關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；異形分離器；技術(shù)改造；床溫；分級(jí)燃燒

中圖分類(lèi)號(hào)：TK229.66；X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500(2025)07-0221-04

DOI: 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.064

Technical Transformation Analysis of Special-Shaped Separation Circulating Fluidized Bed Boiler

ZHAO Hongyan (Henan Shenma Nylon Chemical Co.，Ltd.，Pingdingshan4670o0，China)

Abstract:The rated evaporation capacity of a certain circulating fluidized bed boiler is 130t/h ，but the separation eficiencyoftheirregularseparatorislow，thebedtemperatureishigh，theloadcapacityisporndtheoriginalemission concentrationof nitrogenoxides(NO）ishigh.Inresponsetothecurrntproblems，theboilerhasundergoneasystematic renovation，including improvingtheeficiencyoftheseparator，increasing theheatingsurfaceinsidethefurnace，addinga fluegasrecirculationsystem，optimizingthearangementofsecondaryair，retrofitingtheeconomizer，andaddingcatalyst layout space.After the boiler renovation，the bed temperature decreased from 990 to 950 ΔC ，the load capacity of the boiler increased from 110t/h to 125t/h ，the exhaust temperature of the boiler decreased from 170‰ to 165 C ，theNO x （204號(hào) emission concentration decreased from 550mg/Nm³ to 50mg/Nm³ ，and the ammonia escape concentration decreased from 9.5mg/Nm³ to 3.9mg/Nm³ ，and the renovation achieved the expected results.

Keywords:circulating fluidizedbedboiler;special-shapedseparator;technical transformation;bed temperature;staged combustion

某循環(huán)流化床鍋爐額定蒸發(fā)量為 130t/h ，采用異形分離器，整體成Ⅱ型布置，為框架結(jié)構(gòu)，分離器前墻借用爐膛后墻，鍋爐爐膛出口設(shè)置在爐膛中心線(xiàn)。異形分離器由膜式水冷壁形成外部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部敷設(shè)高溫防磨內(nèi)襯。分離器與爐膛的水冷壁為整體結(jié)構(gòu)，分離器與爐膛一起膨脹，可以解決膨脹、密封問(wèn)題，同時(shí)因采用冷卻式分離器，旋風(fēng)筒內(nèi)溫度降低，同時(shí)內(nèi)襯也可以設(shè)置薄一些，避免分離器結(jié)焦，縮短啟動(dòng)時(shí)間。目前，鍋爐運(yùn)行床溫高達(dá) 990‰ ，導(dǎo)致鍋爐負(fù)荷無(wú)法達(dá)到額定出力，最高帶至 110t/h 。同時(shí)，煙氣中氮氧化物（ NO_x ）排放濃度高達(dá) 550mg/Nm³ ，選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）的脫硝效率低且氨逃逸濃度在 9.5mg/Nm³ 以上。為了確保鍋爐 NO_x 排放濃度不大于 50mg/Nm³ ，有必要對(duì)鍋爐進(jìn)行技術(shù)改造，包括提高鍋爐分離器分離效率、降低鍋爐床溫、降低排煙溫度、煙氣再循環(huán)、二次風(fēng)分級(jí)燃燒等。

