发布者：正向国际
时间：2021-04-29
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我国早期研制的循环流化床锅炉，因受当时技术水平和实践经验限制，设计还不是很完善，加之锅炉长时间运行，普遍存在锅炉出力不足的问题，导致能耗上升，经济性较差。需要通过增加炉内受热面、改造空气预热器、优化燃烧方式等措施进行增容改造，以提升锅炉出力，满足企业生产需要的同时实现节能降耗。
本期专栏，华纺股份有限公司徐勤太主任与大家分享他们公司75t/h循环流化床锅炉增容改造项目实践经验。
原创作者丨注册能源管理师 徐勤太
图1 75t/h循环流化床锅炉实景
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项目实施背景
为响应国家节能减排政策，提升锅炉热效率，降低污染物排放，公司在对现有循环流化床锅炉能源利用和污染排放现状深入分析的基础上，组织召开专题研讨会，确定了对现有锅炉实施超低排放及增容改造的总体思路。公司共3台75t/h循环流化床锅炉，所产蒸汽90%以上为自用，生产用汽需求约60～70t/h，再加上机组自用汽，共需锅炉出力约80～90t/h。现有75t/h循环流化床锅炉单台出力最高仅为60t/h，必须选择“两炉一机”的运行方式，但该方式会导致锅炉负荷较低，单耗指标高、经济性差。根据公司生产用汽需求及背压机组工作特性，决定实施循环流化床锅炉增容改造项目，使单台锅炉出力达到85t/h以上，实现“一炉一机”的最佳经济运行方式。
为此，公司在全面完成脱硫除尘、脱硝超低排放项目的同时，进行了烟道、风机改造及锅炉挂屏工作，为锅炉增容改造创造了前提条件。最终通过循环流化床锅炉增容改造项目的实施，既实现了提升出力、节能降耗，又减少了污染物排放，达到了“一举三得”的效果。
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关键改造环节
结合现有循环流化床锅炉现状及存在问题，公司将循环流化床锅炉增容改造项目确定为以下几个重点环节：
（一）改造三级空气预热器，解决漏风问题
1.存在问题：改造前锅炉空预器部件漏风严重，导致消耗大量的引风机动能，限制了锅炉负荷能力。
2.解决方案：更换了高、中、低三级空预器，包括空预器、膨胀节、一二次进口风道等。低温段材质更换为考登钢（10CrNiCuP），该管规格改为φ50×2。
图2 空预器部分堵塞漏风
图3 空预器更新改造
（二）提高旋风分离器分离性能，提高返料稳定性能
1.存在问题：
一是炉膛出口温度较低，降低了SNCR脱硝效率，导致氨水耗量大，氨逃逸程度高。逃逸的氨水与烟气中的SO2反应生成的NH4HSO4在低温空预器段结晶，造成管箱堵灰严重。
二是中心筒发生变形，与返料器不匹配，造成炉内物料循环不能达到最佳水平。物料循环不足，造成炉膛传热系数不足，即炉膛仍有提高出力能力的空间余量。
2.解决方案：返料器布风板与风帽设计更新。更换一台返料风机（风量800m³/h，风压20000Pa）。物料循环的重新建立，进一步强化物料作为传热媒介的作用，即实际运行中，床温得到一定程度的抑制，而炉膛出口的温度得到一定的升高。
分离器偏心中心筒更新、分离器入口改造，包括支撑架、八卦顶、混合室顶重新砌筑、混合室炉门、防爆门更换，与返料器匹配。
图4 锅炉中心筒变形
图5 锅炉中心筒更新改造
图6 返料系统改造
（三）实现分级燃烧改造，降低氮氧化物原始排放
1.存在问题：随着锅炉出力提高，氮氧化物浓度增大，脱硝难度增大。
2.解决方案：设计调整二次风布风系统。前后墙布置二次风，共10组二次风口；更换二次风分风道膨胀节及3个落煤筒方箱。
通过降低密相区的局部含氧量，使燃料在密相区内一直处于缺氧燃烧状态；降低的这部分一次风通过二次风补充进去，在二次风作用下，使燃料完成充分燃烧；并且密相区产生的NOx被烟气中由于缺氧状态存在的大量NH3、CO、H2等还原。
另外，高浓度的循环物料也有效隔绝了N与O的结合机会，N与O的接触机会少了，结合成NOX的机会也就少了。以上过程通过分级燃烧营造了低排放的燃烧氛围，从源头上抑制氮氧化物的产生。
图7 前墙二次风系统及落煤筒
图8 后墙二次风系统
（四）增加锅炉蒸发受热面，确保锅炉出力
