循环流化床锅炉设备管理问题探讨

王立年

（江西星火有机硅厂 江西九江）

一、引言

江西星火有机硅厂的锅炉UG35/39-M8是无锡锅炉厂1990年生产的产品，1991年投入运行。原设计参数是：额定蒸发量为35 t/h，过热蒸汽压力39 kgf/cm2，过热蒸汽温度为450℃，锅筒内蒸汽工作压力为43 kgf/cm2，给水温度104℃，给水压力47 kgf/cm2，热空气温度140℃，连续排污率5%；燃煤要求：CP57.61% ，HP3.16% ，OP4.189% ，NP0.63% ，SP0.79% ，WP5.53% ，AP28.086%，干燥无基挥发分Vr14.12%，QHP=5243 kcal/kg，软化温度t2=1500℃。因链条锅炉对煤种的要求比较苛刻，在能源形式比较紧张，烟煤价格较高的情况下，经过考察和论证，决定对其进行改造，改造为循环流化床锅炉。实践证明，改造后的锅炉运行效果良好，对燃料的适应性较广，燃烧效率高。不但能燃烧挥发分较低的煤种，极大改善了燃烧状况，也减少了燃煤消耗。主要优点如下：

（1）流化床锅炉炉膛出口增加分离器后，可收集部分飞灰返回炉膛燃烧，有效提高了燃煤的燃烧效率，降低灰渣的含碳量，也使燃煤的煤种范围增大。

（2）拆除了前后拱、布风板设置在-3 m层，增大了炉膛的有效容积，总有效容积可以达到240 m3，吨气有效容积是6.5 m3。

（3）下部增加50 m2埋管，埋管的吸热量是整个蒸发吸热量的40%以上，所以在燃用低热值燃料时，也可使锅炉的出力达到满负荷的效果，并有一定的超负荷能力。

（4）燃烧效率高。例如，对无烟煤可达到97%，对其他煤种也可达到98%～99.5%，燃烧效率可与煤粉燃烧时相比。

二、改造前存在问题

（1）锅炉由链条锅炉改造为低温分离，低倍率循环流化床锅炉，循环燃料系统未能正常运行，飞灰回燃系统寿命周期较短，主要体现在飞灰分离器的使用周期较短。例如，锅炉运行约半年，飞灰循环回燃系统就逐步丧失了循环床锅炉的基本功能。

（2）飞灰回料口设置在埋管上面，埋管上部炉膛的热量因被埋管大量吸收，故该部位温度一直较低，低于固定碳最低着火温度。造成了回燃效果差，起不到循环燃烧的目的。

（3）锅炉给煤口设计在埋管上面，造成了进入燃烧室的细煤进炉后落在料层上面，在快速烘干后，被1～3 m/s速度的烟气大量带走，造成煤耗高，锅炉热效率低，对煤质适应性差等。同时给煤口因未设计播煤风，造成燃烧时的不均匀。

（4）埋管受热面过多，埋管位置过低，造成燃料区降温快，对煤炭燃尽影响大。料面上层处于进管中间，吸热过大极不利于煤炭的燃烧，煤炭飞灰也很快被烟气带走。

（5）由于改造时增加了大量埋管，使受热面积骤增，试运行时产汽量超过45 t/h；因烟气含尘量高，改造方采取了割掉后水冷壁18根水冷管的方法，造成有效受热面积减少，在降低蒸发量的同时，对汽温控制极为不利。

（6）炉门位置设计不合理。炉门被设置在给煤口下方，极易被高温炉料烧毁，造成停炉和维修次数增多等情况，严重影响了正常生产。

（7）下部炉膛问题。主要是混凝土及布风板的结合部设计得不合理，预留间隙未能充分考虑到热膨胀等问题。不但把风室周围的4根混凝土梁胀裂，也已危及到了安全生产。

（8）风室出渣口位置设计得太低，造成出渣空间不够，严重影响了出渣操作。尤其是使用煤质较差的燃煤时，不但会发生渣打量增加，出渣时渣打难度加大，工人的劳动强度也大大增加。

（9）原设计下部燃烧室是用耐火砖砌筑，在启停炉时造成的热胀冷缩，使砌块极易倾斜和倒塌，造成使用寿命较短及维修材料增多等。该炉自2003年投入运行后，2004年至2006年连续3年都发生了后墙或侧墙倒塌的情况。因布风板面积较大，风帽多达2000余个，试运行时就造成了风机的超负荷运转等问题，随后改造方使用耐火砖及浇筑材料封堵布风板及风帽，刚投入运行时虽然风量风压正常，但随后的几年里又出现了风帽与耐火砖间的浇筑材料被磨损，间隙增大。造成停炉后每次静态测试的风压值，均不相同。由于左右2风室风压值的不同，使点炉时难于控制风压而使其不能平衡。

