75t/h燃油锅炉改为水煤浆流化悬浮燃烧锅炉实例

张龙习(山东省特种设备检验研究院东营分院，东营 257091)

0 前言

我市是胜利油田的主产区，在用的燃油工业锅炉有800台左右，随着原油价格的上涨，许多燃油锅炉使用单位纷纷打算把燃油锅炉改造为燃煤锅炉。但是，要成功地将燃油锅炉改造为燃煤锅炉，其投资和难度都是相当大的。东营市某石化总公司在有关专家的指导下，将UG-75/3.82-Y型燃燃油锅炉成功地改造为水煤浆流化悬浮燃烧锅炉，经过一段时间的使用，证明这种改造效果是比较理想的。我本人也参与了这项锅炉改造工程，现将改造情况作简要介绍，供同行参考。

1 水煤浆流化悬浮燃烧锅炉的工作原理

水煤浆是一种新型煤基燃料，具有易于管道运输，便于装卸、储存等特点，因此它是一种很好的油代用品和低污染燃料。目前我国已开发出了多种形式的水煤浆燃烧装置，并在工程中应用，取得了良好的效果。但是，在水煤浆悬浮燃烧过程中，尤其在小空间燃烧过程中存在的高温结渣问题一直没有得到有效的解决。此外。悬浮燃烧的高温环境（燃烧中心区为1500∽1800℃左右）增加了NOx的排放，同时亦难以在燃烧过程中直接脱硫，造成很大的环境污染。。东营市某石化总公司在有关专家的指导下，开发成功的水煤浆流化高效洁净燃烧技术彻底解决了水煤浆在悬浮燃烧过程中，尤其是在小空间燃烧室中易结焦、燃烧不稳定这一难题。该项技术有很多优点，是水煤浆燃烧技术领域的一场革命，对洁净煤技术将产生深远的影响。

水煤浆流化悬浮高效洁净燃烧技术的工作原理是，将滴状水煤浆投入燃烧室下部由石英沙和石灰石构成床料的炽热流化床中，其温度在850∽950℃左右。水煤浆在炽热的流化床料的加热下迅速析出水分、随后析出挥发份并着火燃烧以及焦碳被加热后燃烧。在燃烧过程中，流化状态下颗粒状水煤浆团进一步解体为细颗粒被热烟气带出密相区进入悬浮室继续燃烧。在燃烧室出口设有分离回输装置。被热烟气带出的媒体物料和较大的水煤浆颗粒团被分离器分离、捕捉，通过分离器下部设置的回输通道返回燃烧室下部密相区，既减少了媒体物料的损失，又实现了水煤浆颗粒团的循环燃烧，从而获得较高的燃烧效率。此外，低温燃烧过程（850∽950℃左右）有效地控制了热力型NOx的形成。且由于媒体物料由石英砂与石灰石构成，石灰石在高温下煅烧生成CaO，CaO与SO2反应后进一步生成CaSO4，抑制了SO2的排放，而燃烧装置的运行温度是CaO脱硫的最佳运行温度，可有效的减少SO2的排放。

2 锅炉改造的基本原则

鉴于本次改造工程为将原燃用油气混合燃料的锅炉，改造为燃用水煤浆的流化悬浮高效洁净燃烧锅炉。综合考虑技术、工艺、燃烧方式以及原锅炉结构特点，并考虑经济性，本次改造遵循下列基本原则。

（1）维持原锅炉整体结构基本不变，保持原锅炉主体钢架及外形尺寸不变，汽包不再开孔。

（2）保持锅炉整体出口蒸汽温度、压力参数不变。

（3）在优化选择调整部分受热面的前提下，采取可靠措施尽量使锅炉达最大锅炉出力。

（4）在优化设计的前提下，尽量利用原锅炉材料与构件，减少改造投资。

3 锅炉改造后的设计参数

锅炉型号DHFS60-3.82/450-SM2，额定蒸发量D=60D/H，过热蒸汽压力P=3.82Mpa，过热蒸汽温度T=450℃，给水温度T=104℃，排污率P=2%，锅炉设计热效率≧89%。

4 锅炉改造设计要点

将原燃油锅炉的4只燃烧器及下部水冷壁拆除，将原燃烧室用水煤浆流化悬浮高效洁净燃烧室代替。增设两级分离器，一级为炉内高温组合式旋涡分离器，二级为槽型分离器，布置在水平烟道出口。将原锅炉上级省煤器拆除，以便布置二级低温过热器。水冷风室由两侧水冷壁与前水冷壁弯制而成，两只点火用热烟气发生器布置在水冷风室两侧。增设二次风系统。1800 mm的水平烟道高度按照需要加高，加高方法为烟道底面下移。锅炉分散下降管、钢架、炉墙、护板、密封装置、平台扶梯、省煤器连接管、热风道、冷风道、热工测点等作相应调整。

5 各主要部位的改造方法

5.1 密相区受热面与水冷风室

燃烧室自下而上分为密相区和稀相区，密相区为倒梯台结构，底部为流化床布风板，独特的结构与特定的流化参数结合构成内循环燃烧，密相区内设有埋管受热面，该受热面由￠60*5管子组成，管子上设有防磨装置。具体为将前水冷壁从标高6858处断开，与原锅炉断开点重合，断开时应留有上焊接面的修整余量，以便改造时与新设计的前下部膜式壁对接。前下联箱不能利用，重新设计制造。将两侧水冷壁从6000处断开，将新设计的水冷风室和后墙水冷壁与密相区受热面在断开点处对接。增设前中联箱并新制造下连箱。密相区设500×500炉门一个。改装后，锅炉前后下联箱中心从标高4000处下降至标高1700处，两侧水冷壁下集箱中心由标高4900处下降至1400处。这不仅是为满足新的燃烧方式的需要，同时也可以扩大炉膛容积，有利于水煤浆燃烧。水冷风室仍为膜式壁结构，管间焊扁钢。

