陳令章,馮玉霄,尹朝強

1.清潔燃燒與煙氣凈化四川省重點實驗室,四川 成都 611731 2.東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司,四川 自貢 643001

0 引言

近年來,我國能源結(jié)構(gòu)向多元化發(fā)展,但是煤炭在我國能源消費結(jié)構(gòu)中仍占據(jù)重要位置[1-2],依托某化工園區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)項目配套1臺150 MW背壓式汽輪發(fā)電機組,且為了處理化工園區(qū)生產(chǎn)過程中制造的工藝廢氣,開發(fā)了一種非標(biāo)再熱參數(shù)摻燒工藝廢氣煤粉鍋爐,該鍋爐爐型的開發(fā)不僅能夠為化工園區(qū)提供自備用電和自用蒸汽,而且能夠安全有效地?fù)綗に噺U氣。該鍋爐爐型可為用戶提供可靠、清潔的能源設(shè)備,能夠有效地處理工藝廢氣,降低污染物的排放,保護(hù)環(huán)境。

1 鍋爐設(shè)計方案

1.1 鍋爐總體布置

鍋爐為超高溫亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、單爐膛背靠背、無高溫再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、四角切圓燃燒方式。省煤器采用分級布置,空氣預(yù)熱器采用管式布置。鍋爐整體布置見圖1。

圖1 鍋爐整體布置

結(jié)合化工廠場地大小限制,鍋爐采用背靠背布置,沒有水平煙道,結(jié)構(gòu)緊湊,采用單爐膛、雙煙道,鍋爐前部為爐膛,爐膛四周為膜式水冷壁,燃燒器采用四角布置,燃燒器為水平濃淡煤粉燃燒器。爐膛出口依次布置全大屏過熱器、后屏過熱器、高溫過熱器。尾部后豎井采用雙煙道形式,分別布置低溫過熱器和再熱器。

鍋爐整體布置如圖1所示,圖尾部后豎井前煙道布置低溫過熱器,后煙道布置再熱器。省煤器布置在低溫過熱器及再熱器下方區(qū)域,省煤器采用光管。為了滿足脫硝煙溫要求和排煙溫度,省煤器分成上下2級,采用分級布置。尾部布置脫硝裝置和管式空氣預(yù)熱器,管式空氣預(yù)熱器分為一次風(fēng)側(cè)和二次風(fēng)側(cè),一、二次風(fēng)側(cè)空預(yù)器均采用上、中、下3級布置。

1.2 鍋爐設(shè)計條件

鍋爐參數(shù)見表1。

表1 鍋爐參數(shù)

燃料為煤粉和工藝廢氣。設(shè)計煤種為華亭煤,工藝廢氣為化工廠液氮洗滌裝置的尾氣,工藝廢氣主要成分見表2。

表2 工藝廢氣主要成分

1.3 鍋爐各主要系統(tǒng)布置設(shè)計

1.3.1 燃燒器布置

燃燒設(shè)備為四角布置,切向燃燒,水平濃淡煤粉燃燒器。燃燒器噴口中心線與爐膛中心線的假想切圓相切。每角燃燒器分為上下2組,其中最上層為摻燒廢氣噴口,上組布置3層燃盡風(fēng)。側(cè)墻燃盡風(fēng)每層4只噴口布置在爐膛兩側(cè)墻上,噴口中心線與爐膛中心的假想切圓相切。燃燒器噴口的適當(dāng)擺動可改變火焰中心的位置,以便調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度[3-5]。燃燒設(shè)備布置見圖2,側(cè)墻燃盡風(fēng)布置見圖3。

圖2 燃燒設(shè)備布置

圖3 燃燒設(shè)備布置

1.3.2 水循環(huán)系統(tǒng)

本鍋爐項目水循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)方式為自然循環(huán),其循環(huán)回路由汽包、下降管系統(tǒng)、水冷壁及汽水引出管4個部分組成。

1)鍋筒。汽包內(nèi)部設(shè)備采用單段蒸發(fā)系統(tǒng),一次分離元件為?315 mm的切向?qū)Я魇?立式)旋風(fēng)分離器。鍋筒內(nèi)部設(shè)備的設(shè)計原則為在給水品質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下,保證蒸汽品質(zhì)合格。

2)下水連接管。汽包引出若干根集中下水管懸垂在汽包下方,在集中下水管下端布置有分配集箱,分配集箱引出若干根連接管引入前、后、側(cè)墻水冷壁的水冷壁下集箱。

3)水冷壁上升管。爐膛水冷壁上升管材料采用碳鋼,爐膛壁面由光管加焊扁鋼形成氣密膜式水冷壁,折焰角區(qū)域后墻水冷壁分兩路,一路形成折焰角水冷壁,一路形成后墻水冷壁,引入后墻水冷壁上集箱。為防止水冷壁管傳熱惡化,水冷壁前后墻和兩側(cè)墻在膜式水冷壁中間區(qū)域均采用內(nèi)螺紋管。