1.存在问题：公司燃煤中掺烧部分污泥，与设计要求有偏差，掺烧污泥影响床温，导致床温波动大，影响锅炉的稳定燃烧。现有锅炉蒸发受热面没有富裕量，随着运行时间增多，锅炉传热效率下降，导致负荷下降。另外，锅炉受热面偏小，对煤种适应性差，煤种变化稍大，锅炉负荷就下降。
2.解决方案：在前期锅炉挂屏的基础上，增加部分高温过热管面积，确保锅炉负荷达到85t/h以上。去除原来前排高温过热器管，更换为三排新管，新管规格为φ42×3.5。
图9 锅炉炉内挂屏并喷涂
图10 锅炉高温过热器
（五）对炉膛过度段膜式壁进行防磨处理
1.存在问题：改造前锅炉炉膛内过渡段膜式壁磨损严重。
2.解决方案：更换卫燃带以上6m范围的四周水冷壁，并进行防磨喷涂。喷涂高度取为1000mm，确保防磨性能。水冷壁让弯部位采取可靠措施，进行防磨。
图11 锅炉管壁磨损
图12 水冷壁检修更换
图13 水冷壁防磨喷涂
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实施效果
通过实施循环流化床锅炉增容改造项目，公司单台75t/h循环流化床锅炉设计出力85t/h，实际运行可达90t/h以上，投资约300万元，燃煤量15t/h（热值4500kcal/kg），改造后节约原煤15*（88%-82%）=0.9t/h，折合0.9*4500/7000=0.5786tce/h，运行360天，年节约5000吨标准煤，减少二氧化碳排放12500t/年，一年时间便可回收投资成本，具有很好的经济和社会效益。具体指标情况对比，如下表所示：
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项目需注意问题
1.应充分考虑锅炉受热面的增加，确保达到理想的锅炉负荷。若企业实施增容改造将原设计锅炉额定出力75t/h增加至85t/h以上，仅仅利用原有设计的受热面是不够的，需要考虑如何增加受热面。例如：在炉膛上部增加屏式水冷受热面，既增加蒸发受热面，又可调整炉膛温度。增加高温过热管面积也是一种增加受热面的形式。
2.应充分考虑现有引风机能力及整个系统阻力。企业要对系统阻力进行分析，尤其是对除尘器、脱硫系统、脱硝催化剂等增加的阻力进行分析，在此基础上论证现有引风机能力是否能够满足要求。例如：本文所述公司进行了引风机更新改造，全压由6050Pa提升至8640Pa，保证了改造后锅炉有相匹配的引风能力。
3.应结合现有运行状况，对锅炉中心筒及返料器进行科学改造，保证物料分离与回返顺畅，保证炉内理想的物料循环。
4.应充分考虑现有的环保设施处理能力。环保要求是不可触碰的“红线”。任何新增与改造项目都要考虑环保问题，确保污染物达标排放。锅炉增容后锅炉床温升高、负荷增大，对脱硫、脱硝及除尘等都有一定影响，应视情况对相应环保设施进行升级改造。例如：本文所述公司新上一套3×75t/h烟气脱硫除尘一体化设备，以提高脱硫能力和提升除尘效果；锅炉省煤器与空预器间新上一组催化剂，实现SNCR+SCR联合脱硝，以确保脱硝效果。对电除尘器实施更新，增加湿式电除尘，以确保除尘效果。
5.应充分考虑外部蒸汽需求及现有锅炉实际情况，单台锅炉确需提升负荷连续运行，方可达到增容改造的目的与效果。例如：某公司单台锅炉出力小，效率低，需要两台锅炉才能达到负荷要求，而改造后单台锅炉即可达到负荷要求，可考虑实施改造；开发新用户，外部蒸汽需要增加，现有锅炉出力无法达到要求，可考虑实施改造。
6.应加强项目的实施过程有效管控。为保证锅炉增容改造技术改造措施有效实施，在项目实施过程中公司应定期会同项目承包方召开项目进度会，通报上周实施具体内容、进度及存在问题，下周主要实施内容和进度，对有关问题及时协调沟通解决，确保项目保质保量顺利完成。
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-作者介绍-
徐勤太 注册能源管理师
华纺股份有限公司
部门/职务：动力公司/环保工程师
主要职责：负责公司环保管理、节能减排
工作业绩：与公司相关部门密切协作，完成动力公司建设项目环保验收；在全市主要污染物总量减排工作突出，于2008年由中共滨州市委、滨州市人民政府颁发荣誉证书；完成公司脱硫脱硝除尘超低排放工程，并通过环保验收；于2017年8月14日公司取得排污许可证。公司75t/h循环流化床锅炉进行增容改造，效果良好。
人生格言：世间自有公道 付出总有回报
