75t/h燃油鍋爐改為水煤漿流化懸浮燃燒鍋爐實(shí)例

張龍習(xí)(山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院東營(yíng)分院，東營(yíng) 257091)

0 前言

我市是勝利油田的主產(chǎn)區(qū)，在用的燃油工業(yè)鍋爐有800臺(tái)左右，隨著原油價(jià)格的上漲，許多燃油鍋爐使用單位紛紛打算把燃油鍋爐改造為燃煤鍋爐。但是，要成功地將燃油鍋爐改造為燃煤鍋爐，其投資和難度都是相當(dāng)大的。東營(yíng)市某石化總公司在有關(guān)專家的指導(dǎo)下，將UG-75/3.82-Y型燃燃油鍋爐成功地改造為水煤漿流化懸浮燃燒鍋爐，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，證明這種改造效果是比較理想的。我本人也參與了這項(xiàng)鍋爐改造工程，現(xiàn)將改造情況作簡(jiǎn)要介紹，供同行參考。

1 水煤漿流化懸浮燃燒鍋爐的工作原理

水煤漿是一種新型煤基燃料，具有易于管道運(yùn)輸，便于裝卸、儲(chǔ)存等特點(diǎn)，因此它是一種很好的油代用品和低污染燃料。目前我國(guó)已開(kāi)發(fā)出了多種形式的水煤漿燃燒裝置，并在工程中應(yīng)用，取得了良好的效果。但是，在水煤漿懸浮燃燒過(guò)程中，尤其在小空間燃燒過(guò)程中存在的高溫結(jié)渣問(wèn)題一直沒(méi)有得到有效的解決。此外。懸浮燃燒的高溫環(huán)境（燃燒中心區(qū)為1500∽1800℃左右）增加了NOx的排放，同時(shí)亦難以在燃燒過(guò)程中直接脫硫，造成很大的環(huán)境污染。。東營(yíng)市某石化總公司在有關(guān)專家的指導(dǎo)下，開(kāi)發(fā)成功的水煤漿流化高效潔凈燃燒技術(shù)徹底解決了水煤漿在懸浮燃燒過(guò)程中，尤其是在小空間燃燒室中易結(jié)焦、燃燒不穩(wěn)定這一難題。該項(xiàng)技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，是水煤漿燃燒技術(shù)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，對(duì)潔凈煤技術(shù)將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒技術(shù)的工作原理是，將滴狀水煤漿投入燃燒室下部由石英沙和石灰石構(gòu)成床料的熾熱流化床中，其溫度在850∽950℃左右。水煤漿在熾熱的流化床料的加熱下迅速析出水分、隨后析出揮發(fā)份并著火燃燒以及焦碳被加熱后燃燒。在燃燒過(guò)程中，流化狀態(tài)下顆粒狀水煤漿團(tuán)進(jìn)一步解體為細(xì)顆粒被熱煙氣帶出密相區(qū)進(jìn)入懸浮室繼續(xù)燃燒。在燃燒室出口設(shè)有分離回輸裝置。被熱煙氣帶出的媒體物料和較大的水煤漿顆粒團(tuán)被分離器分離、捕捉，通過(guò)分離器下部設(shè)置的回輸通道返回燃燒室下部密相區(qū)，既減少了媒體物料的損失，又實(shí)現(xiàn)了水煤漿顆粒團(tuán)的循環(huán)燃燒，從而獲得較高的燃燒效率。此外，低溫燃燒過(guò)程（850∽950℃左右）有效地控制了熱力型NOx的形成。且由于媒體物料由石英砂與石灰石構(gòu)成，石灰石在高溫下煅燒生成CaO，CaO與SO2反應(yīng)后進(jìn)一步生成CaSO4，抑制了SO2的排放，而燃燒裝置的運(yùn)行溫度是CaO脫硫的最佳運(yùn)行溫度，可有效的減少SO2的排放。

