酒糟鍋爐安全節(jié)能技術(shù)改造

李 德

（四川省宜賓五糧液集團(tuán)有限公司 宜賓 644000）

白酒糟是固態(tài)白酒生產(chǎn)過(guò)程中特有的固體廢物。為了無(wú)害化、減量化、資源化、效益化處理酒糟，五糧液集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)了酒糟綜合利用工程項(xiàng)目（即利用生物工程技術(shù)，以丟棄酒糟為原料生產(chǎn)復(fù)糟酒的復(fù)糟工程項(xiàng)目；以復(fù)糟作燃料建設(shè)的環(huán)保鍋爐工程項(xiàng)目；以及利用酒糟稻殼灰為原料生產(chǎn)5000t/a白炭黑的沉淀白炭黑工程項(xiàng)目），實(shí)現(xiàn)了將丟棄酒糟變廢為寶、深度開(kāi)發(fā)、綜合利用的目的。其中根據(jù)酒糟燃燒機(jī)理開(kāi)發(fā)的SZS4-1.25-D型環(huán)保鍋爐，系酒糟焚燒處理產(chǎn)品，由于此前并無(wú)酒糟鍋爐應(yīng)用先例，加之人們對(duì)酒糟燃燒理論研究太少，相關(guān)技術(shù)資料缺乏，從而造成環(huán)保鍋爐及其配套產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中就出現(xiàn)了許多不足的地方，如鍋爐對(duì)流管頻繁爆管、爐排中間“爐料扎堆”等問(wèn)題。

1 鍋爐概況

SZS4-1.25-D型環(huán)保鍋爐，系雙鍋筒縱置式自然循環(huán)水管鍋爐。整臺(tái)鍋爐由上部受熱面大件、下部燃燒設(shè)備大件、中部絕熱爐膛及尾部空氣預(yù)熱器四部分組成。其總體布置圖如圖1所示。

圖1 環(huán)保鍋爐總體布置圖

從圖1可知，鍋爐本體受熱面由布置在爐膛上部的水冷壁管及上下鍋筒之間的對(duì)流管束組成。水冷壁管的上端與上鍋筒直接相連，下端與下集箱相連。上下鍋筒位于鍋爐中央，上鍋筒比下鍋筒長(zhǎng)且貫穿于全爐，兩鍋筒之間的對(duì)流管束呈“O”形布置。

本鍋爐采用了層燃加室燃相結(jié)合的燃燒技術(shù)。即燃料經(jīng)噴料裝置噴入爐內(nèi)，一部分顆粒較細(xì)的酒糟懸浮在爐膛內(nèi)被加熱燃燒，同時(shí)隨爐內(nèi)煙氣的流向向上流動(dòng)；部分顆粒較大的酒糟在被加熱的同時(shí)下落到爐排上繼續(xù)燃燒。燃燒生成的高煙煙氣，從爐膛出來(lái)后進(jìn)入右上側(cè)旋風(fēng)燃燼室。從燃燼室出來(lái)的煙氣經(jīng)二回程橫向沖刷的對(duì)流管束后，進(jìn)入爐后熱管式空氣預(yù)熱器，其將冷空氣加熱到一定溫度后，再經(jīng)水膜除塵器除塵，最后由煙囪排入大氣。爐內(nèi)煙氣流程圖如圖2所示。

圖2 爐內(nèi)煙氣流程圖

2 存在問(wèn)題

1）旋風(fēng)燃燼室及隔煙墻轉(zhuǎn)彎處對(duì)流管束磨損嚴(yán)重并頻繁出現(xiàn)爆管事故，危及鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及酒糟的正常處理。

2）酒糟經(jīng)噴料裝置噴出后，較大顆粒在被加熱的同時(shí)下落到爐排上繼續(xù)燃燒，但當(dāng)下落到爐排時(shí)，形成了中間“爐料扎堆”，而兩側(cè)無(wú)料的現(xiàn)象。從而造成爐排中間燃料燃燒不充分，兩側(cè)大量漏風(fēng)的不利影響。

3 原因分析

3.1 對(duì)流管束磨損嚴(yán)重且頻繁爆管的原因分析

1）爐膛出口飛灰濃度特別大，對(duì)受熱面管的磨損大。

本鍋爐采用了層燃加室燃的燃燒技術(shù)，其燃料是經(jīng)噴料裝置噴入爐內(nèi)進(jìn)行燃燒的。同時(shí)由于酒糟干燥后密度小，迎風(fēng)面積大，很容易被吹起，致使相當(dāng)大部分酒糟懸浮在爐膛中燃燒[1]。故爐膛出口飛灰濃度特別大，為8～16g/Nm3。飛灰濃度越大，對(duì)旋風(fēng)燃燼室及隔煙墻轉(zhuǎn)彎處的受熱面管的磨損就越嚴(yán)重。

2）飛灰中SiO2含量高，對(duì)受熱面管的磨損加大。

通過(guò)對(duì)飛灰成分進(jìn)行分析，其SiO2含量特別高，為55%～60%，而SiO2是一種耐高溫，硬度特別大的物質(zhì)，當(dāng)其含量高時(shí)，對(duì)受熱面管的磨損就會(huì)加大[2]。

