大型煤化工裝置循環(huán)流化床鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行研究與探索

陳 磊，黃孺國(guó)

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱龍宇煤化工)一期為50萬(wàn)t/a甲醇、20萬(wàn)t/a二甲醚；二期為40萬(wàn)t/a醋酸及20萬(wàn)t/a乙二醇項(xiàng)目；三期為利用二期富裕合成氣新建的20萬(wàn)t/a乙二醇項(xiàng)目。園區(qū)內(nèi)蒸汽系統(tǒng)為一期3×130t/h(9.8MPa，540℃)，二期3×220t/h(9.8MPa，540℃)高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，其中，1#、2#、3#、5#、6#鍋爐采用單鍋筒橫置式自然循環(huán)、“水冷旋風(fēng)分離器”、膜式壁爐膛前吊后支、全鋼架結(jié)構(gòu)、高溫分離、高倍率循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的高溫高壓循環(huán)流化床燃煤鍋爐。

4#鍋爐采用中溫分離、低倍率循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的高溫、高壓循環(huán)流化床燃煤鍋爐。其中，爐內(nèi)自下而上依次為一次風(fēng)室、濃相床、懸浮段、一級(jí)蒸發(fā)管、三級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)過(guò)熱器、一級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)蒸發(fā)管及高溫省煤器。

1 改造實(shí)施背景及鍋爐存在的問(wèn)題

1.1 實(shí)施背景

2019年，園區(qū)內(nèi)部鍋爐系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)泄漏，造成運(yùn)行周期大幅降低，嚴(yán)重影響著生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。隨著龍宇煤化工三期新建20萬(wàn)t/a乙二醇項(xiàng)目的試車、投產(chǎn)，屆時(shí)6臺(tái)鍋爐將全部保持運(yùn)行，鍋爐將無(wú)備爐，考慮到園區(qū)總體蒸汽平衡，鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)化工裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)至關(guān)重要。

1.2 鍋爐存在的問(wèn)題

(1)經(jīng)過(guò)歷次停爐檢修檢查、測(cè)厚發(fā)現(xiàn)，水冷壁過(guò)渡區(qū)域、人孔門四周、吊屏穿墻區(qū)域、爐膛角部、爐膛出口周圍等磨損嚴(yán)重。

(2)排渣管與床面連接板焊口經(jīng)常開(kāi)焊、排渣口變形。

(3)鍋爐頻繁出現(xiàn)斷煤、堵煤?jiǎn)栴}，嚴(yán)重影響著鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)4#爐負(fù)荷自實(shí)施低氮燃燒改造后，鍋爐負(fù)荷較低，無(wú)法保持高負(fù)荷運(yùn)行。

(5)5#、6#鍋爐省煤器管道頻繁出現(xiàn)泄漏，嚴(yán)重影響鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行。

(6)入爐煤煤質(zhì)顆粒度不均勻，給鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)一定影響。

2 采取的改造措施

2.1 水冷壁管改造[1]

循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損是影響鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的第一因素，尤其是爐膛水冷壁等的磨損，解決此類磨損是保證鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵。

歷次停爐檢修檢查、測(cè)厚發(fā)現(xiàn)，水冷壁過(guò)渡區(qū)域、人孔門四周、吊屏穿墻區(qū)域、爐膛角部、爐膛出口周圍等磨損嚴(yán)重。2019年，龍宇煤化工利用大修對(duì)一期3×130t/h鍋爐密相區(qū)向上6m區(qū)域內(nèi)受磨損的水冷壁管排進(jìn)行更換(見(jiàn)圖1)，同時(shí)根據(jù)導(dǎo)流板磨損情況，調(diào)整導(dǎo)流板安裝尺寸及位置。

2.2 實(shí)施防磨保護(hù)措施[2]

龍宇煤化工利用2019年的大修機(jī)會(huì)，對(duì)一期3臺(tái)鍋爐實(shí)施爐內(nèi)噴涂，利用火焰高溫工藝將鉻鎳合金噴涂在衛(wèi)燃帶上部水冷壁上，噴涂高度為衛(wèi)燃帶上方6m，厚度>0.5mm，自實(shí)施防磨噴涂后，有效改善了鍋爐上部水冷壁沖涮情況，近兩年來(lái)上部未出現(xiàn)水冷壁泄漏的情況。具體采取措施如下：①對(duì)整體磨損區(qū)域防磨噴涂；②對(duì)防磨噴涂保護(hù)失效、磨損嚴(yán)重的區(qū)域，如水冷壁與過(guò)渡區(qū)域，對(duì)導(dǎo)流板磨損及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊；③嚴(yán)格控制補(bǔ)焊導(dǎo)流板的質(zhì)量；④盡量使?fàn)t襯(可塑料)的上邊緣與水冷壁平滑過(guò)渡，消除形成渦流的條件，消除渦流磨損。

