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1、前言
    我國是一個(gè)以煤為主要能源的國家，一次能源中煤約占75%，煤產(chǎn)量中70qo用于電站鍋爐，工業(yè)鍋爐以及爐窯。電站鍋爐容量較大，大部分為煤粉鍋爐，只有小部分是鏈條爐和沸騰爐；工業(yè)鍋爐容量較小，大部分是鏈條爐，只有小部分是油爐和沸騰爐。這些鍋爐大多是十多年前生產(chǎn)的，不僅效率低、煤耗大、煤種適應(yīng)性差、污染嚴(yán)重，而且機(jī)械化、自動(dòng)化程度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性能差，這不僅影響鍋爐本身的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)造成影響，但同時(shí)將其全部更換成新鍋爐不但不現(xiàn)實(shí)，而且也很不經(jīng)濟(jì)。
    為了提高鍋爐效率，擴(kuò)大燃料適應(yīng)范圍和負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，減少粉塵污染和大氣污染，延長鍋爐壽命，對(duì)一些存在問題的舊鍋爐進(jìn)行改造是十分必要的。
    循環(huán)流化床技術(shù)作為一種新穎的高效低污染清潔燃燒技術(shù)，具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、脫硫效果好、氮氧化物排放低、灰渣利用價(jià)值高和負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，負(fù)荷調(diào)節(jié)快的特點(diǎn)。采用把原有的常規(guī)鍋爐改造為循環(huán)流化床鍋爐可提高對(duì)煤種的適應(yīng)性，提高燃燒效率和鍋爐的熱效率，減少S02和NOx的排放，同時(shí)可延長超齡鍋爐的服役。
    本文介紹我公司為遼寧某熱電廠將35 t/h拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)爐排鏈條爐改造為40 t/h循環(huán)流化床的實(shí)例。
2、改造條件與要求
2.1改造背景
    遼寧阜新某熱電廠原有三臺(tái)35t/h拋煤機(jī)鏈條鍋爐，設(shè)計(jì)煤種為煙煤，由于拋煤機(jī)鏈條鍋爐對(duì)燃料的要求較高，實(shí)際燃用煤質(zhì)的低位發(fā)熱值不能低于17600 kj/kg，運(yùn)行成本較高。由于受煤源和價(jià)格的限制，近年來一直無法使用設(shè)計(jì)煤種，只能燃用當(dāng)?shù)氐蜔嶂档?000—3500 kj/kg的劣質(zhì)煤，運(yùn)行成本非常高，電廠一直處于虧損狀態(tài)。2005年熱電廠被一民營企業(yè)收購�？紤]循環(huán)流化床鍋爐既可以燃燒低熱值燃料，又能進(jìn)行爐內(nèi)脫硫，使環(huán)保達(dá)標(biāo)，其灰渣還能用于水泥生產(chǎn)，因此該電廠提出將原有的拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)爐排鏈條爐改造為可以燃燒劣質(zhì)燃料的循環(huán)流
    鍋爐原設(shè)計(jì)燃料為淮南大通煙煤，低位發(fā)熱量為21383kj/kg，設(shè)計(jì)熱效率為81.9%，改造之前鍋爐實(shí)際的運(yùn)行效率為67%，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    改造前鍋爐基本尺寸：
    鍋筒中心標(biāo)高17950 mm
    鍋爐左，右柱中心寬度7690 mm
    爐膛截面尺寸4140 mm×4330 mm
    鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高6000 mm
    鍋爐前、后柱中心深度11082 mm
2.3用戶對(duì)鍋爐改造的要求
    (1)改造后燃用給定設(shè)計(jì)煤種時(shí)，鍋爐給水溫化床鍋爐，以降低運(yùn)行成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
2.2改造前鍋爐情況
