五陽熱電廠4×75t/h CFB鍋爐爐型分析及其改造

王 軍

（山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司五陽熱電廠，山西武鄉(xiāng) 046200）

1 鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀

山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司五陽熱電廠是自然循環(huán)水管鍋爐，煤種的適應(yīng)性好，但近幾年，鍋爐密相區(qū)溫度升高，爐出口溫度降低，爐膛差壓降低，鍋爐出力下降，針對這一現(xiàn)象五陽熱電廠詢問了許多廠家，也做了一些改造措施，但改造效果都不明顯。加大一次風(fēng)量，降低二次風(fēng)量，改變原有一二次風(fēng)量配比[1]，運(yùn)行發(fā)現(xiàn)相同的總風(fēng)量，鍋爐出力有所提高，但鍋爐高溫富氧導(dǎo)致鍋爐煙氣NOx直線上升，煙氣SNCR脫硝費(fèi)用較高。

2 鍋爐出力下降分析

2.1 爐型介紹

潞安集團(tuán)五陽熱電廠的4×75t/h CFB 鍋爐（型號(hào)：YG-75/5.29-M5）由山東濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)，鍋爐本體高22 512 mm，爐深5 290 mm，寬3 170 mm，爐膛內(nèi)部分布膜式水冷壁，尾部煙道設(shè)計(jì)有高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器、一二次風(fēng)預(yù)熱器。

2.2 鍋爐出力下降原因分析

五陽熱電廠采用現(xiàn)用煤種，相同的一二次風(fēng)量，導(dǎo)致密相區(qū)燃燒份額增加，稀相區(qū)燃燒份額降低，鍋爐循環(huán)倍率下降，鍋爐出力降低。

（1）煤質(zhì)發(fā)生變化，現(xiàn)用煤種灰分和揮發(fā)分大幅度降低，鍋爐的循環(huán)倍率降低，密相區(qū)燃燒產(chǎn)生的熱量流入稀相區(qū)的熱量減少，導(dǎo)致鍋爐密相區(qū)燃燒份額增加，稀相區(qū)燃燒份額降低。

（2）該電廠設(shè)計(jì)為用于燃燒劣質(zhì)煤及矸石，而現(xiàn)用煤種低位發(fā)熱量明顯增加，灰分降低，傳熱下降。

2.3 改造前鍋爐爐型分析

五陽熱電廠4×75 t/h CFB 鍋爐改造前二次風(fēng)布置分三層，每層有7個(gè)二次風(fēng)噴口，具體尺寸見圖2。

圖1 五陽熱電廠4×75t/h CFB鍋爐

圖2 五陽熱電廠4×75t/h CFB鍋爐風(fēng)量比與面積比關(guān)系圖

五陽熱電廠4×75t/h CFB 鍋爐爐膛下部區(qū)域劃分：布風(fēng)板至第一層二次風(fēng)噴口所在平面為第一區(qū)域；至第二層二次風(fēng)噴口所在平面為第二區(qū)域；至第三層二次風(fēng)噴口所在平面為第三區(qū)域；至鍋爐漸擴(kuò)段結(jié)束為第四區(qū)域。

風(fēng)量比與面積比相除的數(shù)字越大，代表該區(qū)域的空氣的流動(dòng)速度越高，空氣攜帶大顆粒的能力就越強(qiáng)，那么，進(jìn)入稀相區(qū)的顆粒物就越多。各區(qū)域風(fēng)量比與面積比比值為：第一區(qū)域0.9173～1.1716，第二區(qū)域0.9647～1.1211，第三區(qū)域0.9783～1.1402，第四區(qū)域1.0000～1.1288。

由上可知：

（1）在不改變配風(fēng)的情況下，保證五陽熱電廠4×75t/h CFB 鍋爐椎體結(jié)構(gòu)不變時(shí)，適當(dāng)降低二次距離布風(fēng)板的距離，可以提高密相區(qū)的流化速度，提高鍋爐出力。

（2）在不改變配風(fēng)的情況下，適當(dāng)降低二次距離布風(fēng)板的距離同時(shí)改變密相區(qū)的結(jié)構(gòu)，可以提高密相區(qū)的流化速度，提高鍋爐出力。

