周錦德(江西晶昊鹽化有限公司，江西 宜春 331200)

1 鍋爐的現(xiàn)狀分析

1.1 鍋爐的結(jié)構(gòu)

我公司的1#高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐(CG-220/9.81-MX10)采用單鍋筒橫置式自然循環(huán)、“水冷旋風(fēng)分離器”、膜式壁爐膛前吊后支、全鋼架Π型結(jié)構(gòu)。循環(huán)床鍋爐燃燒室內(nèi)飛灰濃度較高，爐室要良好的密封和防磨，本爐采用膜式壁結(jié)構(gòu)。鍋爐燃料所需空氣分別由一、二次風(fēng)機(jī)提供，一次風(fēng)機(jī)送出來(lái)的風(fēng)經(jīng)過一次風(fēng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后，由左右兩側(cè)風(fēng)道引入水冷風(fēng)室中，通過安裝在水冷布風(fēng)板上的風(fēng)帽，進(jìn)入燃燒室；二次風(fēng)經(jīng)過管式空預(yù)器預(yù)熱后由二次風(fēng)口進(jìn)入爐膛，補(bǔ)充空氣與之?dāng)_動(dòng)混合，為保證二次風(fēng)充分到達(dá)爐膛中心，本爐采用爐膛前后墻分別進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)。燃煤在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生大量煙氣和飛灰，煙氣攜帶大量未燃盡碳粒子在爐膛上部進(jìn)一步燃燒放熱后，進(jìn)入“水冷旋風(fēng)分離器”中，煙氣和物料分離，被分離出來(lái)的物料經(jīng)過料斗、料腿、J型閥再返回爐膛，實(shí)現(xiàn)循環(huán)燃燒。經(jīng)分離器后的“潔凈”煙氣經(jīng)轉(zhuǎn)向室、包墻、高溫過熱器、低溫過熱器、高溫省煤器、低溫省煤器、一、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器后由尾部煙道排出。燃煤經(jīng)燃燒后所產(chǎn)生的大渣由爐底排渣管排出，進(jìn)入冷渣器將渣冷卻至100 ℃以下，干排渣[1]。

1.2 燃燒用煤變化對(duì)鍋爐運(yùn)行造成的影響

鍋爐投入運(yùn)行的前期，燃燒用煤基本上是當(dāng)?shù)氐牧淤|(zhì)煤炭(煤矸石)，發(fā)熱量低，只有3 200大卡左右，且灰分高。由于煤質(zhì)發(fā)熱量低，為提高鍋爐的產(chǎn)汽負(fù)荷，小時(shí)用煤量特別大。在此煤質(zhì)條件下運(yùn)行，鍋爐床溫基本在950 ℃以下，鍋爐煙氣氮氧化物排放濃度在100 mg/m3以內(nèi)，結(jié)合SNCR脫硝方法，排放的氮氧化物濃度基本能控制在50 mg/m3以內(nèi)，滿足煙氣排放的要求。隨著煤質(zhì)由前期的3 200大卡提升到4 700大卡左右，為了適應(yīng)燃燒，對(duì)鍋爐的運(yùn)行參數(shù)做出了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，盡量控制相關(guān)工藝參數(shù)在合理范圍內(nèi)，兼顧鍋爐產(chǎn)汽負(fù)荷與工藝參數(shù)、環(huán)保參數(shù)之間的矛盾問題[2]。雖然在運(yùn)行工藝上進(jìn)行了多方面的調(diào)整，并時(shí)時(shí)跟蹤改進(jìn)，以求鍋爐更高的運(yùn)行效率，盡量滿足供汽和環(huán)保的要求。但實(shí)際運(yùn)行還是產(chǎn)生了諸多問題，影響到鍋爐的穩(wěn)態(tài)、高效、環(huán)保運(yùn)行，主要問題匯總?cè)缦拢?1)床溫非常高，達(dá)到1 000 ℃左右；在運(yùn)行中，由于煤質(zhì)發(fā)熱量高，加減煤對(duì)床溫非常敏感。稍開大給煤機(jī)，床溫會(huì)快速上升，達(dá)到1 000 ℃左右。為減少床料高溫結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn)，我們對(duì)床溫進(jìn)行了控制，最好不超過980 ℃。為了使鍋爐盡量多產(chǎn)汽，床溫又不要太高，我們對(duì)風(fēng)室風(fēng)壓、料層厚度、一次風(fēng)量等參數(shù)進(jìn)行了全方面調(diào)控，同時(shí)配合調(diào)整二次風(fēng)量、風(fēng)壓及上下二層風(fēng)門開度，跟蹤調(diào)整效果，總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。(2)鍋爐產(chǎn)汽負(fù)荷不理想，只有額定負(fù)荷的75%左右；由于受到床溫高的影響，鍋爐要控制給煤量，在此工況下運(yùn)行，鍋爐小時(shí)產(chǎn)汽只有165噸左右，只達(dá)到了額定負(fù)荷(220 t/h)的75%左右。鍋爐產(chǎn)汽負(fù)荷偏低，造成供汽能力不足，影響到公司的整體生產(chǎn)。(3)循環(huán)灰量少，爐膛差壓偏低(只有500～600 Pa)；由于煤質(zhì)好，灰份少，致使鍋爐的循環(huán)灰量偏少，爐膛差壓只有500～600 Pa。前期燃燒劣質(zhì)煤時(shí)，爐膛差壓可達(dá)到1 000～1 200 Pa。由于循環(huán)灰量少，難于有效通過循環(huán)灰來(lái)帶走床料的熱量，導(dǎo)致床溫特別高。通過調(diào)整床料的厚度和一次風(fēng)量，也難于達(dá)到合理的效果。(4)NOx 原始排放濃度高，SNCR 脫硝系統(tǒng)投用氨水量大，對(duì)尾部空預(yù)器管造成腐蝕；由于鍋爐床溫非常高，導(dǎo)致NOx原始排放濃度高，達(dá)到了150～160 mg/Nm3。為了達(dá)到50 mg/Nm3以下的排放標(biāo)準(zhǔn)，SNCR脫硝系統(tǒng)的小時(shí)氨水用量在300 L左右。制約于SNCR脫硝系統(tǒng)的效率，有時(shí)煙氣排放NOx 濃度還是會(huì)超標(biāo)。由于長(zhǎng)時(shí)間加氨水量大，時(shí)有產(chǎn)生氨逃逸現(xiàn)象，致使尾部的下組空預(yù)器管因腐蝕通了而漏風(fēng)現(xiàn)象。一次風(fēng)直接竄入到煙氣中，使煙氣氧含量達(dá)到了8.5%左右，導(dǎo)致在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)折算值提高(基準(zhǔn)氧含量為6%)，環(huán)保壓力加大。