三、实施措施

根据近年来的运行情况与循环流化床发展状况，以及针对运行中出现的问题等，提出改进措施。

（1）飞灰循环回燃系统采用中科院的技术方案，即飞灰回燃系统。采用的是中温分离方式，即分离器安装在低过后面，选用多管高效，高耐磨旋风分离器。多管分离器为平行四边形结构，即每根管的长度相等，阻力一样，烟气流场相同。改变了梯型结构的分离器形式，如每根管的长度与阻力不等，流场不均匀，分离效率低，分离筒与导向叶片连成一体，无间隙，无烟气短路现象等。为提高分离效率，分离筒、导向叶片和出烟管都由高温陶瓷材料做成，不仅耐热耐磨，而且使用寿命长，一般使用时间＞5年。支撑板采用耐热合金钢，可耐600℃以上的高温，强度高，抗氧化，使用寿命＞10年。分离筒的分离半径＞125 mm，烟气流速为30 m/s左右，切割半径小，分离效率高。分离效率＞99%，不仅直径为0.02 mm的颗粒可以分离下来，而且阻力小，只有约500 Pa。

（2）原分离器是安装在一、二段省煤器之间，现将分离器安装在低过后，使分离温度＞550℃，旋风分离使旋转烟气的扰动打破了灰包碳结构，又是高温返料，所以非常有利于飞灰的燃尽。分离效率高，可达98%，循环倍率为7-8倍，热效率＞87%，飞灰含碳量＜7%。

循环系统回料口改在了后床埋管下部，离风帽100～120 mm处，使回料飞灰可直接进入高温炉料区（＞900℃）重新燃烧。

（3）将埋管上部进煤改为料层中下部进煤。煤炭直接进入高温炉料中部后，可与＞900℃的炉料混合燃烧。大大增加了细煤在炉料中的停留时间，提高了燃烧效率，同时也适应了3000 Kcal的劣质煤的使用。进煤口高度以床面上部300 mm处进煤较为合适，并在进煤口上下各设一个播煤风口，将煤炭均匀推入整个炉料中，使燃烧更加充分和均匀。利用现有给煤系统，将进煤口改在下部进煤。

（4）由于埋管设置太多，原设计埋管受热面积＞50 m2。由于埋管会在炉料中传热，而降温较大，造成燃烧稳定性差，上层炉料较轻的细煤在埋管空隙中沸腾，因吸热快不易燃尽，而被烟气大量带走，造成煤耗高，烟气颜色变黑（不符合环保要求）。特别是增大风量或提高负荷时，则更为严重。为此，将下层埋管割掉，增大料层燃烧空间，减少埋管受热面积。使实际埋管受热面积得到有效控制，一般控制在40±2 m2时较为合适。

（5）恢复后水冷壁被割掉的18根水冷壁管，以提高炉膛受热面和蒸发量。由于炉膛燃烧空间大，又是在中心带燃烧，所以水冷壁对燃烧空间影响较小，能够吸收大量辐射热。

（6）重新设计和改造炉膛下部混凝土上梁柱，将风室和布风板放在工字钢梁上，并留有膨胀空间，以及各部位的膨胀空隙，以确保高温运行时设备的安全与稳定。

（7）由于砖砌炉膛用于循环流化床上时寿命较短，主要是易倒塌和磨损。为此，采用了循环流化床专用，且是耐高温、高耐磨和高强度浇注材料来浇注炉墙，极大提高了炉膛寿命。

（8）将省煤器改为螺旋翅片管省煤器，其优点是：

①传热面积大，是相同光管省煤器的4～6倍。

②体积小，重量轻。例如，35 t/h锅炉上管排数量由原来的35排减少到26排，由原来的3层省煤器减为2层省煤器，而且比原3层省煤器还增大了2倍多的传热面积。既节省大量空间，为飞灰循环系统留下足够大的锅炉尾部的上部空间，又便于旋风分离器的安装。

③大大减少了飞灰对省煤器的磨损。由于安装排数的大幅减少，省煤器内的风速由6～9 m/s降到4～5 m/s，使省煤器的寿命成倍上升。

④成本低。由于数量上减少了40%以上，整体重量大幅减轻，更新该省煤器比换光管省煤器成本略低。

（9）用耐火砖及浇筑材料封堵布风板及风帽时，因浇筑材料常被磨损而使间隙增大，而漏风又造成2风室风压值的不平衡。为此，采用钢板从风室内将布风板焊接密封。同时增加炉内的自动喷钙脱硫装置，即利用生石灰作为脱硫剂，并配备1套四级电除尘器及气力输灰系统，既达到了设备防腐的目的，又净化了空气。

四、改造达到的效果

（1）能正常使用3000 kcal热值的劣质煤炭。

（2）蒸发量＞35 t/h。

（3）锅炉热效率＞85%。

（4）运行可靠，维修量小。连续安全运行周期多在3个月以上。

（5）除尘、脱硫指标可观。例如，烟尘排放浓度＜50 mg/m3；烟尘去除率＞99.8%；脱硫效率、SO2排放浓度达到预期目标，如钙脱硫在Ca/S比为1.8～2.5时，脱硫效率一般可达90%。烟气排放的SO2浓度符合《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2003）Ⅲ时段城镇标准的要求。已达到改造后的预期效果。