2 鍋爐改造的基本原則

鑒于本次改造工程為將原燃用油氣混合燃料的鍋爐，改造為燃用水煤漿的流化懸浮高效潔凈燃燒鍋爐。綜合考慮技術(shù)、工藝、燃燒方式以及原鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并考慮經(jīng)濟(jì)性，本次改造遵循下列基本原則。

（1）維持原鍋爐整體結(jié)構(gòu)基本不變，保持原鍋爐主體鋼架及外形尺寸不變，汽包不再開(kāi)孔。

（2）保持鍋爐整體出口蒸汽溫度、壓力參數(shù)不變。

（3）在優(yōu)化選擇調(diào)整部分受熱面的前提下，采取可靠措施盡量使鍋爐達(dá)最大鍋爐出力。

（4）在優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提下，盡量利用原鍋爐材料與構(gòu)件，減少改造投資。

3 鍋爐改造后的設(shè)計(jì)參數(shù)

鍋爐型號(hào)DHFS60-3.82/450-SM2，額定蒸發(fā)量D=60D/H，過(guò)熱蒸汽壓力P=3.82Mpa，過(guò)熱蒸汽溫度T=450℃，給水溫度T=104℃，排污率P=2%，鍋爐設(shè)計(jì)熱效率≧89%。

4 鍋爐改造設(shè)計(jì)要點(diǎn)

將原燃油鍋爐的4只燃燒器及下部水冷壁拆除，將原燃燒室用水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒室代替。增設(shè)兩級(jí)分離器，一級(jí)為爐內(nèi)高溫組合式旋渦分離器，二級(jí)為槽型分離器，布置在水平煙道出口。將原鍋爐上級(jí)省煤器拆除，以便布置二級(jí)低溫過(guò)熱器。水冷風(fēng)室由兩側(cè)水冷壁與前水冷壁彎制而成，兩只點(diǎn)火用熱煙氣發(fā)生器布置在水冷風(fēng)室兩側(cè)。增設(shè)二次風(fēng)系統(tǒng)。1800 mm的水平煙道高度按照需要加高，加高方法為煙道底面下移。鍋爐分散下降管、鋼架、爐墻、護(hù)板、密封裝置、平臺(tái)扶梯、省煤器連接管、熱風(fēng)道、冷風(fēng)道、熱工測(cè)點(diǎn)等作相應(yīng)調(diào)整。

5 各主要部位的改造方法

5.1 密相區(qū)受熱面與水冷風(fēng)室

燃燒室自下而上分為密相區(qū)和稀相區(qū)，密相區(qū)為倒梯臺(tái)結(jié)構(gòu)，底部為流化床布風(fēng)板，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與特定的流化參數(shù)結(jié)合構(gòu)成內(nèi)循環(huán)燃燒，密相區(qū)內(nèi)設(shè)有埋管受熱面，該受熱面由￠60*5管子組成，管子上設(shè)有防磨裝置。具體為將前水冷壁從標(biāo)高6858處斷開(kāi)，與原鍋爐斷開(kāi)點(diǎn)重合，斷開(kāi)時(shí)應(yīng)留有上焊接面的修整余量，以便改造時(shí)與新設(shè)計(jì)的前下部膜式壁對(duì)接。前下聯(lián)箱不能利用，重新設(shè)計(jì)制造。將兩側(cè)水冷壁從6000處斷開(kāi)，將新設(shè)計(jì)的水冷風(fēng)室和后墻水冷壁與密相區(qū)受熱面在斷開(kāi)點(diǎn)處對(duì)接。增設(shè)前中聯(lián)箱并新制造下連箱。密相區(qū)設(shè)500×500爐門一個(gè)。改裝后，鍋爐前后下聯(lián)箱中心從標(biāo)高4000處下降至標(biāo)高1700處，兩側(cè)水冷壁下集箱中心由標(biāo)高4900處下降至1400處。這不僅是為滿足新的燃燒方式的需要，同時(shí)也可以擴(kuò)大爐膛容積，有利于水煤漿燃燒。水冷風(fēng)室仍為膜式壁結(jié)構(gòu)，管間焊扁鋼。