2 NOx的生成原理和影響因素

2.1 NOx的生成原理

循環(huán)流化床鍋爐在煤燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，其產(chǎn)生量與燃燒方式、燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等燃燒條件關(guān)系密切。在煤燃燒過程中產(chǎn)生NOx的途徑有三個(gè)，其中燃料型NOx是最主要的，它占總生成量的60%～80%以上，熱力型NOx的生成和燃燒溫度的關(guān)系很大，在溫度足夠高時(shí)，熱力型NOx的生成量可占到總量的20%左右。

2.2 影響因素

2.2.1 燃煤特性的影響

由于NOx主要來(lái)自于燃煤中的氮，因此，從總體上看，燃煤氮含量越高，則NOx的排放量也越高。

2.2.2 過量空氣系數(shù)的影響

一般情況下，二次風(fēng)從床上密相區(qū)一定的高度送入爐膛，分級(jí)燃燒對(duì)NOx的排放量影響甚大。隨著一次風(fēng)量的減少、二次風(fēng)量的增加，達(dá)到厭氧燃燒的氛圍，煤中N被氧化的速度下降，NOx排放量也隨之下降 。

2.2.3 燃燒溫度的影響

燃燒溫度對(duì)NOx排放量的影響非常明顯，隨著爐內(nèi)床料溫度的提高，NOx的排放量將升高，因此，可以通過降低床溫來(lái)控制NOx的排放量。但是，床溫的降低也會(huì)帶來(lái)不利的后果，CO的濃度將增加，不完全燃燒熱損失增大，從而使得燃燒效率下降。

3 低氮燃燒技術(shù)改造

3.1 風(fēng)室部分

為降低一次風(fēng)量，使下部燃燒形成還原氣氛，對(duì)布風(fēng)板現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改造，將一二次比例由 6：4 改為 5：5。這樣可有效的減少爐膛上部的磨損，抑制 NOx 的生成。布風(fēng)板面積縮小15%，這樣可以促使流化風(fēng)量減小，一次風(fēng)率(指經(jīng)過布風(fēng)板)將降低到 50%以下。

3.2 二次風(fēng)部分

為了使鍋爐爐膛中上部形成更好的富氧燃燒區(qū)，對(duì)二次風(fēng)管做相應(yīng)的改動(dòng)。原二次風(fēng)箱為獨(dú)立分隔風(fēng)箱，現(xiàn)改為環(huán)形風(fēng)箱。并設(shè)置二次風(fēng)加速段，以增大二次風(fēng)的穿透力，二次風(fēng)分管改為單層布置。(1)一、二次風(fēng)比例由 6：4 變?yōu)?5：5；(2)取消原上下層二次風(fēng)，在距離布風(fēng)板 4m 高度，新增一層 14個(gè)大孔徑二次風(fēng)口，二次風(fēng)剛度增大，保證穿透和爐膛氧量均衡；(3)控制爐膛出口氧量約 3%。

