某化工企業(yè)煤粉鍋爐設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析

(浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316000)

0 引 言

化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是中國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整不可缺少的一部分，近年來(lái)，大批石油化工項(xiàng)目開始實(shí)施，為優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高化石能源的利用率等做出了突出貢獻(xiàn)。煤粉鍋爐的燃燒強(qiáng)度大、運(yùn)行穩(wěn)定、自動(dòng)控制程度高、廠用電耗少、設(shè)備易維護(hù)、制造技術(shù)成熟、安全性強(qiáng)，是目前我國(guó)燃煤電廠最常用的爐型[1]。

以某石油化工公司的超高壓800 t/h煤粉鍋爐為研究對(duì)象，提出了兩種總體設(shè)計(jì)方案，使?fàn)t膛出口煙溫進(jìn)一步降低，煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間增加，煤粉燃盡性增強(qiáng)，鍋爐效率上升，同時(shí)其余性能保證值不變。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布置需求，對(duì)兩種方案進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 鍋爐設(shè)計(jì)方案

鍋爐的整體布置是指爐膛、對(duì)流煙道以及各級(jí)受熱面的相互位置關(guān)系。目前比較典型的大中型鍋爐的布置方案主要為Π形布置和塔形布置兩種[2]。蒸汽參數(shù)、鍋爐容量、燃料性質(zhì)對(duì)鍋爐整體布置方案的確定有著關(guān)鍵性的作用。

文中所研究鍋爐的燃用煤種結(jié)焦性較強(qiáng)，且循環(huán)過(guò)程無(wú)中間再熱，汽水自然循環(huán)，單爐膛，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，鍋爐為露天布置，全鋼構(gòu)架。因此，所設(shè)計(jì)的“背靠背”及“帶水平煙道”兩種方案均采用12 880×13 120 mm的爐膛斷面，46 m的爐膛高度，容積熱負(fù)荷為98.6 kW/m3，通過(guò)將爐膛適當(dāng)放大拔高來(lái)改善燃燒過(guò)程。

1.1 “背靠背”方案

“背靠背”方案為Π形布置的一種，取消了水平煙道，爐膛后墻受熱面同時(shí)作為后豎井煙道前墻受熱面。后豎井區(qū)域布置低溫過(guò)熱器及省煤器。

過(guò)熱蒸汽汽水流程為：汽包→頂棚過(guò)熱器→后豎井后包墻→后豎井側(cè)包墻→低溫過(guò)熱器→大屏過(guò)熱器→后屏過(guò)熱器→高溫過(guò)熱器。爐膛尺寸及各受熱面參數(shù)見表1。

表1“背靠背”方案爐膛尺寸及各受熱面參數(shù)

1.2 “帶水平煙道”方案

“帶水平煙道”方案含水平煙道，設(shè)置水平煙道側(cè)包墻、底包墻，后豎井前包墻。后豎井區(qū)域僅布置省煤器，在水平煙道布置低溫過(guò)熱器。

過(guò)熱蒸汽汽水流程為：汽包→頂棚過(guò)熱器→后豎井后包墻→后豎井側(cè)包墻→后豎井前包墻過(guò)→前包墻至水平煙道包墻連接管→水平煙道側(cè)包墻→低溫過(guò)熱器→大屏過(guò)熱器→后屏過(guò)熱器→高溫過(guò)熱器。爐膛尺寸及各受熱面參數(shù)見表2。

表2“帶水平煙道”方案爐膛尺寸及各受熱面參數(shù)

2 設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析

兩種設(shè)計(jì)方案將爐膛適當(dāng)放大并拔高后，爐膛出口煙溫進(jìn)一步降低，煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間增加，煤粉燃盡性增強(qiáng)，鍋爐效率將上升[3]。經(jīng)過(guò)計(jì)算，“背靠背”及“帶水平煙道”兩種方案鍋爐效率均由原93.10%提高至93.50%，其余性能保證值不變。表3給出了兩種鍋爐布置方式的主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比。

表3兩種鍋爐布置方式的主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比

續(xù)表3

“背靠背”布置“含水平煙道”布置水平煙道底部積灰問(wèn)題:不存在水平煙道底部積灰問(wèn)題:存在后墻吹灰器布置:空間受限后墻可布置兩層吹灰器,共6只(爐膛吹灰器共42只)后墻吹灰器布置:空間較大后墻可布置四層吹灰器,共12只(爐膛吹灰器共48只)

通過(guò)CFD數(shù)值模擬，文中研究了兩種布置方案下鍋爐內(nèi)的流場(chǎng)分布[4]，圖1為“背靠背”布置方案的速度分布圖，圖2為“含水平煙道”布置方案的速度分布圖。從圖1可以看出，在后豎井受熱面的入口區(qū)域(區(qū)域1)，煙氣速度場(chǎng)分布均勻，沒(méi)有煙氣速度急劇變化的部分，受熱面磨損較小。從圖2可以看出，在后豎井受熱面的入口區(qū)域(區(qū)域2)，煙氣速度場(chǎng)分布均勻，也沒(méi)有煙氣速度急劇變化的部分，受熱面磨損可控。在水平煙道(區(qū)域3)存在煙氣滯留區(qū)域，說(shuō)明這個(gè)區(qū)域容易產(chǎn)生水平煙道積灰現(xiàn)象。兩種方案在省煤器出口處流場(chǎng)速度分布都比較均勻。

圖3“背靠背”布置方案速度分布圖

圖4“含水平煙道”布置方案的速度分布圖

研究表明，“背靠背”布置方案較“含水平煙道”布置方案更適合研究對(duì)象，主要原因如下：

(1)研究對(duì)象為超高壓參數(shù)，不帶中間再熱，因此無(wú)再熱器受熱面，采用“背靠背”的布置形式，鍋爐空間已滿足過(guò)熱器受熱面布置情況，無(wú)需設(shè)置水平煙道增加受熱面所需的布置空間。

(2)“背靠背”的布置方式與帶水平煙道方式相比，K3～K4柱距可降低，K4～K5柱整體前移，能夠節(jié)省占地面積。文中采用了更大的爐膛，通過(guò)優(yōu)化鍋爐布置方案，“背靠背”布置方案占地較小，同比沿爐深方向可減少3米，滿足廠區(qū)布置要求。

(3)與帶水平煙道的布置形式相比，“背靠背”布置方案取消水平煙道有利于簡(jiǎn)化包墻內(nèi)的蒸汽流程，減小包墻工質(zhì)側(cè)偏差，降低過(guò)熱器側(cè)蒸汽壓降。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于燃用煤種結(jié)焦性較強(qiáng)，灰分較高的化工廠鍋爐，可以通過(guò)將爐膛適當(dāng)放大并拔高的方法，使?fàn)t膛出口煙溫進(jìn)一步降低，煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間增加，煤粉燃盡性增強(qiáng)，從而提高鍋爐效率。同時(shí)，取消水平煙道可以避免水平煙道的積灰的問(wèn)題，避免積灰對(duì)受熱面?zhèn)鳠岬挠绊?。研究表明，“背靠背”布置方案?yōu)于“含水平煙道”布置方案。