    原鏈條鍋爐型號(hào)為xx - 35/3. 82 - M2．該鍋爐改造前的總圖如圖l所示。該鍋爐為單鍋筒的自然循環(huán)水管鍋爐，拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)鏈條爐排。整個(gè)布置為典型的Ⅱ型結(jié)構(gòu)、雙層布置。運(yùn)行層為6m，運(yùn)行層下出灰闖標(biāo)高為Om。爐排下沿寬度方向雙側(cè)進(jìn)風(fēng)，每側(cè)前后分為6個(gè)風(fēng)室，每個(gè)風(fēng)室進(jìn)風(fēng)管上都裝有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥門。爐膛四周布置51x3的光管水冷壁。低溫過熱器，兩級(jí)過熱器之間布置有表面式減溫器，過熱器均為順列布置。在尾部煙井的上部布置有鋼管省煤器，省煤器分為上下兩級(jí)，錯(cuò)列布置。省煤器下面布置有兩級(jí)管式空氣預(yù)熱器，空預(yù)器上級(jí)為立式布置，下級(jí)為臥式布置。溫度、工作壓力、過熱蒸汽溫度不變，但蒸發(fā)量要提高到40t/h;
    (2)燃料適應(yīng)性要強(qiáng)，煤的熱值在3000～3800 kj/kg均可保證蒸發(fā)量不低于40 t/h，且鍋爐效率不低于86%；
    (3)盡量不變動(dòng)鍋爐基礎(chǔ)和鋼結(jié)構(gòu)；
    (4)原鍋爐的汽包不動(dòng)；
    (5)所需的新部件盡量小，輔助設(shè)備盡量加以利用。
3、改造方案
3.1鍋爐改造的技術(shù)支持
    循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展到今天，就35 t/h容量級(jí)來說，可采用的技術(shù)很多，如下排氣循環(huán)流化床鍋爐，帶豎埋管的內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐、帶橫埋管的外置分離器的低倍率循環(huán)流化床鍋爐等。根據(jù)用戶使用的是劣質(zhì)煤，并要把鍋爐蒸發(fā)量提高到40t/h，且要求鍋爐效率不低于86%的要求，我們采用了中國科學(xué)院工程熱物理研究所高溫絕熱分離的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)。
    中國科學(xué)院工程熱物理研究所長期從事循環(huán)流化床鍋爐的研究與開發(fā)工作，到目前為止，已經(jīng)開發(fā)了35。480t/h系列容量的鍋爐，在循環(huán)流化床鍋爐的研發(fā)、設(shè)計(jì)、運(yùn)行方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。我公司自2003年起與中國科學(xué)院工程熱物理研究所開始技術(shù)合作，共同開發(fā)35。130 t/h系列容量的循環(huán)流化床鍋爐。本次鍋爐改造，由中國科學(xué)院工程熱物理研究所和我公司共同完成。
3.2鍋爐改造的總體考慮
    由于原鍋爐為拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)爐排鏈條爐，相對(duì)于同樣容量的一般循環(huán)流化床鍋爐來說，爐膛尺寸顯得“矮胖”。由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒溫度低于鏈條爐，同時(shí)燃料發(fā)熱量較低，若只利用原有鍋爐高度不僅很難將蒸發(fā)量提高到40t/h，而且鍋爐燃燒效率也得不到保證。為拿出切實(shí)可行的方案，達(dá)到用戶滿意，我們幾次到鍋爐房實(shí)地測(cè)量，在用戶的積極配合下，設(shè)計(jì)院詳細(xì)核定了鍋爐房基礎(chǔ)負(fù)荷，最后根據(jù)鍋爐房實(shí)際高度，征得用戶認(rèn)可將鍋爐整體向上提高8m。
    根據(jù)改造鍋爐的具體情況，保留原鍋爐尾部兩根柱23、Z4不動(dòng)，仍然布置省煤器和空氣預(yù)熱器；在原鍋爐的爐前第一根柱Z，向前新加柱Z0，向后新加柱22(原鍋爐柱Z，不動(dòng)，繼續(xù)做爐室的承載柱)，新加的柱Zo、22之間形成新爐膛；取消原鍋爐22，新加水泥柱Z與原水泥柱23之間形成旋風(fēng)分離器空間。鍋爐改造后的鍋爐基礎(chǔ)見圖2。
    在改造設(shè)計(jì)中，除保留原鍋筒外（新的膜式壁與鍋筒之間靠新加的中間集箱連接），還利用了原來鍋爐的前三組省煤器，同時(shí)增加了一級(jí)省煤器，布置方式與原來相同；利用了一組臥式空氣預(yù)熱器；爐膛、過熱器全部采用新加工制造。
