五阳热电厂4×75t/h CFB锅炉炉型分析及其改造

2019-05-16王军

同煤科技 2019年1期

王军

（山西潞安矿业（集团）有限责任公司五阳热电厂，山西武乡 046200）

1 锅炉运行现状

山西潞安矿业（集团）有限责任公司五阳热电厂是自然循环水管锅炉，煤种的适应性好，但近几年，锅炉密相区温度升高，炉出口温度降低，炉膛差压降低，锅炉出力下降，针对这一现象五阳热电厂询问了许多厂家，也做了一些改造措施，但改造效果都不明显。加大一次风量，降低二次风量，改变原有一二次风量配比[1]，运行发现相同的总风量，锅炉出力有所提高，但锅炉高温富氧导致锅炉烟气NOx直线上升，烟气SNCR脱硝费用较高。

2 锅炉出力下降分析

2.1 炉型介绍

潞安集团五阳热电厂的4×75t/h CFB 锅炉（型号：YG-75/5.29-M5）由山东济南锅炉厂生产，锅炉本体高22 512 mm，炉深5 290 mm，宽3 170 mm，炉膛内部分布膜式水冷壁，尾部烟道设计有高温过热器、低温过热器、省煤器、一二次风预热器。

2.2 锅炉出力下降原因分析

五阳热电厂采用现用煤种，相同的一二次风量，导致密相区燃烧份额增加，稀相区燃烧份额降低，锅炉循环倍率下降，锅炉出力降低。

（1）煤质发生变化，现用煤种灰分和挥发分大幅度降低，锅炉的循环倍率降低，密相区燃烧产生的热量流入稀相区的热量减少，导致锅炉密相区燃烧份额增加，稀相区燃烧份额降低。

（2）该电厂设计为用于燃烧劣质煤及矸石，而现用煤种低位发热量明显增加，灰分降低，传热下降。

2.3 改造前锅炉炉型分析

五阳热电厂4×75 t/h CFB 锅炉改造前二次风布置分三层，每层有7个二次风喷口，具体尺寸见图2。

图1 五阳热电厂4×75t/h CFB锅炉

图2 五阳热电厂4×75t/h CFB锅炉风量比与面积比关系图

五阳热电厂4×75t/h CFB 锅炉炉膛下部区域划分：布风板至第一层二次风喷口所在平面为第一区域；至第二层二次风喷口所在平面为第二区域；至第三层二次风喷口所在平面为第三区域；至锅炉渐扩段结束为第四区域。

风量比与面积比相除的数字越大，代表该区域的空气的流动速度越高，空气携带大颗粒的能力就越强，那么，进入稀相区的颗粒物就越多。各区域风量比与面积比比值为：第一区域0.9173～1.1716，第二区域0.9647～1.1211，第三区域0.9783～1.1402，第四区域1.0000～1.1288。

由上可知：

（1）在不改变配风的情况下，保证五阳热电厂4×75t/h CFB 锅炉椎体结构不变时，适当降低二次距离布风板的距离，可以提高密相区的流化速度，提高锅炉出力。

（2）在不改变配风的情况下，适当降低二次距离布风板的距离同时改变密相区的结构，可以提高密相区的流化速度，提高锅炉出力。

3 改造方案的设计

为节约开支，尽量小改动，不需要对布风板进行重新设计，五阳热电厂4×75t/h CFB锅炉下部区域采用较小的截面积，二次风口以上采用渐扩的锥形扩口，具体尺寸如下图3。

图3 二次风口送入位置采用渐扩的锥形扩口

4 五阳热电厂改造效果分析

4.1 改造前后75t/h CFB锅炉出力分析

在一二次风大致相等的情况下，运行床温在1030℃～1050℃之间。

改造前75t/h CFB 锅炉蒸发量：60.1 t/h，改造后75t/h CFB锅炉蒸发量：77.4 t/h，锅炉负荷提高了大约17 t/h 左右，由于锅炉煤质发生变化，燃用煤质灰分降低，锅炉的循环灰减少，循环倍率降低，密相区燃烧产生的热量流入稀相区的热量减少，同时，煤质的挥发份降低，都导致了密相区的燃烧份额增加，稀相区的燃烧份额降低。

