90t/h 循环流化床锅炉节能改造优化方案

官伟

（内江市特种设备监督检验所，四川 内江 641100）

我市某酒精企业自备电厂2#炉为90t/h 次高温次高压循环流化床锅炉。锅炉型号**G-90/5.29-M2，额定蒸发量90t/h，额定蒸汽压力5.29MPa，额定蒸汽温度485℃，制造日期2009.7，投用日期2010.3，燃烧方式为循环流化床，主要特点是采用循环流化床燃烧技术，膜式水冷壁组成水冷布风板和炉膛，护板炉墙组成尾部竖井烟道，高、低温过热器、省煤器、空气预热器全部布置在尾部竖井烟道中，过热器采用管吊管结构，省煤器、空气预热器及旋风分离器等采用支撑结构。

1 改造背景

2010 年3 月锅炉投入运行，因生产酒精工艺需要，要求锅炉满负荷运行，使锅炉长期处于高负荷、大风量的运行状况，从而出现平均床温高达986℃，单点测定温度达到了1045℃；长期处于高床温的运行状态，导致锅炉NOx 排放高；床温高、风机出力增大，导致厂用电增大；床温分布不均匀，导致风帽磨损严重；一、二次风比例匹配不当，影响锅炉燃烧；减温器喷水量偏大；排烟温度高等状况，影响锅炉安全、稳定运行。

2 改造方案

为解决锅炉运行中出现的问题，并满足节能环保要求，经多方研讨，决定对锅炉低氮燃烧改造，蒸汽参数不变，炉膛增加2 片挂屏水冷屏，增加炉内受热面；改造返料装置，提高返料可靠性，均衡料床温度；改造锅炉的一、二次风系统，提高炉膛下部还原反应区高度，降低床温和氧量，降低NOx 原始排放量。

2.1 改造计算

锅炉热力计算(见表1)。

表1 锅炉热力计算汇总表

2.2 炉膛改造

为了降低床温和氧量，在左墙炉膛内布置二片“水冷屏”（Ф60×5、20G、GB5310 且管子材料与原锅炉水冷壁管一致），宽度13×80=1040mm，高度约16.5m。从原下降管上引出Φ133×6 管子接到水冷屏下集箱。由于原锅炉侧水冷壁汽水连接管为4 根Φ108×4.5，与侧墙水冷壁管截面比余量较大，因此，改造设计时，每侧取消其中一根Φ108×4.5管子，集箱管接头用闷盖封焊。取消的这二根管子在汽包上的管接头，作为与水冷屏上汽水连接管的管接头。每片水冷屏上集箱引出一根Φ159×8 的汽水连接管引到汽包上。经计算，集中下降管、分散下降管与水冷壁、水冷屏的截面比满足设计规范。汽水连接管与水冷壁、水冷屏的截面比满足设计规范。水冷屏过渡区域采用让管技术（见图1），本次锅炉改造时，对原高、低温过热器、减温器、省煤器和空气预热器不进行改造。

图1 水冷屏穿墙处结构(让管)示意图

2.3 一、二次风系统改造

锅炉改造后为减小烟风阻力，加大二次风箱截面。本次改造考虑降低NOx 原始排放量，为此采取如下措施：

（1）改变一、二次风比例，由原来的比例6:4 改为5:5，从而加大二次风量、减少一次风量，以强化循环床锅炉分级燃烧的强度。

（2）保留原锅炉二层二次风喷口，下层二次风喷口改接一次风。

（3）在距布风板高度约2.5m 处增加一层二次风喷口。

（4）在原上层二次风管的基础上新增加二次风风管，管径为Φ219，以减少风管阻力。

2.4 返料装置改造

返料箱改为三室独立送风，安装2 种风帽，松动风、流化风、输送风互不干拢，高压头、小风量返料，大幅提高返料可靠性。返料口下降，并向炉膛中线偏移，提高返料均匀性，均衡料床温度，降低NOx 生成量。为保证返料稳定将原有离心增压风机更换成二台罗茨风机，罗茨风机风量按每台1200Nm3/h，风压按30000Pa，二台罗茨风机一运一备，将原来返料装置更换为多风室返料箱，配用返料柱型风帽，使返料更加通畅，同时，将返料进口立管尺寸缩小，增加料封阻力。在每个返料腿的立管上部开孔后接出一段Φ325 的钢管带法兰及端板作为喷钙的预留口，返料风机应采用罗茨风机(一运一备)。

3 改造后效果分析

2018 年2 月锅炉完成改造且已连续稳定运行2 年，通过对锅炉改造前后主要参数监测（见表2），床温由原来的972℃降到940℃，降低32℃；减温器减温水量由原来的6t/h 降到4t/h，调温幅度在30℃，而改造前调温范围达150℃；排烟温度从原来的136℃降到130℃；NOx 排放值由原来的415mg/m3降到220mg/m3。

4 改造后锅炉燃烧优化调整建议

4.1 燃烧温度控制

燃烧温度越高，燃料在床层中就越能烧透，飞灰可燃物、炉渣可燃物就可降低；但是，床温变高NOx 原始生成量会升高，因此，在运行中找到合适的燃烧温度非常重要；建议燃烧烟煤时，燃烧温度控制在880 ～910℃范围内。

表2 锅炉改造前后主要参数对比

4.2 氧量控制

循环流化床锅炉运行当中，一次风控制最小临界流化风量和床温，二次风控制总氧量；降低NOx 原始生成量，降低一次风量效果最明显。因此，一次风、二次风比例控制在5：5。本次锅炉改造设计中，保留有下层二次风喷口，正常情况下，下层二次风喷口关闭(仅少开些以冷却喷口)。当炉渣可燃物或CO 升高时，可适当开启下层二次风，向床层补充氧量。

4.3 风室压力控制

循环流化床锅炉料层的厚薄，决定着风室压力的大小；料层烧的厚一些可增加内循环，有利于降低NOx 原始生成量，也有利于降低炉渣可燃物，但是，料层烧厚了，一次风机厂用电会增加，也会增加水冷壁下部管子的磨损。因此，建议风室压力控制在6.5 ～8.5kPa。燃烧灰份高的煤种，风室压力取低值，燃烧灰份低的煤种，风室压力取高值。

4.4 给煤、布风、返料均匀性控制

循环流化床锅炉运行当中，要求三台给煤机给煤量大小做到相同。当给煤量均匀从而保证床温均匀，减小床层中局部NOx 原始生成量。在保证不堵煤的前提下，播煤风风门、送煤风门尽量开小。循环流化床锅炉每次停炉后，检查每只风帽的损坏情况；凡是风帽小孔有磨损现象的，必须要求更换，防止布风板局部流化不均匀而造成局部NOx 原始生成量升高。循环流化床锅炉运行当中，二只返料风箱的返料风量、风门开度要保持一致，返料的流化风量、松动风量要求相同；每次停炉后要检查每只返料风帽，有损坏的必须更换，以保证返料的正常可靠。

5 结语

在炉膛增加水冷屏，实现了降低床温的目的，锅炉带负荷能力增强，锅炉效率有所提升；锅炉炉内脱硫效率得到了一个较大的提高，对锅炉NOx 的原始产生量有明显降低；一、二次风系统改造，强化循环床锅炉分级燃烧的强度，从而降低NOx 原始排放量；返料装置改造提高返料可靠性、均匀性，均衡料床温度，降低NOx 生成量。通过上述举措锅炉改造达到预期效果，从根本上解决锅炉运行中存在的问题，使锅炉排放指标达到节能环保要求并提高经济效益。