爐煙氣含氧量有所降低。通過鍋爐下部的改造，鍋爐布風板至二次風口所在平面區域內由于沒有采用漸擴段，相對改造前這一區域的流化速度得到了提高，流化速度的提高不僅使析出二次風所在平面顆粒燃燒物增加，而且使這一區域的熱量被更多的帶到下一區域，同樣的原因導致兩層二次風所在平面的區域內及以上區域顆粒物濃度增加，更多的熱量被帶入稀相區，使稀相區的燃燒份額增加，鍋爐的循環倍率增加，鍋爐傳熱增強，鍋爐出力增加，要想維持相同的床溫，就需要更多的燃料進入鍋爐，相同的一二次風量導致了鍋爐煙氣含氧量的降低。

5 結論

在相同的一二次風量及配比下，改造鍋爐密相區結構，提高密相區的流化速度，降低煙氣含氧量，可以提高五陽熱電廠鍋爐出力，同時，避免加大一次風量導致密相區高溫富氧產生的NOx直線上升問題，解決了煙氣脫硝費用較大的問題，對環境有益。