改造后在，在相等的一二次风量下，密相区的流化速度得到提高，在布风板至第一层二次风所在平面区域内有更多的燃料析出二次风所在平面，并进入两层二次所在平面区域内，同样的原因导致颗粒物析出第二层二次风喷口所在平面颗粒物量的增加，使稀相区的可燃物量增加。炉出口颗粒物浓度增加，稀相区的燃烧份额增加，锅炉的循环倍率增加，循环倍率的增加又可以使密相区更多的热量被带入稀相区，使密相区的温度下降，稀相区可燃物浓度增加，不仅使流化床的蓄热增加，而且整个床的温差不会很大，同时，会使稀相区的传热系数增强，锅炉出力增加。

4.2 改造前后75t/h CFB锅炉炉出口温度对比分析

改造前75t/h CFB 锅炉炉出口温度：842.02℃，改造后75t/h CFB锅炉炉出口温度：944.82℃。

原因分析：相等的一二次风量下，改造前密相区的流化速度低于改造后密相区的流化速度，导致密相区与稀相区的燃烧份额及热量分布进行了重新分配。改造后，流化床下部的流化速度得到提高，密相区的颗粒空隙率增加，析出两层二次风所在平面的颗粒量增加，使密相区的燃烧份额下降，稀相区的燃烧份额增加，析出二次风所在平面的颗粒物增加，也使更多的热量被带入稀相区，稀相区的燃烧份额的增加，使未燃颗粒物的燃烧放热增加，同时，稀相区的颗粒物浓度增加，导致稀相区的蓄热增加，锅炉稀相区的传热增强。改造后燃烧及颗粒蓄热增强，锅炉温差较小，最终使改造后炉出口温度高于改造前炉出口温度。

4.3 改造前后75t/h CFB锅炉炉膛差压对比分析

改造前75t/h CFB 锅炉炉膛差压：232.27 Pa，改造后75t/h CFB锅炉炉膛差压：603.68 Pa。

在相同的一二次风下，改造后炉膛差压比改造前的炉膛差压高了一倍多（炉膛差压反映的是炉膛内部颗粒物的浓度值，炉膛差压大，反映出炉膛内颗粒物浓度值大，锅炉的循环倍率高，炉膛差压小反，映出炉膛内颗粒物浓度值小，锅炉的循环倍率低），说明膛内部的颗粒物浓度增加。改造后，75t/h CFB锅炉以相同的一二次风量运行，布风板至二次风口所在平面区域，由于没有采用渐扩段，相对改造前这一区域的流化速度得到了提高，流化速度的提高不仅使析出二次风所在平面颗粒燃烧物的增加，而且使这一区域的热量被更多的带到下一区域，同样的原因导致两层二次风所在平面的区域内及以上区域颗粒物浓度增加，更多的热量被带入稀相区，使稀相区的燃烧份额增加，同时，二次风口以上颗粒物的增加也带走了密相区更多的热量进入稀相区，这样就使稀相区的颗粒物浓度及燃烧量增加，密相区的热量减少，要维持密相区相等的床温，就需要更多的燃料燃烧。炉膛差压的增加也证明了稀相区颗粒物浓度的增加，锅炉循环倍率增强，锅炉传热增强，同时，炉出口温度提高，使锅炉传热增强，锅炉出力增加。

4.4 改造前后75t/h CFB锅炉烟气含氧量对比分析

改造前75t/h CFB 锅炉烟气含氧量：11.2%，改造后75t/h CFB锅炉烟气含氧量：8.3%。

在相同的一二次风量下，改造后，75t/h CFB锅炉烟气含氧量降低了3%左右，改造前锅炉的烟气含氧量高达11.2%，反映出锅炉密相区与稀相区热量分配失衡，锅炉循环倍率降低，密相区的燃烧份额增加，同时，从密相区进入稀相区的可燃物较少，炉出口温度降低，锅炉出力下降，燃煤量的降低，导致相同的一二次风量下，锅炉的烟气含氧量增加。

改造后，在相同的一二次风量下，锅炉烟气含氧量有所降低。通过锅炉下部的改造，锅炉布风板至二次风口所在平面区域内由于没有采用渐扩段，相对改造前这一区域的流化速度得到了提高，流化速度的提高不仅使析出二次风所在平面颗粒燃烧物增加，而且使这一区域的热量被更多的带到下一区域，同样的原因导致两层二次风所在平面的区域内及以上区域颗粒物浓度增加，更多的热量被带入稀相区，使稀相区的燃烧份额增加，锅炉的循环倍率增加，锅炉传热增强，锅炉出力增加，要想维持相同的床温，就需要更多的燃料进入锅炉，相同的一二次风量导致了锅炉烟气含氧量的降低。