曾孝陽(yáng)

(湘潭互創(chuàng)潔凈能源有限公司，湘潭 411100)

0 引 言

相比較其它固體燃料爐型而然，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)相當(dāng)成熟，具有鍋爐熱效率高、燃料適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)保性能好、灰渣易于綜合利用等優(yōu)點(diǎn)[1]。為建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)，國(guó)家加大了保護(hù)環(huán)境和改善生態(tài)環(huán)境的工作力度，小型燃煤鍋爐逐步被淘汰，許多城市甚至已經(jīng)“禁煤”，企業(yè)為了生存，勢(shì)必對(duì)現(xiàn)有鍋爐設(shè)備進(jìn)行改造或改建天然氣鍋爐項(xiàng)目[2]。大力發(fā)展生物質(zhì)燃料及其燃燒技術(shù)對(duì)優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，減輕環(huán)境污染，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展意義重大[3]。文中闡述了某燃煤流化床鍋爐改造成生物質(zhì)流化床鍋爐的方法。

1 概述

該鍋爐原設(shè)計(jì)為熱汽聯(lián)產(chǎn)燃煤循環(huán)流化床合成鍋爐，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，采用大容積的爐膛設(shè)計(jì)，下部衛(wèi)燃帶較高，保證了燃料燃燒溫度和燃燼時(shí)間。

圖1 改造前鍋爐結(jié)構(gòu)圖

爐膛下部中下部為盤(pán)管，上部為水冷壁管，保證整個(gè)爐膛溫度均勻。合適的給料高度配合輸送風(fēng)、播料風(fēng)，使燃料輸送暢通不堵塞。布風(fēng)板上布置小蘑菇形式風(fēng)帽，使從床料底部進(jìn)入的一次風(fēng)風(fēng)量均勻，確保床料流化良好。爐膛下部為鍋爐穩(wěn)燃區(qū)，由布風(fēng)板及耐火澆注料構(gòu)成，布風(fēng)板面積1.75 m2，風(fēng)帽按70*70正方形排列。爐前設(shè)計(jì)兩個(gè)給料口，給料管入口處設(shè)計(jì)一股輸送風(fēng)，給料管出口處設(shè)計(jì)一股播料風(fēng)。爐后設(shè)計(jì)一個(gè)返料口。衛(wèi)燃帶上方設(shè)計(jì)導(dǎo)熱油盤(pán)管輻射受熱面，5管并行。為了保護(hù)爐墻、降低爐膛溫度，導(dǎo)熱油盤(pán)管上方爐膛四周設(shè)計(jì)φ51*4光管水冷壁，并與全水冷旋風(fēng)分離器焊接成全密封結(jié)構(gòu)。為了控制爐膛下部的燃燒溫度，在爐膛下部設(shè)置多層回流風(fēng)，同時(shí)為了保障揮發(fā)份大量的燃燒，在爐膛中部設(shè)置有二次風(fēng)。

爐膛出口設(shè)計(jì)有高溫旋風(fēng)分離器，采用全水冷壁結(jié)構(gòu),由φ42*4及δ4扁鋼構(gòu)成。與蒸汽爐鍋筒之間的水循環(huán)為自然循環(huán)。

尾部按常規(guī)流化床鍋爐設(shè)計(jì)對(duì)流受熱面，分別有導(dǎo)熱油對(duì)流管，蒸汽部分的省煤器、空氣預(yù)熱器。導(dǎo)熱油對(duì)流受熱面分三組設(shè)計(jì)，兩組低溫段、一組高溫段，管子規(guī)格為φ32*4，材質(zhì)為20GB3087,兩管并行，總共63片，管內(nèi)介質(zhì)流速1.7 m/s。蒸汽部分省煤器管采用φ32*4螺旋翅片管，兩管進(jìn)、兩管出。省煤器出口管接至鍋筒給水管座，鍋筒再循環(huán)管接至省煤器進(jìn)口小集箱。橫向排數(shù)14排，縱向排數(shù)30排?？疹A(yù)器設(shè)計(jì)為兩回程，管子規(guī)格為φ42*2，橫向排數(shù)為16排，縱向排數(shù)為52排，管箱高度為2 430 mm。

設(shè)計(jì)燃料為煙煤，鍋爐技術(shù)性能參數(shù)見(jiàn)表1、表2。

表1 導(dǎo)熱油爐相關(guān)參數(shù)

表2 蒸汽爐相關(guān)參數(shù)

2 運(yùn)行中的問(wèn)題及分析

2.1 運(yùn)行中的問(wèn)題

鍋爐自投運(yùn)以來(lái)一直性能穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，環(huán)保性能好。在國(guó)家“禁煤”政策出臺(tái)后，該鍋爐改燒生物質(zhì)顆粒燃料，但前期因未對(duì)鍋爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，鍋爐運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)該鍋爐與生物質(zhì)燃料不相適應(yīng)，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：分離器蓬灰堵塞，返料中斷、尾部受熱面積灰嚴(yán)重、爐膛布風(fēng)板鐵釘沉積影響流化質(zhì)量。鍋爐不能連續(xù)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，每運(yùn)行半個(gè)月左右需要停爐清理，否則鍋爐會(huì)出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)抽力不夠、負(fù)荷帶不上、爐膛結(jié)焦等現(xiàn)象。

2.2 問(wèn)題分析

與原煤相比，生物質(zhì)燃料密度小、體積大；含水量高，隨季節(jié)變化大，熱值較低；灰分低，揮發(fā)分高；氯及堿金屬成分較高；生物質(zhì)燃料燃燒過(guò)程中，堿金屬導(dǎo)致飛灰聚團(tuán)，容易造成分離器下灰不暢。大多數(shù)的生物質(zhì)灰熔點(diǎn)較低，堿金屬在高溫下容易析出[4-8]。該鍋爐改燒生物質(zhì)后，爐膛出口溫度高達(dá)900℃，不僅加大了鍋爐的高溫腐蝕，更加大了分離灰的聚團(tuán)效應(yīng)，加上尾部對(duì)流管束節(jié)距小，是造成分離器堵灰、尾部受熱面積灰的主要原因。