2.3 排渣管改造

排渣管與床面連接板焊口經(jīng)常開(kāi)焊、排渣口變形，經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)是由于排渣管的膨脹給床面加了一個(gè)向上的應(yīng)力所引起。通過(guò)研究決定采取兩項(xiàng)措施：一是在連接處采用耐熱鑄鋼短管，上部采用加厚設(shè)計(jì)，相當(dāng)于做了一個(gè)加強(qiáng)環(huán)；二是在床面的下面加裝一個(gè)支撐板，消除了應(yīng)力。

2.4 2#鍋爐給煤系統(tǒng)改造[3]

針對(duì)各臺(tái)鍋爐頻繁出現(xiàn)的斷煤、堵煤?jiǎn)栴}，龍宇煤化工以2#鍋爐做試驗(yàn)，在2019年大修期間，優(yōu)先進(jìn)行2#爐無(wú)堵塞給煤系統(tǒng)改造，其他鍋爐根據(jù)2#爐改造效果再行確定。具體改造措施如下：更換鍋爐煤倉(cāng)下部部分襯板，在鍋爐煤倉(cāng)出煤口和原皮帶給煤機(jī)之間增加一套無(wú)堵塞給煤機(jī)，將原落煤管更換為無(wú)堵塞播煤器。以上改造投入運(yùn)行后，效果較好，在煤質(zhì)較差的情況下，相對(duì)1#、3#爐能夠保證2#爐的給煤穩(wěn)定。

2.5 4#爐提負(fù)荷改造及防磨

(1)負(fù)荷提升改造。龍宇煤化工4#鍋爐為220t/h(9.8MPa)中溫分離、低倍率循環(huán)流化床鍋爐，自2018年實(shí)施鍋爐超低排放及低氮燃燒改造后，負(fù)荷最多提升至170t/h，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷，針對(duì)4#鍋爐存在的床溫高、負(fù)荷低、布風(fēng)差、返料少等問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行局部改造：一是將爐內(nèi)布風(fēng)板所有風(fēng)帽由蘑菇形改為鐘罩式[4]，以改變?cè)械牟硷L(fēng)狀況；二是在旋風(fēng)分離器出口增加煙氣擋板，在中心筒底部割除400mm，擴(kuò)大返料器風(fēng)帽孔徑，以增加返料灰量。經(jīng)改造后，4#爐床溫基本控制在900℃左右，鍋爐負(fù)荷能夠達(dá)到200t/h，較本次改造前提升效果明顯。

(2)防磨處理。對(duì)4#爐所有受熱面防磨瓦進(jìn)行大面積更換，減少受熱面的磨損。

2.6 5#爐、6#爐省煤器管道所有焊縫重新焊接

5#爐、6#爐運(yùn)行過(guò)程中頻繁出現(xiàn)省煤器管道泄漏，導(dǎo)致停爐事故，大修期間對(duì)所有省煤器管道進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)部分焊縫存在一定缺陷。2019年大修期間，龍宇煤化工組織專門檢修力量，對(duì)5#爐、6#爐省煤器存在缺陷的管道焊縫進(jìn)行重新焊接，并對(duì)省煤器防磨瓦進(jìn)行更換，減少對(duì)管道的磨損，自檢修以來(lái)再未出現(xiàn)因泄漏而停爐的事件。

2.7 強(qiáng)化入爐煤質(zhì)管理

龍宇煤化工在生產(chǎn)中使用的主要有永城本地煤、焦煤、晉煤，為了節(jié)約成本摻燒約20%的高硫煤。

在強(qiáng)化煤質(zhì)管理上，龍宇煤化工主要采取了以下幾點(diǎn)措施：

(1)增加篩破一體機(jī)，控制入爐煤粒度。為保證燃料煤顆粒度，永城園區(qū)煤儲(chǔ)運(yùn)增加了篩破一體機(jī)，顆粒度較之前明顯減小，基本能保持13mm以下，燃煤顆粒度改造前后的數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 燃煤顆粒度改造前后的數(shù)據(jù)對(duì)比

(2)退出矸石摻配，確保鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行。循環(huán)流化床鍋爐具有對(duì)燃料適應(yīng)范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，可以燃用低發(fā)熱量的劣質(zhì)煤，前期為了節(jié)約運(yùn)行成本，燃煤中摻配一定比例的、發(fā)熱量較高的煤矸石，隨著矸石發(fā)熱量的降低，對(duì)鍋爐帶來(lái)的負(fù)面作用逐漸顯現(xiàn)。

考慮到鍋爐防磨的投入、排渣熱損失、鍋爐整體磨損、使用壽命周期等影響，經(jīng)綜合分析后，龍宇煤化工決定燃煤中退出煤矸石，燃料煤的發(fā)熱量控制在19.2～20.9MJ之間，接近于設(shè)計(jì)值。