1旋風(fēng)分離器改造

旋風(fēng)分離器是一種基于離心力原理工作的裝置，其中外來(lái)顆?；螂s質(zhì)從流體中分離出來(lái)[。旋風(fēng)分離器借助離心力，將爐膛出口高溫?zé)煔鈹y帶的大量未燃盡顆粒進(jìn)行氣固分離，分離的固體物料經(jīng)返料器返送至爐膛密相區(qū)，重新參與爐內(nèi)的流態(tài)化燃燒[2。爐膛出口的煙氣切向進(jìn)入分離器，在分離器壁面的約束下，形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，固體顆粒具有較大的慣性離心力，貼著壁面運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在重力作用下向下運(yùn)動(dòng)，最終落入立管。相對(duì)于固體顆粒來(lái)說(shuō)，煙氣慣性較小，因此會(huì)走向阻力較小的區(qū)域，顆粒落入立管后實(shí)現(xiàn)氣固分離。在分離器底部的圓錐部分，旋轉(zhuǎn)半徑縮小，切向速度增大，氣流與顆粒做下螺旋運(yùn)動(dòng)。在圓錐的底部附近，氣流轉(zhuǎn)為上升旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最后經(jīng)設(shè)備頂部出口流出[3-4]。旋風(fēng)分離器是循環(huán)流化床鍋爐實(shí)現(xiàn)高燃燒效率、減少石灰石消耗和 NO_x 排放的關(guān)鍵部件之一[5。其分離性能直接決定循環(huán)物料品質(zhì)，從而影響爐內(nèi)的溫度場(chǎng)、燃燒環(huán)境，最終影響鍋爐的燃燒特性、環(huán)保特性以及帶負(fù)荷能力。當(dāng)實(shí)際運(yùn)行中爐膛上部的物料濃度低于一定值時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐的物料平衡屬于失常狀態(tài)，鍋爐運(yùn)行狀態(tài)將偏離設(shè)計(jì)條件，機(jī)組往往達(dá)不到設(shè)計(jì)負(fù)荷，或出現(xiàn)爐膛整體燃燒溫度增加、飛灰可燃物增加、尾部磨損加劇、鍋爐效率降低等問(wèn)題[6-10]。研究表明，影響旋風(fēng)分離器分離效率的因素主要有分離器結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)[]。運(yùn)行參數(shù)是指入口煙氣流速、入口粉塵濃度、循環(huán)灰特性等；分離器結(jié)構(gòu)參數(shù)是指分離器筒體直徑、分離器進(jìn)口形狀尺寸（高、寬、煙窗收口尺寸）、中心筒長(zhǎng)度、筒徑、是否偏置、中心筒是否有縮口等。循環(huán)灰量增加，鍋爐密相區(qū)燃燒溫度降低，密相區(qū)還原性氣氛加強(qiáng)，會(huì)降低 NO_x 生成量[2]。周龍等[13]采用數(shù)值模擬方法對(duì)不同進(jìn)口高寬比條件下單入口旋風(fēng)分離器內(nèi)的氣體流動(dòng)、壓力分布和顆粒運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行研究，保持進(jìn)口高寬比不變，增大氣體流速有利于提高分離器的分離效率。

1.1問(wèn)題分析

鍋爐出口煙道設(shè)計(jì)在鍋爐爐膛中心線(xiàn)，鍋爐布置有2個(gè)異形水冷分離器，分離器截面尺寸為 4015mm× 4015mm ，2個(gè)分離器共用1個(gè)進(jìn)風(fēng)口，如圖1所示。爐膛后墻一部分向后彎制，形成分離器入口加速段，分離器兩側(cè)為膜式水冷壁，中間設(shè)有1屏隔墻。分離器由膜式水冷壁構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鍋爐保持原II型布置，結(jié)構(gòu)緊湊。分離器與爐膛組成一個(gè)整體，通過(guò)水冷壁上集箱懸吊在頂板梁上，解決膨脹密封問(wèn)題。異形水冷分離器的斜頂、側(cè)墻與頂棚管構(gòu)成分離器出口煙道。該分離器的最大缺點(diǎn)是分離效果差，分離效率僅為 90% 左右。循環(huán)流化床鍋爐常用4種分離器[14-15]，其性能對(duì)比如表1所示。

1.2改造方案

針對(duì)異形分離器分離效率低的缺點(diǎn)，對(duì)分離器4個(gè)角進(jìn)行改造，改造后的分離器為近似八角形的圓形分離器，如圖2所示。分離器采用高溫耐火耐磨內(nèi)襯對(duì)4個(gè)角進(jìn)行光滑過(guò)度修復(fù)，8個(gè)角的內(nèi)襯半徑為