3 改造方案的設(shè)計(jì)

為節(jié)約開支，盡量小改動(dòng)，不需要對布風(fēng)板進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，五陽熱電廠4×75t/h CFB鍋爐下部區(qū)域采用較小的截面積，二次風(fēng)口以上采用漸擴(kuò)的錐形擴(kuò)口，具體尺寸如下圖3。

圖3 二次風(fēng)口送入位置采用漸擴(kuò)的錐形擴(kuò)口

4 五陽熱電廠改造效果分析

4.1 改造前后75t/h CFB鍋爐出力分析

在一二次風(fēng)大致相等的情況下，運(yùn)行床溫在1030℃～1050℃之間。

改造前75t/h CFB 鍋爐蒸發(fā)量：60.1 t/h，改造后75t/h CFB鍋爐蒸發(fā)量：77.4 t/h，鍋爐負(fù)荷提高了大約17 t/h 左右，由于鍋爐煤質(zhì)發(fā)生變化，燃用煤質(zhì)灰分降低，鍋爐的循環(huán)灰減少，循環(huán)倍率降低，密相區(qū)燃燒產(chǎn)生的熱量流入稀相區(qū)的熱量減少，同時(shí)，煤質(zhì)的揮發(fā)份降低，都導(dǎo)致了密相區(qū)的燃燒份額增加，稀相區(qū)的燃燒份額降低。

改造后在，在相等的一二次風(fēng)量下，密相區(qū)的流化速度得到提高，在布風(fēng)板至第一層二次風(fēng)所在平面區(qū)域內(nèi)有更多的燃料析出二次風(fēng)所在平面，并進(jìn)入兩層二次所在平面區(qū)域內(nèi)，同樣的原因?qū)е骂w粒物析出第二層二次風(fēng)噴口所在平面顆粒物量的增加，使稀相區(qū)的可燃物量增加。爐出口顆粒物濃度增加，稀相區(qū)的燃燒份額增加，鍋爐的循環(huán)倍率增加，循環(huán)倍率的增加又可以使密相區(qū)更多的熱量被帶入稀相區(qū)，使密相區(qū)的溫度下降，稀相區(qū)可燃物濃度增加，不僅使流化床的蓄熱增加，而且整個(gè)床的溫差不會(huì)很大，同時(shí)，會(huì)使稀相區(qū)的傳熱系數(shù)增強(qiáng)，鍋爐出力增加。

4.2 改造前后75t/h CFB鍋爐爐出口溫度對比分析

改造前75t/h CFB 鍋爐爐出口溫度：842.02℃，改造后75t/h CFB鍋爐爐出口溫度：944.82℃。

原因分析：相等的一二次風(fēng)量下，改造前密相區(qū)的流化速度低于改造后密相區(qū)的流化速度，導(dǎo)致密相區(qū)與稀相區(qū)的燃燒份額及熱量分布進(jìn)行了重新分配。改造后，流化床下部的流化速度得到提高，密相區(qū)的顆粒空隙率增加，析出兩層二次風(fēng)所在平面的顆粒量增加，使密相區(qū)的燃燒份額下降，稀相區(qū)的燃燒份額增加，析出二次風(fēng)所在平面的顆粒物增加，也使更多的熱量被帶入稀相區(qū)，稀相區(qū)的燃燒份額的增加，使未燃顆粒物的燃燒放熱增加，同時(shí)，稀相區(qū)的顆粒物濃度增加，導(dǎo)致稀相區(qū)的蓄熱增加，鍋爐稀相區(qū)的傳熱增強(qiáng)。改造后燃燒及顆粒蓄熱增強(qiáng)，鍋爐溫差較小，最終使改造后爐出口溫度高于改造前爐出口溫度。