5.2 流化床构成

前墙水冷壁向下延伸构成的水冷布风板，其管间距为100 mm,需焊合扁钢，扁钢上根据需要开孔，用来安装1383个气流分布器（风帽）。风帽为柱形风帽，为了增强流化效果，风帽上部需增加导向碟，风帽及导向碟材质均为耐热铸钢。风帽为100 mm与90 mm交叉布置。为满足停炉和检修时排放媒体物料需要，风箱上设放料管2个,由￠89×4.5的合金钢管构成，与风室上下面焊牢，为补偿热膨胀，其中间需加波形膨胀节。水冷风室上平面需浇注耐火保温层，由接管调成凹形结构。水冷风室的空气入口设在锅炉前侧，水冷风室的两个防爆门设在接管处。水冷风室的上面需用耐火砖砌筑成倒梯台型的流化床，下部为矩形垂直段，上部为扩散段，由四周与水平成500角的斜面过渡到四周水冷壁处。

5.3 水冷风室的密封、绝热

水冷风室必须严密，不得漏风，其密封方法均为用扁钢焊于各管间来实现的。改造后的锅炉采用床下热烟气点火，所以风室及热烟气引入管将受热，因此热风管道入口加设耐火保温材料。

5.4 炉门及看火孔

为调整燃烧及检修需要，在密相区炉前墙设置1个500×500的炉门及4个看火孔。

5.5 床下点火装置

本次改造采用床下热烟气自动点火装置。该装置设于水冷风室两侧，热烟气发生器产生的热烟气经风帽小孔进入流化床内，加热媒体介质物料起到点火启动作用。

5.6 防爆门

为防止风室内可燃气体爆燃，在水冷风室入口处设有两个￠450的防爆门，原炉膛稀相区上部两个防爆门不动。

5.7 二次风系统

改造后锅炉设二次风系统，二次风率为25%，在锅炉两侧墙设12个二次风口，二次风管为￠121×5钢管，二次风分两层送入。

5.8 增设一级组合式高温旋涡分离器及物料回输系统

稀相区上方炉膛出口设有组合式高温旋涡分离器作为一级分离器，构成炉内空间循环燃烧，组合式高温旋涡分离器由后墙水冷壁管与增设的联箱与特制异型耐火砖构成。分离下来的物料，经返料口回输到炉膛内，实现循环燃烧。

5.9 增设二级槽型分离器及物料回输系统

在高温过热器前增设二次槽形分离器及相应的物料回输系统，分离下来的物料，经返料口回输到炉膛内，实现循环燃烧。二级分离器采用耐热合金钢。

5.10 过热器、减温器、省煤器和空气预热器等

原来的面式减温器不作变动。高、低过热器从新设计。低温过热器采用水平布置方式，为自悬吊结构。上级省煤器拆除，其空间布置水平低温过热器，省煤器的出水管相应加长。空气预热器原结构与位置不变。

5.11 下降管调整

由于炉膛水冷壁向下加长，其各下集箱均下移，原分散下降管随之加长并重新分配与布置。

5.12 钢架与平台的调整

根据水平烟道的调整，增设点火平台，原锅炉钢架根据改造需要作必要的调整和增加。

5.13 炉墙与护板的调整

炉墙与护板调整工作量体现在新增燃烧室与流化风室以及水平烟道加高部分，随锅炉结构的变动作相应调整。

5.14 粒化器

锅炉在前墙或侧墙设4个粒化器用于锅炉运行时给入水煤浆。

5.15 锅炉加沙管

在锅炉前墙设2个加沙管，运行时补充物料，并用作锅炉启动加料管，并兼作燃烧脱硫用石灰石加入管。

5.16 风机

风机的更换与重新安装根据新型燃烧方式的需要，原鼓风机、引风机无法满足需要，必须更换。同时应将鼓风机安装在炉体右侧，倒出锅炉底部空间，以便安装流化床。

5.17 锅炉范围内管道及烟风道调整

由于锅炉改造后某些部件位置变化较大，所以必须对原锅炉范围内管道和烟风道进行重新敷设和必要的调整，并增设二次风系统。

6 水煤浆流化悬浮高效洁净燃烧技术的优点

6.1 实现了水煤浆的低温燃烧，解决了水煤浆悬浮燃烧带来的易于结焦、运行不稳定、安全性差的问题，同时抑制了热力型NOX的生成与排放。

6.2 实现了着火燃烧后的水煤浆颗粒团的循环燃烧，具有较高的燃烧效率。

6.3 利用石灰石与石英砂构成的媒体物料，辅之于低温燃烧技术实现了水煤浆燃烧过程中直接脱硫，脱硫系统简单、成本低。

6.4 采用分离回输燃尽装置提高了石灰石的利用率，减少了媒体物料的补充量，提高了燃烧效率。

6.5 负荷调节特性好，可在100%～30%额定负荷范围内稳定运行，水煤浆品质适应性好。

6.6 降低了对水煤浆品质的要求，使制浆成本降低。

6.7 省略了价格昂贵的燃烧器与易出故障的雾化浆枪，不需要复杂的高压风浆系统及过滤等设备，系统更为简单可靠。

6.8 运行稳定，操作简单，燃烧效率高，运用范围广，适合各种参数的锅炉。

7 结束语

水煤浆流化悬浮高效洁净燃烧技术可在电站锅炉和工业锅炉上推广应用，具有巨大的市场潜力和经济与社会效益。