700mm ，厚度為 350mm ，近圓形水冷旋風(fēng)分離器的分離效率由 90% 提升至 98%^[16] ，鍋爐分離器分離效率提高，鍋爐循環(huán)灰量增加，大量循環(huán)灰進(jìn)入爐膛參與二次燃燒，同時(shí)加強(qiáng)密相區(qū)的熱交換，使得密相區(qū)熱量可以迅速帶至稀相區(qū)，降低鍋爐床溫，提高爐膛懸浮段物料濃度，強(qiáng)化爐內(nèi)傳熱傳質(zhì)，提高鍋爐熱效率。循環(huán)灰量的增加使?fàn)t內(nèi)溫度場(chǎng)和氧量場(chǎng)分布更加均勻，有效降低床溫，在密相區(qū)形成還原性氣氛，從源頭控制 NO_x 的生成。同時(shí)，分離效率的提高可以提高石灰石利用率和爐內(nèi)脫硫效率，環(huán)保運(yùn)行成本降低，鍋爐運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性得以改善。

2 SNCR脫硝系統(tǒng)改造

2.1問(wèn)題分析

在循環(huán)流化床鍋爐上應(yīng)用SNCR脫硝系統(tǒng)，圓形旋風(fēng)分離器的尿素噴槍一般布置在水平煙道處，但水冷方形分離器貼爐膛布置，入口在鍋爐出口中心線(xiàn)位置，無(wú)布置噴槍的空間，而在分離器內(nèi)部布置噴槍?zhuān)Ａ魰r(shí)間不足，因此脫硝效率較低[14]。

2.2 改造方案

鍋爐出口煙道設(shè)計(jì)在鍋爐爐膛中心線(xiàn)，2個(gè)分離器共用1個(gè)進(jìn)風(fēng)口。該設(shè)計(jì)缺陷是2個(gè)分離器煙氣分配不均衡。為實(shí)現(xiàn)2個(gè)分離器獨(dú)立進(jìn)氣，在2個(gè)分離器中間增加隔墻。隔墻寬度為 1500mm ，高度為 5500mm ，隔墻由膜式水冷壁和厚度 60mm 的耐火耐磨材料組成，增加的水冷分離器中間隔墻使2個(gè)分離器完全獨(dú)立，改造的水冷隔墻增加面積 16.5m² 的水冷受熱面，為提高鍋爐負(fù)荷提供條件。

改造在爐膛后墻左右側(cè)處切割2個(gè)分離器進(jìn)口新煙道，將鍋爐出口煙道底部抬高 300mm ，進(jìn)口煙道尺寸縮小，煙氣流速由 22m/s 提高至 25m/s ，煙氣流速的提高為提高鍋爐分離器的分離效率提供條件。改造后，鍋爐出口煙氣由中間集中出口改為兩側(cè)出口排出，保證鍋爐出口煙氣均衡。

3其他改造

3.1省煤器改造

鍋爐省煤器設(shè)計(jì)采用3級(jí)光管省煤器，即低溫段省煤器、中溫段省煤器和高溫段省煤器，管子直徑為 32mm （4根），錯(cuò)列布置，節(jié)距為 80mm 。由于設(shè)計(jì)受熱面積較小，鍋爐運(yùn)行時(shí)排煙溫度較高，排煙溫度不小于 170^°C 。催化劑無(wú)布置空間，進(jìn)行省煤器改造。

改造時(shí)，取消中溫段省煤器，一級(jí)、三級(jí)省煤器由光管結(jié)構(gòu)改為H型結(jié)構(gòu)。H型省煤器增加受熱面積，與原省煤器受熱面積比較，增加 10% ，鍋爐排煙溫度由170^°C 降至 165°C 。保持一級(jí)省煤器標(biāo)高不變，三級(jí)省煤器集箱標(biāo)高抬升 970mm ，管屏高度縮短 970mm 。取消二級(jí)省煤器，預(yù)留選擇性催化還原模塊空間凈高（ 4800mm ），為填裝選擇性催化還原脫硝模塊提供空間。在脫硝空間填裝蜂窩式催化劑，可降低SNCR氨水使用量，提高脫硝效率。