3.3改造后鍋爐主要參數(shù)及性能指標(biāo)設(shè)計(jì)煤種見表l，改造后鍋爐主要參數(shù)及性能指標(biāo)見表2。
3.4鍋爐總體布置
  (1)整體概述
  本鍋爐采用中溫中壓參數(shù)、單汽包自然循環(huán)、膜式水冷壁、分散下降管，平衡通風(fēng)、絕熱旋風(fēng)分離器、一級(jí)噴水減溫器調(diào)節(jié)蒸汽溫度的結(jié)構(gòu)。鍋爐采用支吊結(jié)合的固定方式，鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高仍為6000 mm。鍋爐采用位于爐膛前墻水冷壁下部的兩點(diǎn)給煤，采用位于爐膛底部布風(fēng)板上的兩點(diǎn)排渣。
    鍋爐采用兩級(jí)配風(fēng)，一次風(fēng)從爐膛底部布風(fēng)板進(jìn)入爐膛，二次風(fēng)從爐膛的前后墻進(jìn)入爐膛。
    旋風(fēng)分離器位于爐膛出口和尾部豎井煙道之間，旋風(fēng)分離器下端的返料器將分離下來的物料送回爐膛。
    高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器依次布置在尾部豎井煙道之中。
    (2)鍋爐汽水系統(tǒng)
    鍋爐給水分為兩路，一路進(jìn)入噴水減溫器，調(diào)節(jié)低溫過熱器的出口蒸汽溫度，另一路直接進(jìn)入省煤器進(jìn)口集箱，經(jīng)過水平布置的四級(jí)錯(cuò)列光管省煤器，匯集到省煤器的出口集箱，由引出管接至汽包。
鍋爐采用自然循環(huán)，汽包內(nèi)的鍋水由分散下降管分配到膜式水冷壁下集箱，經(jīng)爐膛膜式水冷壁加熱后成為汽水混合物，隨后經(jīng)水冷壁上集箱、汽水引出管引入汽包后進(jìn)行汽水分離。被分離出來的水進(jìn)入汽包水空間，進(jìn)行再循環(huán)。分離出來的飽和蒸汽從汽包頂部的蒸汽連接管引至過熱器懸吊管，進(jìn)入低溫過熱器、噴水減溫器、高溫過熱器，最后將合格的過熱蒸汽引向汽機(jī)。
    (4)鍋爐基本尺寸
    改造后鍋爐簡(jiǎn)圖見圖3。
    鍋筒中心標(biāo)高25900 mm
    鍋爐左、右柱中心寬度5490 mm
    爐膛布風(fēng)板尺寸3200 mm X1340 mm
    尾部過熱器下降煙道4100 mm X1900 mm
    尾部空預(yù)器下降煙道3500mm X1490 mm
    鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高6000 mm
    鍋爐前后柱中心深度11110 mm
    爐膛上部尺寸3200 mm×3200 mm
    尾部省煤器下降煙道4100 mm×1490 mm
5、鍋爐主要系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)選取
    (1)燃燒過程組織
    改造后鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒方式。燃煤和空氣在爐膛內(nèi)流態(tài)化狀態(tài)下?lián)交烊紵�，并與受熱面進(jìn)行熱交換，離開爐膛并夾帶有大量物料的煙氣經(jīng)過高溫旋風(fēng)分離器之后，絕大部分固體物料被旋風(fēng)分離器分離下來，經(jīng)返料器返回爐膛，煙氣則進(jìn)入尾
    (3)鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)
    鍋爐采用平衡通風(fēng)，爐膛出口處煙氣壓力為一100 Pa，由引風(fēng)機(jī)擋板的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。空氣采用兩級(jí)送風(fēng)，一次風(fēng)由一次風(fēng)機(jī)提供，由布風(fēng)板下的一次風(fēng)箱進(jìn)入爐膛。二次風(fēng)由二次風(fēng)機(jī)提供，由爐膛下部的二次風(fēng)噴口進(jìn)入爐膛。部的煙道。循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)由爐膛、旋風(fēng)分離器和返料器等核心部分組成。
    (2)鍋爐爐膛