4)汽水引出管。水冷壁上集箱共設(shè)置了若干根汽水引出管,汽水引出管接入汽包。

1.3.3 過熱器系統(tǒng)

過熱器系統(tǒng)由頂棚過熱器、包墻過熱器、低溫過熱器、大屏過熱器、后屏過熱器、高溫過熱器、噴水減溫器和過熱蒸汽連接管、過熱器集箱等組成。

過熱器系統(tǒng)采用一次左右交叉,并布置了兩級噴水減溫,盡可能消除蒸汽側(cè)和煙氣側(cè)的熱力偏差,在負(fù)荷變化較大幅度內(nèi)維持穩(wěn)定的過熱汽溫。過熱器布置見圖4。

圖4 過熱器布置

1.3.4 再熱器

再熱器為自用蒸汽,不用于汽輪機發(fā)電,根據(jù)再熱器溫升計算結(jié)果,再熱器設(shè)置一級。再熱器采用煙氣調(diào)節(jié)擋板調(diào)溫方式,并且在低再進(jìn)口設(shè)置事故噴水減溫器作為備用。再熱器布置見圖5。

圖5 再熱器布置

1.3.5 空氣預(yù)熱器

本項目空預(yù)器采用螺旋槽管,錯列、立式布置?？疹A(yù)器換熱管材料采用碳鋼,為防止低溫腐蝕,低溫段采用碳鋼內(nèi)鍍搪瓷。根據(jù)煙風(fēng)流程,空預(yù)器分為一次風(fēng)側(cè)和二次風(fēng)側(cè)?？疹A(yù)器布置見圖6?？疹A(yù)器中、下級管箱及聯(lián)絡(luò)風(fēng)道分為3個單獨的通道,每個單獨的通道在聯(lián)絡(luò)風(fēng)道上布置關(guān)斷擋板,可以單獨切斷某個通道,而不影響其他幾個空預(yù)器通道的正常運行[6-8]。

圖6 空預(yù)器布置

1.3.6 省煤器

省煤器采用光管式,管束逆流換熱。為了滿足各種運行工況脫硝的需求,省煤器分為上下2組,分別布置于后豎井煙道下方以及脫硝裝置下方,可保證脫銷入口煙氣溫度在鍋爐穩(wěn)燃負(fù)荷范圍內(nèi)均處于合理的溫度。

1.3.7 其他先進(jìn)技術(shù)

本項目采用空氣預(yù)熱器反向干燒技術(shù),可防止硫酸氫氨堵塞?？疹A(yù)器干燒原理是在空預(yù)器及聯(lián)絡(luò)風(fēng)道在設(shè)計時,將空預(yù)器中、下級管箱及聯(lián)絡(luò)風(fēng)道分為3個單獨的通道,每個單獨的通道在聯(lián)絡(luò)風(fēng)道上布置關(guān)斷擋板,可以單獨的切斷某一個通道而不影響其他幾個空預(yù)器通道的正常運行,系統(tǒng)流程簡圖見圖7。

空氣側(cè)的通道均相互獨立,關(guān)斷其中一路后,該通道煙風(fēng)不參與換熱,該通道空預(yù)器管箱溫度上升,硫酸氫氨蒸發(fā),從而可防止硫酸氫氨堵塞。

空預(yù)器尾部煙道設(shè)置有煙溫及煙壓測點,可以在線監(jiān)測硫酸氫氨的堵塞情況,根據(jù)實際運行情況,合理的調(diào)節(jié)干燒時間及頻率。

1.3.8 其他關(guān)鍵設(shè)計

由于本項目鍋爐摻燒工藝廢氣,根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求,設(shè)置了防爆區(qū)域,在防爆區(qū)域內(nèi)的閥門、儀表、吹灰器等設(shè)備均采用防爆產(chǎn)品[9-10]。

2 結(jié)束語

本文設(shè)計的一種非標(biāo)再熱參數(shù)摻燒工藝廢氣煤粉鍋爐結(jié)構(gòu)布置緊湊、調(diào)峰能力強、可摻燒工藝廢氣,優(yōu)勢明顯。本項目鍋爐現(xiàn)已投入運營,在鍋爐最大出力工況時,鍋爐效率(按低位發(fā)熱值,BMCR)大于94.3%,排煙溫度滿足保證值123 ℃,鍋爐在30%BMCR時能穩(wěn)定燃燒,水循環(huán)安全可靠。鍋爐在50%～100%額定負(fù)荷范圍內(nèi),過熱蒸汽保持額定參數(shù)汽溫571 ℃,汽溫偏差不超過±5 ℃。再熱蒸汽溫度、壓力參數(shù)、NOx排放量均滿足用戶抽汽自用需要。

本爐型的開發(fā)能對石化工等企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工藝廢氣進(jìn)行有效處理及循環(huán)利用,對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有支撐作用及重大意義。