3 改造方案及效果

針對(duì)鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的分離器蓬灰堵塞，返料中斷、尾部受熱面積灰嚴(yán)重、爐膛布風(fēng)板鐵釘沉積等問(wèn)題，結(jié)合生物質(zhì)燃料的燃燒特性，決定對(duì)鍋爐實(shí)施改造。

3.1 改造方案

3.1.1 分離器改造

生物質(zhì)燃料灰熔點(diǎn)低，在高溫?zé)煔庵谐嗜廴趹B(tài)，易在金屬管壁或爐壁上粘結(jié)；燃燒過(guò)程中易結(jié)焦、聚團(tuán)。鍋爐使用單位由于生產(chǎn)工藝的特殊性，用熱車(chē)間負(fù)荷往往波動(dòng)較為頻繁，高低負(fù)荷波動(dòng)幅度大，加上流化床鍋爐變負(fù)荷速率較慢的特點(diǎn)，造成爐膛出口溫度不易控制穩(wěn)定，短時(shí)間內(nèi)甚至?xí)哂诨胰埸c(diǎn)，加上生物質(zhì)燃料飛灰流動(dòng)性較差，飛灰進(jìn)入到分離器以后極易粘結(jié)、蓬灰，最后在分離器錐段的末端形成松散性灰塊，分離器下灰口堵塞，造成返料中斷。通過(guò)對(duì)生物質(zhì)燃料灰渣特性的取樣分析，在分離器內(nèi)部增加了一套在線(xiàn)自動(dòng)梳堵設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖2所示，在分離器上部設(shè)計(jì)一套往復(fù)氣缸1，冷卻吹掃風(fēng)管2，冷卻吹掃風(fēng)推管3，吹掃風(fēng)噴嘴4組成的系統(tǒng)。通過(guò)間斷式的吹掃，到達(dá)分離器下會(huì)暢通的目的。

圖2 在線(xiàn)自動(dòng)梳堵設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.2 尾部受熱面改造

生物質(zhì)鍋爐尾部受熱面積灰是一個(gè)比較常見(jiàn)的問(wèn)題，加上該鍋爐原來(lái)設(shè)計(jì)燃料為原煤，尾部對(duì)流管束管間節(jié)距較小，前期運(yùn)行堵灰尤為嚴(yán)重。針對(duì)此現(xiàn)象，采取將管子節(jié)距拉大，在每組管束上端加裝燃?xì)饷}沖吹灰器的改造方案。由于管間節(jié)距拉大后受熱面積減少，在原鍋爐的尾部增加煙道豎井，補(bǔ)足受熱面，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.1.3 爐膛布風(fēng)板改造

生物質(zhì)燃料常見(jiàn)有建筑木板、成型顆粒等，這些燃料中不可避免會(huì)含有鐵釘?shù)冉饘傥矬w，燃料燃燒后鐵釘會(huì)沉積在布風(fēng)板風(fēng)帽處，不僅對(duì)風(fēng)帽造成磨損，隨著時(shí)間的推移鐵釘會(huì)越積越厚，甚至?xí)氯L(fēng)帽小孔，造成床料因流化質(zhì)量差而發(fā)生結(jié)焦。該鍋爐每運(yùn)行15天左右停爐清理時(shí)，每次清理鐵釘?shù)馁|(zhì)量約300～400 kg。

該鍋爐布風(fēng)系統(tǒng)為普通板式布風(fēng)板結(jié)構(gòu)，沉積的鐵釘因比重大基本不參與流化，靠排渣管很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排除。針對(duì)此情況，結(jié)合國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了管式布風(fēng)盤(pán)結(jié)構(gòu)的布風(fēng)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。改造后，一次風(fēng)通過(guò)一次風(fēng)管2進(jìn)入流化風(fēng)帽1，一次風(fēng)管2分上下兩排，風(fēng)管之間節(jié)距比較大。通過(guò)連續(xù)排渣或間斷排渣，燃料燃燒后殘留的大顆粒固體顆粒、鐵釘?shù)瓤赏ㄟ^(guò)風(fēng)管之間的間隙下沉，從排渣口4排除。排除的底渣經(jīng)過(guò)爐底篩分系統(tǒng)，合格的底料重新輸送至爐膛內(nèi)循環(huán)使用。

3.2 改造效果

通過(guò)對(duì)鍋爐進(jìn)行上述改造，鍋爐運(yùn)行效果得到了很大的改觀，鍋爐負(fù)荷能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，鍋爐連續(xù)運(yùn)行時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)半年至一年。而且該鍋爐由于爐型選擇合理，爐膛設(shè)計(jì)考慮了低氮排放的要求，鍋爐運(yùn)行尾排煙氣各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在沒(méi)有任何脫硝設(shè)施的情況下，折算后NOX排放濃度平均值為48 mg/Nm3，達(dá)到超低排放的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于燃用原煤的鍋爐改燒生物質(zhì)燃料后，鍋爐爐型與燃料不相適應(yīng)的問(wèn)題，可通過(guò)鍋爐改造與之匹配。文中對(duì)某燃用煙煤的循環(huán)流化床鍋爐改燒生物質(zhì)燃料后出現(xiàn)的一系列問(wèn)題進(jìn)行分析，并采取了可行性改造方案，取得良好效果，望能給同類(lèi)型企業(yè)轉(zhuǎn)型提供借鑒。