3）旋風(fēng)燃燼室流通截面小，加速了旋風(fēng)燃燼室及此處管壁的磨損。

燃料在爐膛內(nèi)燃燒，生成的高溫?zé)煔鈴臓t膛右上側(cè)進(jìn)入旋風(fēng)燃燼室，由于旋風(fēng)燃燼室的流通截面急劇變?。ㄆ浒霃絻H為300mm的一個(gè)圓），故煙氣會(huì)在旋風(fēng)燃燼室內(nèi)加速并形成強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)氣流，在這個(gè)過(guò)程中，煙灰由于受到離心力的作用而被甩向煙氣外側(cè)(此處飛灰濃度更大)，直接碰撞旋風(fēng)燃燼室內(nèi)壁及相鄰管壁，從而顯著加大了此處對(duì)流管的磨損。

4）煙氣走廊的形成，加速了隔煙墻轉(zhuǎn)彎處對(duì)流管的磨損。

由圖2可知，煙氣在繞過(guò)第二道隔煙墻、第三道隔煙墻時(shí)及從后墻左側(cè)排出爐外時(shí)，由于這些地方的流通截面較窄，只有極少數(shù)對(duì)流管的阻隔，致使這些地方形成了煙氣走廊，在煙氣走廊區(qū)，煙氣流速特別高，有時(shí)比平均流速大3～4倍[3]，根據(jù)磨損量與飛灰速度成三次方比例增加且飛灰速度約等于煙氣流速可知，這些地方飛灰對(duì)管子的磨損是呈數(shù)十倍增加的。同時(shí)，這些地方正處在煙氣轉(zhuǎn)彎處，由于離心力的作用，轉(zhuǎn)彎處外側(cè)的飛灰濃度就更大，此處管壁所受的磨損就更為嚴(yán)重。

由于上述種種原因，尤其是煙速的成倍增加，是造成旋風(fēng)燃燼室及隔煙墻轉(zhuǎn)彎處對(duì)流管束磨損嚴(yán)重并頻繁爆管的主要原因。

3.2 爐排中間“爐料扎堆”現(xiàn)象的原因分析

通過(guò)鍋爐運(yùn)行觀察及停爐檢查，同時(shí)做冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)“爐料扎堆”的主要原因是由于噴燃裝置噴料風(fēng)嘴結(jié)炭嚴(yán)重、下料口平臺(tái)角度不夠、出料口扇形角度不夠等因素造成的。

當(dāng)噴料風(fēng)的風(fēng)嘴結(jié)炭嚴(yán)重時(shí)，所噴入的風(fēng)量較小，不能將物料及時(shí)吹散，從螺旋給料機(jī)出來(lái)的物料就會(huì)成團(tuán)地下落至下料口下方的爐排上，由于噴料裝置是安裝在前墻中間位置，從而造成爐料在爐排中間出現(xiàn)扎堆的現(xiàn)象。

物料在噴料風(fēng)的作用下，是沿近似拋物線的軌跡下落的，當(dāng)下料口平臺(tái)角度不夠、出料口扇形角度不夠時(shí)，均會(huì)影響物料的下落軌跡，改變物料在爐排上的停留位置。下料口平臺(tái)角度不夠，物料易下落在爐排靠前的位置，加之出料口扇形角度不夠，不利物料向兩側(cè)發(fā)散，從而造成爐料在爐排中間出現(xiàn)扎堆的現(xiàn)象。

4 技術(shù)改造

根據(jù)鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，結(jié)合鍋爐房現(xiàn)有場(chǎng)地、鍋爐結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)（鍋爐設(shè)計(jì)效率偏低，排煙溫度較高）、燃料特性等情況，通過(guò)綜合考慮，制定如下技改方案。

4.1 擴(kuò)大主煙道，降低煙速

根據(jù)旋風(fēng)燃燼室及隔煙墻轉(zhuǎn)彎處受熱面管磨損嚴(yán)重并頻繁出現(xiàn)爆管的各種原因進(jìn)行分析可知，在不能改變鍋爐燃燒方式及飛灰中SiO2含量的情況下，解決對(duì)流管束頻繁爆管行之有效的辦法是擴(kuò)大主煙道，降低煙速，以減輕煙塵對(duì)對(duì)流管束的磨損，從而延長(zhǎng)對(duì)流管的使用壽命。為此須技改鍋爐上部受熱面大件（中后部），技改后鍋爐結(jié)構(gòu)及煙氣流程圖如圖3、圖4所示。

圖3 技改后鍋爐結(jié)構(gòu)圖

圖4 技改后煙氣流程圖

從圖3、圖4可知，其具體改造措施如下。

●4.1.1 更換上下鍋筒

上鍋筒筒徑不變，長(zhǎng)度不變，安裝位置不變；下鍋筒筒徑不變，長(zhǎng)度延長(zhǎng)556mm，延長(zhǎng)部分在安裝時(shí)，是在原位置基礎(chǔ)上朝爐前布置的。

