循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能改造技術(shù)研究

劉志成

摘要：在運(yùn)行循環(huán)流化床鍋爐的過程中，往往會(huì)需要燃燒一定量的煤炭以及其他含硫燃料，在此過程中必然會(huì)生成大量二氧化硫，而部分二氧化硫在轉(zhuǎn)化成三氧化硫并且同煙氣中的水蒸氣進(jìn)行相互結(jié)合下，所生成的硫酸蒸汽不僅會(huì)使得煙氣露點(diǎn)溫度大幅提高。同時(shí)其在與其他物質(zhì)進(jìn)行相互反應(yīng)下也比較容易產(chǎn)生堵灰等問題，嚴(yán)重影響著循環(huán)流化床鍋爐的正常運(yùn)行。因此本文將通過結(jié)合具體設(shè)備實(shí)例，在明確其節(jié)能需求的基礎(chǔ)上提出一種行之有效的節(jié)能改造方案，并通過對其改造成效進(jìn)行分析以驗(yàn)證本文所提循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能改造方案的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化鍋爐；回收余熱；節(jié)能改造

一、循環(huán)流化床鍋爐的節(jié)能需求分析

（一）設(shè)備概述

本文以某廠的65t/h循環(huán)流化床鍋爐為例，該鍋爐整體為全鋼結(jié)構(gòu)，運(yùn)用了島式半露天布置形式和單鍋筒自然循環(huán)形式。通過支吊結(jié)合進(jìn)行有效固定，運(yùn)用包括床下點(diǎn)火以及旋風(fēng)分離器等部件共同組成了該高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐的燃燒系統(tǒng)。利用SNCR工藝并將尿素作為還原劑進(jìn)行脫硝處理，并同時(shí)使用爐后石灰石石膏濕法脫硫的方式同步完成脫硫和除塵[1]。

（二）節(jié)能需求

自從該循環(huán)流化床鍋爐正式投入運(yùn)行以來，一直以煙煤和褐煤為主，入爐煤揮發(fā)份在30%到45%之間，灰份則只有大約15%到25%。并且因循環(huán)流化床鍋爐長時(shí)間負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，缺乏后續(xù)系統(tǒng)完善的運(yùn)維、養(yǎng)護(hù)和管理工作，因此也導(dǎo)致機(jī)組設(shè)備中存在部分設(shè)備和零部件嚴(yán)重老化、磨損和形變的問題，不僅直接影響著循環(huán)流化床鍋爐的節(jié)能效果，同時(shí)也大大影響了鍋爐的正常、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。本文在對其進(jìn)行節(jié)能改造的過程中，將重點(diǎn)放置在相變換熱系統(tǒng)上，要求其壁面溫度至少需要達(dá)到110℃，而排煙溫度需要控制在125℃到130℃之間。但根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況以及燃料煙氣酸露點(diǎn)，對換熱器壁溫進(jìn)行相應(yīng)調(diào)控。譬如說如果煙氣酸露點(diǎn)相對較高，則可以通過利用自控裝置對換熱器壁溫的最低值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而在有效避免出現(xiàn)不結(jié)露的情況下增大回收效益。