5.2 流化床構(gòu)成

前墻水冷壁向下延伸構(gòu)成的水冷布風(fēng)板，其管間距為100 mm,需焊合扁鋼，扁鋼上根據(jù)需要開(kāi)孔，用來(lái)安裝1383個(gè)氣流分布器（風(fēng)帽）。風(fēng)帽為柱形風(fēng)帽，為了增強(qiáng)流化效果，風(fēng)帽上部需增加導(dǎo)向碟，風(fēng)帽及導(dǎo)向碟材質(zhì)均為耐熱鑄鋼。風(fēng)帽為100 mm與90 mm交叉布置。為滿足停爐和檢修時(shí)排放媒體物料需要，風(fēng)箱上設(shè)放料管2個(gè),由￠89×4.5的合金鋼管構(gòu)成，與風(fēng)室上下面焊牢，為補(bǔ)償熱膨脹，其中間需加波形膨脹節(jié)。水冷風(fēng)室上平面需澆注耐火保溫層，由接管調(diào)成凹形結(jié)構(gòu)。水冷風(fēng)室的空氣入口設(shè)在鍋爐前側(cè)，水冷風(fēng)室的兩個(gè)防爆門設(shè)在接管處。水冷風(fēng)室的上面需用耐火磚砌筑成倒梯臺(tái)型的流化床，下部為矩形垂直段，上部為擴(kuò)散段，由四周與水平成500角的斜面過(guò)渡到四周水冷壁處。

5.3 水冷風(fēng)室的密封、絕熱

水冷風(fēng)室必須嚴(yán)密，不得漏風(fēng)，其密封方法均為用扁鋼焊于各管間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。改造后的鍋爐采用床下熱煙氣點(diǎn)火，所以風(fēng)室及熱煙氣引入管將受熱，因此熱風(fēng)管道入口加設(shè)耐火保溫材料。

5.4 爐門及看火孔

為調(diào)整燃燒及檢修需要，在密相區(qū)爐前墻設(shè)置1個(gè)500×500的爐門及4個(gè)看火孔。

5.5 床下點(diǎn)火裝置

本次改造采用床下熱煙氣自動(dòng)點(diǎn)火裝置。該裝置設(shè)于水冷風(fēng)室兩側(cè)，熱煙氣發(fā)生器產(chǎn)生的熱煙氣經(jīng)風(fēng)帽小孔進(jìn)入流化床內(nèi)，加熱媒體介質(zhì)物料起到點(diǎn)火啟動(dòng)作用。

5.6 防爆門

為防止風(fēng)室內(nèi)可燃?xì)怏w爆燃，在水冷風(fēng)室入口處設(shè)有兩個(gè)￠450的防爆門，原爐膛稀相區(qū)上部?jī)蓚€(gè)防爆門不動(dòng)。

5.7 二次風(fēng)系統(tǒng)

改造后鍋爐設(shè)二次風(fēng)系統(tǒng)，二次風(fēng)率為25%，在鍋爐兩側(cè)墻設(shè)12個(gè)二次風(fēng)口，二次風(fēng)管為￠121×5鋼管，二次風(fēng)分兩層送入。

5.8 增設(shè)一級(jí)組合式高溫旋渦分離器及物料回輸系統(tǒng)

稀相區(qū)上方爐膛出口設(shè)有組合式高溫旋渦分離器作為一級(jí)分離器，構(gòu)成爐內(nèi)空間循環(huán)燃燒，組合式高溫旋渦分離器由后墻水冷壁管與增設(shè)的聯(lián)箱與特制異型耐火磚構(gòu)成。分離下來(lái)的物料，經(jīng)返料口回輸?shù)綘t膛內(nèi)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)燃燒。

5.9 增設(shè)二級(jí)槽型分離器及物料回輸系統(tǒng)

在高溫過(guò)熱器前增設(shè)二次槽形分離器及相應(yīng)的物料回輸系統(tǒng)，分離下來(lái)的物料，經(jīng)返料口回輸?shù)綘t膛內(nèi)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)燃燒。二級(jí)分離器采用耐熱合金鋼。