退出煤矸石后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，停爐檢查發(fā)現(xiàn)，鍋爐各部受熱面磨損程度較以往明顯減小(見(jiàn)表2)，這也是鍋爐能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的重要原因之一。

表2 添加煤矸石前后鍋爐運(yùn)行周期比較

3 優(yōu)化工藝操作確保鍋爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行

3.1 標(biāo)定風(fēng)量表、穩(wěn)定料層厚度、適當(dāng)降低出力

在前期鍋爐運(yùn)行期間，因鍋爐風(fēng)量表不準(zhǔn)，運(yùn)行調(diào)整僅能參考風(fēng)機(jī)電流、風(fēng)壓、床溫等。2019年檢修，在鍋爐全停期間，對(duì)各爐進(jìn)行冷態(tài)通風(fēng)試驗(yàn)，對(duì)風(fēng)量表進(jìn)行了標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行期間的一次風(fēng)量均偏大，這也是造成鍋爐磨損的重要原因。經(jīng)過(guò)分析、試驗(yàn)，對(duì)鍋爐一次風(fēng)機(jī)電流、料層厚度進(jìn)行調(diào)整，一次風(fēng)機(jī)電流基本降低10A左右，風(fēng)室壓力降低2kPa左右，鍋爐調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 鍋爐調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比

為保證鍋爐料層穩(wěn)定，對(duì)一期鍋爐冷渣機(jī)進(jìn)行更換，將原有風(fēng)冷水冷氣槽式冷渣機(jī)更換為滾筒冷渣機(jī)(見(jiàn)圖3)，提高了排渣效率。

圖3 氣槽冷渣機(jī)更換為滾筒冷渣機(jī)

3.2 提高燃燒效率

在降低一次風(fēng)量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加二次風(fēng)配比，提高二次風(fēng)風(fēng)壓至5～7kPa，控制尾部煙道氧量在3%～5%，不僅提高了鍋爐的燃燒效率，也減少了鍋爐內(nèi)部受熱面的磨損，保證了鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 改善鍋爐加藥系統(tǒng)

在鍋爐水處理方面，原設(shè)計(jì)是向給水中添加20%氨水，控制pH值；向除氧器進(jìn)水中添加聯(lián)氨，控制溶解氧；向鍋爐汽包內(nèi)添加磷酸鹽，控制鍋爐給水pH值。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，汽包內(nèi)壁及受熱面管道內(nèi)壁結(jié)垢，下游裝置的透平機(jī)組葉片上也發(fā)現(xiàn)鈉鹽的結(jié)垢。為改善鍋爐水質(zhì)，控制蒸汽品質(zhì)，龍宇煤化工改用了新型鍋爐水處理劑W800和有機(jī)pH調(diào)節(jié)劑W400，使用效果明顯，汽水品質(zhì)合格率由原來(lái)的95%提高到99.5%以上。

該項(xiàng)措施不僅改善了汽水品質(zhì)，解決了結(jié)垢問(wèn)題，降低了鍋爐受熱面爆管的概率，還減少了鍋爐的排污量，對(duì)延長(zhǎng)鍋爐運(yùn)行周期也起到了一定的作用。

3.4 實(shí)施運(yùn)行獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制

龍宇煤化工制定了《關(guān)于鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行市場(chǎng)化考核辦法》，提出了保證單臺(tái)鍋爐運(yùn)行120d、150d、220d三個(gè)階梯的奮斗目標(biāo)，明確了獎(jiǎng)勵(lì)額度，同時(shí)明確了各部門的職責(zé)與獎(jiǎng)罰比例，提高了員工做好日常工作的積極性和責(zé)任心，發(fā)揮了高效的經(jīng)濟(jì)杠桿作用。

4 取得效果

通過(guò)以上措施，單臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí)間較往年增加120d以上，6臺(tái)鍋爐運(yùn)行周期見(jiàn)表4。

表4 6臺(tái)鍋爐運(yùn)行周期

5 結(jié)語(yǔ)

鍋爐裝置在生產(chǎn)中的作用是提供系統(tǒng)的蒸汽、電力等，鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)整個(gè)化工裝置起了關(guān)鍵性作用，龍宇煤化工通過(guò)技術(shù)改造、控制入爐煤煤質(zhì)、優(yōu)化工藝操作、使用新型鍋爐水處理劑、以及制定長(zhǎng)周期獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制等手段，確保了鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行，其中3#鍋爐實(shí)現(xiàn)了鍋爐安全穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行373d，1#鍋爐實(shí)現(xiàn)301d，6#鍋爐實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行293d，其他鍋爐基本在200d以上，運(yùn)行周期較往年至少提高120d以上。