二、循環(huán)流化床鍋爐的節(jié)能改造方案

（一）改造布風(fēng)裝置

在循環(huán)流化床鍋爐的實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，風(fēng)帽直接決定著物料循環(huán)的穩(wěn)定性，因此為了能夠有效保障循環(huán)流化床鍋爐實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，并獲得較高的節(jié)能成效，需要對現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐的布風(fēng)裝置進(jìn)行相應(yīng)改造，從而使得爐膛截面位置處能夠均勻分布空氣，以此提高物料流化的均勻性，放置出現(xiàn)流化死區(qū)或是結(jié)焦等相關(guān)問題?？紤]到原有循環(huán)流化床鍋爐中的鐘罩式風(fēng)帽與直通式芯管搭配使用，在風(fēng)帽外罩出擁有八個(gè)開孔，芯管同外罩牢固焊接在一起[2]。在實(shí)際運(yùn)用過程中因受到水平方向小孔的影響，在將床料膠乳其中后，難免會(huì)出現(xiàn)少部分灰渣落入芯管和外罩之間的縫隙中，從而影響外罩小孔的出風(fēng)量，導(dǎo)致無法有效提高對沖效果，并會(huì)在一定程度上加劇風(fēng)帽之間的沖刷。因此本文在對循環(huán)流化床鍋爐的風(fēng)帽進(jìn)行改造的過程中，通過將風(fēng)帽外罩的出風(fēng)小孔向下調(diào)整20°，并對出風(fēng)小孔的外罩厚度進(jìn)行適當(dāng)加厚處理，采用具有更高耐磨性以及使用性能的材質(zhì)作為外罩材質(zhì)。而芯管則改造成四周出風(fēng)，采用焊接的方式牢固固定風(fēng)帽和上部端板，進(jìn)而用于有效防止出現(xiàn)漏渣情況。

（二）改造旋風(fēng)分離器

在循環(huán)流化床鍋爐當(dāng)中，其至關(guān)重要的部件之一便是旋風(fēng)分離器。循環(huán)流化床鍋爐需要通過利用旋風(fēng)分離器分離大量高溫固體物料，并將其輸送至爐膛當(dāng)中，從而使得爐膛循環(huán)流化能夠?qū)崿F(xiàn)正常運(yùn)行，燃料以及脫硫劑能夠?qū)崿F(xiàn)反復(fù)使用。根據(jù)筆者的觀察發(fā)現(xiàn)，該廠內(nèi)原有的循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器的筒體以及中心筒的直徑分別為5400mm和1912m，后者的插入深度為2900mm，而進(jìn)口截面則為4828mm×2028mm。由12片扇形長板相互拼接組成的上筒體和設(shè)計(jì)成整圓形式的下筒體共同組合而成的旋風(fēng)分離器，其厚度大約為6mm。由于循環(huán)流化床鍋爐的啟動(dòng)和暫停，以及中筒區(qū)域高溫影響，原本12片扇形長板嚴(yán)絲合縫相互拼接的上筒體當(dāng)中，拼接縫開始逐漸擴(kuò)張并最終形成裂縫。此外，在長期的使用過程中扇形長板之間難以保證膨脹均勻，因此也容易出現(xiàn)變形問題而加劇裂縫，根據(jù)相關(guān)資料顯示，該廠的循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器中出現(xiàn)的寬度最大曾經(jīng)達(dá)到200mm。另外，采用拉筋吊掛形式的中心筒上端，所有扇形板統(tǒng)一利用拉筋牢固焊接中心筒筒體以及旋風(fēng)分離器的外護(hù)板，受到中心筒熱脹冷縮的影響，拉筋和中心筒的焊接位置處也會(huì)隨之產(chǎn)生相應(yīng)的收縮和膨脹變化，進(jìn)而加劇變形情況，擴(kuò)大裂縫導(dǎo)致煙氣短路情況的出現(xiàn)。有數(shù)據(jù)顯示，受此影響，循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器無法正常發(fā)揮自身的分離效果，飛灰中位粒徑只有不足40μm。

因此本文在對其進(jìn)行節(jié)能改造的過程中，通過采用整體鑄造的方式改造筒體，并將筒身原有厚度增加至16mm，使其能夠具有更高的機(jī)械強(qiáng)度[3]。在適當(dāng)加大分離器進(jìn)口耐磨料層厚度并嚴(yán)格控制進(jìn)口面積時(shí)，進(jìn)口煙氣流速將會(huì)隨之有所提高，此時(shí)分離效率加快，在凸臺(tái)縮口被加大后，進(jìn)入分離器入口的煙氣流速能夠有效增加至每秒24m。在安裝方面則通過改用自由吊掛式，利用原來旋風(fēng)筒已有的環(huán)形槽鋼，將16個(gè)支架牢牢焊接其上，利用上部大筋板在16個(gè)支架上放置中心筒，使得中心筒和支架能夠相互配合。與此同時(shí)，為了有效提高其密封性，針對位于筒體上部的密封澆筑料，將密封環(huán)板加入其底部位置，并利用巖棉填滿筒體和澆注料的縫隙，而后再焊接一圈密封環(huán)板即可有效避免發(fā)生煙氣短路的情況。