5.10 過(guò)熱器、減溫器、省煤器和空氣預(yù)熱器等

原來(lái)的面式減溫器不作變動(dòng)。高、低過(guò)熱器從新設(shè)計(jì)。低溫過(guò)熱器采用水平布置方式，為自懸吊結(jié)構(gòu)。上級(jí)省煤器拆除，其空間布置水平低溫過(guò)熱器，省煤器的出水管相應(yīng)加長(zhǎng)?？諝忸A(yù)熱器原結(jié)構(gòu)與位置不變。

5.11 下降管調(diào)整

由于爐膛水冷壁向下加長(zhǎng)，其各下集箱均下移，原分散下降管隨之加長(zhǎng)并重新分配與布置。

5.12 鋼架與平臺(tái)的調(diào)整

根據(jù)水平煙道的調(diào)整，增設(shè)點(diǎn)火平臺(tái)，原鍋爐鋼架根據(jù)改造需要作必要的調(diào)整和增加。

5.13 爐墻與護(hù)板的調(diào)整

爐墻與護(hù)板調(diào)整工作量體現(xiàn)在新增燃燒室與流化風(fēng)室以及水平煙道加高部分，隨鍋爐結(jié)構(gòu)的變動(dòng)作相應(yīng)調(diào)整。

5.14 ?；?/p>

鍋爐在前墻或側(cè)墻設(shè)4個(gè)?；饔糜阱仩t運(yùn)行時(shí)給入水煤漿。

5.15 鍋爐加沙管

在鍋爐前墻設(shè)2個(gè)加沙管，運(yùn)行時(shí)補(bǔ)充物料，并用作鍋爐啟動(dòng)加料管，并兼作燃燒脫硫用石灰石加入管。

5.16 風(fēng)機(jī)

風(fēng)機(jī)的更換與重新安裝根據(jù)新型燃燒方式的需要，原鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)無(wú)法滿足需要，必須更換。同時(shí)應(yīng)將鼓風(fēng)機(jī)安裝在爐體右側(cè)，倒出鍋爐底部空間，以便安裝流化床。

5.17 鍋爐范圍內(nèi)管道及煙風(fēng)道調(diào)整

由于鍋爐改造后某些部件位置變化較大，所以必須對(duì)原鍋爐范圍內(nèi)管道和煙風(fēng)道進(jìn)行重新敷設(shè)和必要的調(diào)整，并增設(shè)二次風(fēng)系統(tǒng)。

6 水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

6.1 實(shí)現(xiàn)了水煤漿的低溫燃燒，解決了水煤漿懸浮燃燒帶來(lái)的易于結(jié)焦、運(yùn)行不穩(wěn)定、安全性差的問(wèn)題，同時(shí)抑制了熱力型NOX的生成與排放。

6.2 實(shí)現(xiàn)了著火燃燒后的水煤漿顆粒團(tuán)的循環(huán)燃燒，具有較高的燃燒效率。

6.3 利用石灰石與石英砂構(gòu)成的媒體物料，輔之于低溫燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)了水煤漿燃燒過(guò)程中直接脫硫，脫硫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低。

6.4 采用分離回輸燃盡裝置提高了石灰石的利用率，減少了媒體物料的補(bǔ)充量，提高了燃燒效率。

6.5 負(fù)荷調(diào)節(jié)特性好，可在100%～30%額定負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，水煤漿品質(zhì)適應(yīng)性好。

6.6 降低了對(duì)水煤漿品質(zhì)的要求，使制漿成本降低。

6.7 省略了價(jià)格昂貴的燃燒器與易出故障的霧化漿槍，不需要復(fù)雜的高壓風(fēng)漿系統(tǒng)及過(guò)濾等設(shè)備，系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單可靠。

6.8 運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，燃燒效率高，運(yùn)用范圍廣，適合各種參數(shù)的鍋爐。

7 結(jié)束語(yǔ)

水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒技術(shù)可在電站鍋爐和工業(yè)鍋爐上推廣應(yīng)用，具有巨大的市場(chǎng)潛力和經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。