●4.1.2 增加對(duì)流受熱面積

上下鍋筒之間的對(duì)流受熱面管由原來(lái)的橫向18組、縱向30組，改為橫向18組、縱向37組，由此增加了對(duì)流受熱面積40.7m2。

●4.1.3 更改煙氣流程

煙氣流程由原設(shè)計(jì)的二回程改為單流程，鍋爐出口煙道由原設(shè)計(jì)的左側(cè)布置（出口尺寸：500mm×700mm）改成沿鍋爐中心線對(duì)稱布置（出口尺寸：1600mm×700mm）。這樣當(dāng)煙氣從爐膛出口流經(jīng)對(duì)流管束時(shí)，是直向均流經(jīng)過(guò)對(duì)流管束的。

技改后，增大了對(duì)流管束區(qū)域內(nèi)煙氣的流通截面，降低了煙速。經(jīng)過(guò)對(duì)流管束的平均煙速由原來(lái)的8.11m/s降低到4.37m/s。同時(shí)由于取消了旋風(fēng)燃燼室，杜絕了煙氣走廊形成，且煙氣是直向均流通過(guò)對(duì)流管束的，從而大大延長(zhǎng)了對(duì)流管的使用壽命。

技改鍋爐上部受熱面大件（中后部）后，煙氣流速得以降低，雖然能有效地解決對(duì)流管束的磨損問(wèn)題，但由于煙氣流速降低，會(huì)對(duì)鍋爐整體吸熱效果帶來(lái)一定的負(fù)面影響。為此在對(duì)上部受熱面大件進(jìn)行改造的過(guò)程中，盡管受到鍋爐結(jié)構(gòu)的限制，還是增加對(duì)流受熱面積40.7m2。

4.2 對(duì)噴料裝置出口進(jìn)行整改

針對(duì)二次風(fēng)嘴結(jié)炭嚴(yán)重的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)用刮刀將其清理干凈，同時(shí)制訂了定期清理風(fēng)嘴的制度；針對(duì)下料口平臺(tái)角度不夠的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)將下料口平臺(tái)用鑄石板進(jìn)行鋪設(shè)，且使其外口略高于內(nèi)口2.5mm，這樣使燃料能夠更好地拋向空中；針對(duì)出料口扇形角度不夠問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)出料口進(jìn)行了重新施工，使其成為一個(gè)內(nèi)口寬為400mm，外口寬為520mm的對(duì)稱扇面；同時(shí)噴燃裝置出口下料板經(jīng)常被磨損及燒壞，現(xiàn)場(chǎng)還用耐高溫的不銹鋼板制作了下料板，以保證其經(jīng)久耐用。

4.3 增設(shè)余熱回收換熱器以回收煙氣余熱

在對(duì)鍋爐上部受熱面大件進(jìn)行改造的過(guò)程中，由于受鍋爐原有結(jié)構(gòu)的束縛，僅能增加對(duì)流受熱面40.7m2，同時(shí)鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度較高，經(jīng)熱力計(jì)算，需在尾部煙道內(nèi)增設(shè)余熱回收換熱器來(lái)繼續(xù)回收煙氣余熱。為了便于布置，現(xiàn)場(chǎng)在空氣預(yù)熱器與除塵器之間的煙道上增設(shè)了“余熱回收換熱器”，并采用管殼式豎直布置。煙氣余熱是通過(guò)鍋爐軟水進(jìn)行回收的，這樣既減少了除氧器的蒸汽消耗（除氧器采用熱力式大氣除氧），又降低了煙氣排放溫度，從而提高了鍋爐效率。

5 效果檢查

通過(guò)上述改造后，鍋爐能安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并經(jīng)鍋爐熱工性能檢測(cè)，其效果如下：

1）酒糟著火及時(shí)，燃燒正常，能充分燃燼，灰渣可燃物含量為2.09%。

2）鍋爐排煙溫度約為140℃，低于原設(shè)計(jì)的鍋爐排煙溫度（原設(shè)計(jì)排煙溫度為170℃，因干糟含硫量極低，僅為0.17%，屬低硫燃料，故煙氣排煙溫度可適當(dāng)降低一些）。

3）鍋爐出力不僅能達(dá)到額定出力，并具有超負(fù)荷的能力。

4）經(jīng)熱工性能檢測(cè)，鍋爐熱效率為80.13%，明顯高于改造前鍋爐設(shè)計(jì)熱效率（70%）。

以上數(shù)據(jù)表明，針對(duì)酒糟鍋爐的技改是相當(dāng)成功的。同時(shí)還為同類鍋爐技術(shù)改造提供了很好的參考意見(jiàn)。

[1] 袁益超，劉聿拯.燃酒糟鍋爐運(yùn)行性能熱態(tài)試驗(yàn)研究[J].鍋爐技術(shù)，2005，36（04）：68-72.

[2] 范從振.鍋爐原理[M].北京：中國(guó)電力出版社，1986.

[3] 西安電力學(xué)校鍋爐教研組.小型火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備及運(yùn)行（修訂版）[M].北京：水利電力出版社，1988.