三、循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能改造的成效

（一）運(yùn)行情況

根據(jù)相關(guān)記錄顯示，在將經(jīng)過節(jié)能改造后的循環(huán)流化床鍋爐投入到實(shí)際使用中后，相變換熱系統(tǒng)吸熱段的進(jìn)口煙氣溫度在160℃左右，而位于換熱器尾部位置處的排煙溫度始終不超過130℃，煙氣溫度降幅足足有30℃。不僅如此，因改造和優(yōu)化了中心筒的筒體結(jié)構(gòu)以及插入深度，也在很大程度上提高了旋風(fēng)分離器效率，進(jìn)而增加了爐內(nèi)循環(huán)灰量，提升了爐內(nèi)換熱效率和床溫的控制性。與以往氮氧化合物的高排放濃度相比，在運(yùn)用經(jīng)過節(jié)能改造后的循環(huán)流化床鍋爐后，這一濃度值明顯下降。此外，優(yōu)化改造后的布風(fēng)裝置通過充分發(fā)揮自身應(yīng)有作用，也極大地提高了布風(fēng)的均勻性，進(jìn)而減少了一次風(fēng)量，達(dá)到了有效控制風(fēng)機(jī)耗電量的目標(biāo)[4]。結(jié)果顯示，一次風(fēng)量減少了大約30%而平均床溫較之前也明顯下降了大約40℃。在對循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行節(jié)能改造前，飛灰中位粒徑不足40μm，在使用了節(jié)能改造后的循環(huán)流化床鍋爐，飛灰中位粒徑迅速減小至16μm。一次風(fēng)機(jī)以及引風(fēng)機(jī)耗電量較以往均下降了至少10%，經(jīng)過改造后鍋爐效率則提高了大約1.5%。

不僅如此，在尚未對循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行節(jié)能改造前，氮氧化物的生成濃度最高時(shí)可以達(dá)到400mg/Nm？，而在使用節(jié)能改造后的循環(huán)流化床鍋爐，根據(jù)相關(guān)記錄顯示，在滿負(fù)工況的前提下，氮氧化物的生成濃度也始終未能超過180mg/Nm？，在利用SNCR工藝進(jìn)行脫硝時(shí)所需還原劑用量也明顯較少。在脫硝之后的排放濃度不超過50mg/Nm？.而在半負(fù)荷至滿負(fù)工況下，區(qū)域溫度基本至少能夠穩(wěn)定在800℃，使得低負(fù)荷脫硝效率得到極大保障。

結(jié)束語：

本文通過以某廠的循環(huán)流化床鍋爐為例，通過結(jié)合其具體運(yùn)行情況以及節(jié)能需求，在對其旋風(fēng)分離器、布風(fēng)裝置進(jìn)行相應(yīng)改造，并將相變換熱系統(tǒng)增加至循環(huán)流化床鍋爐中后，不僅有效降低了鍋爐的排煙溫度，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的充分回收。同時(shí)對熱網(wǎng)循環(huán)水也可以起到良好的加熱效果，使其能夠被用于供暖或是供熱水。因此實(shí)踐證明對循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行節(jié)能改造，能夠有效實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益最大化的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林小沖，俞海淼.循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能環(huán)保一體化改造技術(shù)研究與應(yīng)用[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2017（06）：15-18.

[2]張海，虞忠.一種前置循環(huán)流化床爐膛改造技術(shù)的嘗試[J].化工管理，2016（08）：160.

[3]李永華.應(yīng)用相變換熱技術(shù)對65t/h循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能改造[J].節(jié)能技術(shù)，2015，33（05）：464-466.

[4]任憲紅，王永寶，楊書慶.240t/h循環(huán)流化床鍋爐低床壓節(jié)能技術(shù)改造[J].鍋爐技術(shù)，2013，44（02）：25-28.