3.2水冷吊屏改造

改造前，鍋爐運(yùn)行床溫較高，為 980～990^°C ，NO_x 原始排放濃度達(dá) 550mg/Nm³ 。為降低鍋爐床溫，在爐內(nèi)增加2個(gè)水冷吊屏加強(qiáng)換熱，吊屏采用膜式壁結(jié)構(gòu)，管子直徑為 51mm （5根），節(jié)距為 30mm ，管子數(shù)量為20根，高度為 13m ，爐內(nèi)新增受熱面積49.92m² ，改造后，鍋爐床溫降至 940～950^°C 。

3.3煙氣再循環(huán)改造

改造時(shí)，從鍋爐引風(fēng)機(jī)后增加6根直徑為 820mm 的管道，經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)引 14900mg/Nm³ 煙氣（溫度165°C ，再循環(huán)率約 9.5% ）至一次風(fēng)機(jī)入口。高溫?zé)煔馀c冷空氣混合，經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱，再經(jīng)一次熱風(fēng)道進(jìn)入風(fēng)室，參與爐膛燃燒。這樣既降低床溫和一次風(fēng)氧含量，又降低 NO_x 排放濃度，煙氣氧含量降低 2% 。

3.4二次風(fēng)改造

鍋爐分級(jí)燃燒技術(shù)是指通過(guò)風(fēng)量分配實(shí)現(xiàn)燃料分級(jí)燃燒。在鍋爐密相區(qū)，燃料較多，通過(guò)少量配風(fēng)，實(shí)現(xiàn)燃料缺氧燃燒，在向上過(guò)渡段補(bǔ)入二次風(fēng)，使未燃盡燃料和可燃?xì)怏w繼續(xù)燃燒，直至燃爆。分級(jí)燃燒技術(shù)有利于控制燃料燃燒過(guò)程的 NO_x 排放。分級(jí)燃燒通過(guò)降低一次風(fēng)比例，提高二次風(fēng)比率，使燃料燃燒缺氧區(qū)域擴(kuò)大，或者提升二次風(fēng)口高度，拉大二次風(fēng)間距，使缺氧區(qū)域擴(kuò)大。缺氧區(qū)域的存在使得可燃?xì)怏w和未燃盡燃料停留在較強(qiáng)的還原性氣氛中，抑制NO的生成，所以分級(jí)燃燒可有效降低 NO_x 排放。

鍋爐原設(shè)計(jì)一次風(fēng)、二次風(fēng)比為 6:4 ，二次風(fēng)口設(shè)置在鍋爐標(biāo)高 7550mm 處，共有1層，風(fēng)管直徑為 108mm （10根），材質(zhì)為 1Cr18Ni9Ti 。鍋爐前后墻各設(shè)計(jì)5個(gè)二次風(fēng)管，左右墻各設(shè)計(jì)5個(gè)二次風(fēng)管。鍋爐運(yùn)行期間，一次風(fēng)量大，二次風(fēng)量小，較小的二次風(fēng)量不利于爐內(nèi)燃燒和抑制 NO_x 生成。

為降低NO排放濃度，改造時(shí)在鍋爐標(biāo)高 8550mm 處新增1層二次風(fēng)。新增二次風(fēng)布置在鍋爐前墻和后墻，各設(shè)計(jì)2個(gè)二次風(fēng)管，管徑為 219mm （10根），材質(zhì)為 Cr25Ni20 。新增二次風(fēng)改變?cè)O(shè)計(jì)一二次風(fēng)配比，有效降低 NO_x 生成。

4結(jié)論

鍋爐改造后，分離器的分離效率提高至 98% 爐膛床溫控制點(diǎn)溫度均保持在 940～950^°C ，鍋爐帶負(fù)荷能力由 110t/h 提高至 125t/h ，鍋爐排煙溫度由170^qC 降至 165°C ， NO_x 排放濃度由 550mg/Nm³ 降至50mg/Nm³ ，氨逃逸濃度由 9.5mg/Nm³ 降至 3.9mg/Nm³ ，改造效果達(dá)到預(yù)期。

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