3.3 中芯筒部分

為了增大鍋爐分離器的分離效率，提高循環(huán)倍率，對(duì)分離器的中芯筒重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。中芯筒采取大偏心結(jié)構(gòu)(偏心～125mm)，材質(zhì)為 ZG8Cr26Ni9MnSiNRe 。一般情況下分離器進(jìn)口設(shè)計(jì)有加速段使入口煙道面積逐漸收縮，平滑的提高入口煙氣速度。偏置中心筒是將通過中芯筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將中心筒進(jìn)口偏置，使煙氣進(jìn)入分離器后減少氣間的相互干擾，從而達(dá)到蝸殼分離的效果，同時(shí)也避免灰流直接沖刷中芯筒，通過以上措施提高分離效率。

3.4 爐膛出口加速段

原爐膛出口煙氣流速較低，沒有設(shè)置加速段，影響分離效率。本次改造爐膛出口水冷壁重新設(shè)計(jì)讓管，澆注料重新敷設(shè)，形成煙氣加速區(qū)。煙氣流速由原來(lái)的23米/秒提高到28米/秒，提高循環(huán)倍率。將爐膛出口水平段改造為向下傾角度10°，能更好地提高分離效率。

3.5 返料裝置改造

分離效率提高后，循環(huán)灰量增加，需對(duì)閥體及返料風(fēng)帽重新設(shè)計(jì)改造，提高流通能力，調(diào)整返料風(fēng)量和松動(dòng)風(fēng)量的比例，增加返料風(fēng)量，減少松動(dòng)風(fēng)量，布風(fēng)更均勻，返料可靠，減少反竄，可將循環(huán)灰全部送入爐膛中。

3.6 水冷屏受熱面改造

爐膛內(nèi)3片水冷屏全部更換，并加長(zhǎng)加寬，水冷屏為蒸發(fā)受熱面，可有效地吸收爐膛內(nèi)的熱量，增加蒸發(fā)量。每片水冷屏向下加長(zhǎng)約 6 000 mm，寬度增加 560 mm，增加水冷屏面積約 120 m2。水冷屏加長(zhǎng) 6 m，距離布風(fēng)板＞11 m，能避免磨損，滿足鍋爐運(yùn)行要求。

3.7 過熱器改造

實(shí)際運(yùn)行，因積灰等原因，蒸汽溫度略微偏低。本次改造，過熱屏同樣加長(zhǎng)6米，同時(shí)高溫過熱器最上部增加 6 排蛇形管，保證主蒸汽溫度滿足額定值 540 ℃。

3.8 省煤器改造

鍋爐蒸發(fā)量增加后，需增加蒸發(fā)受熱面，而爐內(nèi)所增面積有限，需要同時(shí)對(duì)省煤器進(jìn)行改造，增加省煤器面積，同時(shí)可避免排煙溫度升高。將最下級(jí)光管式省煤器改造為 H 型省煤器(鰭片材質(zhì) 08 AL)。改造后的下級(jí)省煤器面積比原光管面積更多，有效降低排煙溫度，提高鍋爐效率。

3.9 空預(yù)器改造

空預(yù)器整體外型結(jié)構(gòu)及管箱高度不變，空氣預(yù)熱器上兩級(jí)管箱管子節(jié)距略作調(diào)整，并將管子錯(cuò)列式改成順列式。將原空氣預(yù)熱器下兩級(jí)光管錯(cuò)列管箱全部更換為順列、搪瓷材質(zhì)，提高耐腐蝕能力。

3.10 SNCR脫硝系統(tǒng)噴槍改造

SNCR脫硝系統(tǒng)的噴槍全部更換為高性能霧化噴槍，噴槍的位置改移到更合適的分離器進(jìn)口加速區(qū)和中芯筒出口部位。

3.11 吹灰器改造

為提高吹灰效果，將當(dāng)前的聲波吹灰器改成蒸汽吹灰器，減少因積灰而造成熱交換損失，同時(shí)減少因積灰而造成的堵塞。

3.12 為提高爐膛水冷壁管的耐磨性能，對(duì)密相區(qū)向上2米區(qū)域和第一道焊縫區(qū)域進(jìn)行耐磨金屬噴涂。

4 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)1#鍋爐進(jìn)行低氮燃燒技術(shù)改造后，通過調(diào)試運(yùn)行，效果非常明顯，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。在燃燒高熱值煤炭(4 500～5 000大卡)情況下，各項(xiàng)工藝參數(shù)基本能控制在正常范圍，滿足超低排放的要求。(1)控制一次風(fēng)量，提高二次風(fēng)量，維持一次風(fēng)量130 000 m3/h、二次風(fēng)量125 000 m3/h，使一、二次風(fēng)比例接近5：5；(2)鍋爐產(chǎn)汽負(fù)荷基本達(dá)到額定負(fù)荷；(3)提高料層厚度，控制風(fēng)壓在9.5 KPa左右，床溫基本控制在950 ℃以下；(4)分離效率提高，循環(huán)灰量增多，爐膛差壓可達(dá)到1 300～1 500 Pa；(5)NOX初始濃度小于100 mg/Nm3;(6)鍋爐熱效率由88%提高到90%；(7)爐渣含碳量≤2%，飛灰含碳量≤6%；