    本鍋爐爐膛上部尺寸為3200 mm×3200 mm，工作溫度880℃左右。爐膛下部的前后墻向中間收縮，形成上大下小的結(jié)構(gòu)。爐膛下部的后墻水冷壁彎制成水冷布風(fēng)板，布風(fēng)板呈水平布置，風(fēng)帽采用耐磨高溫合金精密鑄造，風(fēng)帽的橫向和縱向節(jié)距皆為160 mm。
    (3)氣固分離與返料
    本鍋爐采用旋風(fēng)分離器作為煙氣與物料的分離器，它具有分離效率高和強(qiáng)化燃燒的優(yōu)點(diǎn)。旋風(fēng)分離器將被煙氣夾帶離開爐膛的物料分離下來，通過返料器返回爐膛，煙氣則流向尾部對(duì)流受熱面。
    (4)鍋爐配風(fēng)
    本鍋爐燃燒系統(tǒng)采用兩級(jí)配風(fēng)，一次風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器升溫至150℃，進(jìn)入水冷風(fēng)室，經(jīng)過布風(fēng)板上的風(fēng)帽進(jìn)入爐膛。二次風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器升溫至150℃，進(jìn)入二次風(fēng)箱。風(fēng)箱接出7根支管，二次風(fēng)經(jīng)7根支管進(jìn)入爐膛。運(yùn)行中可以通過調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)風(fēng)量的配比來控制爐膛溫度。
    為防止堵煤，從一次風(fēng)箱引出4支風(fēng)管，接到爐前兩個(gè)進(jìn)煤管的特定部位，在進(jìn)煤口的下部形成氣墊使煤能夠順利地進(jìn)入爐膛。
  返料器用的流化風(fēng)由風(fēng)壓為40 kPa的高壓流化風(fēng)機(jī)提供，高壓流化風(fēng)機(jī)共設(shè)兩臺(tái)（一用一備）。
    (5)鍋爐的點(diǎn)火啟動(dòng)和鍋爐給煤
    鍋爐設(shè)有一臺(tái)床下風(fēng)道點(diǎn)火燃燒器，點(diǎn)火燃燒器由點(diǎn)火油槍、高能點(diǎn)火器及火焰檢測(cè)裝置組成。
  燃煤經(jīng)給煤機(jī)進(jìn)入布置在前墻的兩個(gè)∮273×10 mm給煤管，借助自身重力和引入的一次風(fēng)，在布風(fēng)板上方進(jìn)入爐膛。為防止給煤管內(nèi)堵煤，在給煤‘管的轉(zhuǎn)彎處和給煤管下部出口處均引入一次風(fēng)。給煤量按僅用一條管路給煤時(shí)，鍋爐亦能滿負(fù)荷運(yùn)行考慮。
    (6)鍋爐受熱面的防磨
    循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的循環(huán)回路內(nèi)灰濃度較高，受熱面的防磨必須慎重處理。為了保證鍋爐長期工作可靠，本設(shè)計(jì)中特別考慮了防磨問題。在一些極易發(fā)生磨損的部位采用帶銷釘?shù)哪湍タ伤芰稀Ｌ厥獾牟课徊捎昧思臃滥フ值姆滥ゴ胧��?br />     (7)輔助設(shè)備
    為節(jié)省投資，原鼓風(fēng)機(jī)作為二次風(fēng)機(jī)使用，新增一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)作為一次風(fēng)機(jī)，同時(shí)更換引風(fēng)機(jī)，增加兩臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)（一用一備）。熱工儀表新增的溫度測(cè)點(diǎn)包括密相區(qū)溫度、爐膛出口溫度、分離器進(jìn)口溫度及返料溫度，新增的壓力測(cè)點(diǎn)包括風(fēng)室壓力、料層差壓、播煤風(fēng)壓、爐膛負(fù)壓和分離器進(jìn)口壓力，其余測(cè)點(diǎn)繼續(xù)使用原有鍋爐儀表。
6、結(jié)束語
    通過介紹鏈條爐改造為循環(huán)流化床鍋爐改造方案，表明采用循環(huán)流化床技術(shù)對(duì)舊鍋爐進(jìn)行改造是可行和有效的，改造后鍋爐效率有明顯提高，污染物排放可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。鍋爐改造可以克服原有鍋爐的缺點(diǎn)，提高燃燒效率，實(shí)現(xiàn)劣質(zhì)煤的綜合利用，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。