4.3 改造前后75t/h CFB鍋爐爐膛差壓對比分析

改造前75t/h CFB 鍋爐爐膛差壓：232.27 Pa，改造后75t/h CFB鍋爐爐膛差壓：603.68 Pa。

在相同的一二次風(fēng)下，改造后爐膛差壓比改造前的爐膛差壓高了一倍多（爐膛差壓反映的是爐膛內(nèi)部顆粒物的濃度值，爐膛差壓大，反映出爐膛內(nèi)顆粒物濃度值大，鍋爐的循環(huán)倍率高，爐膛差壓小反，映出爐膛內(nèi)顆粒物濃度值小，鍋爐的循環(huán)倍率低），說明膛內(nèi)部的顆粒物濃度增加。改造后，75t/h CFB鍋爐以相同的一二次風(fēng)量運(yùn)行，布風(fēng)板至二次風(fēng)口所在平面區(qū)域，由于沒有采用漸擴(kuò)段，相對改造前這一區(qū)域的流化速度得到了提高，流化速度的提高不僅使析出二次風(fēng)所在平面顆粒燃燒物的增加，而且使這一區(qū)域的熱量被更多的帶到下一區(qū)域，同樣的原因?qū)е聝蓪佣物L(fēng)所在平面的區(qū)域內(nèi)及以上區(qū)域顆粒物濃度增加，更多的熱量被帶入稀相區(qū)，使稀相區(qū)的燃燒份額增加，同時(shí)，二次風(fēng)口以上顆粒物的增加也帶走了密相區(qū)更多的熱量進(jìn)入稀相區(qū)，這樣就使稀相區(qū)的顆粒物濃度及燃燒量增加，密相區(qū)的熱量減少，要維持密相區(qū)相等的床溫，就需要更多的燃料燃燒。爐膛差壓的增加也證明了稀相區(qū)顆粒物濃度的增加，鍋爐循環(huán)倍率增強(qiáng)，鍋爐傳熱增強(qiáng)，同時(shí)，爐出口溫度提高，使鍋爐傳熱增強(qiáng)，鍋爐出力增加。

4.4 改造前后75t/h CFB鍋爐煙氣含氧量對比分析

改造前75t/h CFB 鍋爐煙氣含氧量：11.2%，改造后75t/h CFB鍋爐煙氣含氧量：8.3%。

在相同的一二次風(fēng)量下，改造后，75t/h CFB鍋爐煙氣含氧量降低了3%左右，改造前鍋爐的煙氣含氧量高達(dá)11.2%，反映出鍋爐密相區(qū)與稀相區(qū)熱量分配失衡，鍋爐循環(huán)倍率降低，密相區(qū)的燃燒份額增加，同時(shí)，從密相區(qū)進(jìn)入稀相區(qū)的可燃物較少，爐出口溫度降低，鍋爐出力下降，燃煤量的降低，導(dǎo)致相同的一二次風(fēng)量下，鍋爐的煙氣含氧量增加。

改造后，在相同的一二次風(fēng)量下，鍋爐煙氣含氧量有所降低。通過鍋爐下部的改造，鍋爐布風(fēng)板至二次風(fēng)口所在平面區(qū)域內(nèi)由于沒有采用漸擴(kuò)段，相對改造前這一區(qū)域的流化速度得到了提高，流化速度的提高不僅使析出二次風(fēng)所在平面顆粒燃燒物增加，而且使這一區(qū)域的熱量被更多的帶到下一區(qū)域，同樣的原因?qū)е聝蓪佣物L(fēng)所在平面的區(qū)域內(nèi)及以上區(qū)域顆粒物濃度增加，更多的熱量被帶入稀相區(qū)，使稀相區(qū)的燃燒份額增加，鍋爐的循環(huán)倍率增加，鍋爐傳熱增強(qiáng)，鍋爐出力增加，要想維持相同的床溫，就需要更多的燃料進(jìn)入鍋爐，相同的一二次風(fēng)量導(dǎo)致了鍋爐煙氣含氧量的降低。

5 結(jié)論

在相同的一二次風(fēng)量及配比下，改造鍋爐密相區(qū)結(jié)構(gòu)，提高密相區(qū)的流化速度，降低煙氣含氧量，可以提高五陽熱電廠鍋爐出力，同時(shí)，避免加大一次風(fēng)量導(dǎo)致密相區(qū)高溫富氧產(chǎn)生的NOx直線上升問題，解決了煙氣脫硝費(fèi)用較大的問題，對環(huán)境有益。