130t/h循環(huán)流化床鍋爐擴(kuò)容技術(shù)改造實(shí)踐

國家電投鹽城熱電有限責(zé)任公司 胡海風(fēng)

1 設(shè)備介紹

鹽城熱電有限責(zé)任公司#3鍋爐型號(hào)為：UG-130/9.81-M，采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，本體為高溫高壓單鍋筒、自然循環(huán)、單爐膛、汽包爐。汽冷旋風(fēng)分離器，全懸吊結(jié)構(gòu)，采用平衡通風(fēng)、∏型露天布置，固態(tài)排渣。鍋爐主要由爐膛、高溫汽冷旋風(fēng)分離器、雙路回料閥和尾部對(duì)流煙道組成。燃燒室（爐膛）蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁、水循環(huán)采用單汽包、自然循環(huán)、單段蒸發(fā)系統(tǒng)。采用水冷布風(fēng)板、大直徑鐘罩式風(fēng)帽，具有布風(fēng)均勻、防堵塞、防結(jié)焦和便于檢修等優(yōu)點(diǎn)。燃燒室內(nèi)布置雙面水冷壁來增加蒸發(fā)受熱面，燃燒室內(nèi)布置屏式二級(jí)過熱器，以提高整個(gè)過熱器系統(tǒng)和再熱器系統(tǒng)的輻射傳熱特性，使鍋爐過熱汽溫具有良好的調(diào)節(jié)性能[1]。

鍋爐共采用兩個(gè)旋風(fēng)分離器，布置在燃燒室與尾部對(duì)流煙道之間。每個(gè)旋風(fēng)分離器回料腿下布置一個(gè)非機(jī)械性雙路回料閥，回料為自然平衡式，流化密封風(fēng)用高壓風(fēng)機(jī)單獨(dú)供給。尾部為對(duì)流煙道中布置三級(jí)過熱器、一級(jí)過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器[2]。

一、二級(jí)風(fēng)分開布置，并由各自的風(fēng)機(jī)單獨(dú)供風(fēng)，采用分級(jí)配風(fēng)。一次風(fēng)經(jīng)布風(fēng)板給入，二次風(fēng)噴口布置于爐膛密相區(qū)，分上二次風(fēng)箱和下二次風(fēng)箱，給煤、石灰石系統(tǒng)的密封風(fēng)均取自二次風(fēng)。

循環(huán)流化床采用低溫（899℃）燃燒，以降低熱力NOX的生成；燃燒用風(fēng)分級(jí)送入燃燒室，以降低燃燒中NOX的生長量，除從布風(fēng)板送入的一次風(fēng)外，還從燃燒室下部錐段部分引入二次風(fēng)。

2 改造目的及應(yīng)用技術(shù)

一是通過對(duì)130t/h鍋爐爐膛截面、旋風(fēng)分離器、高低溫過熱器及省煤器等擴(kuò)容改造，將鍋爐出力擴(kuò)容為150t/h，有效解決最大外供蒸汽的需要；二是通過增加爐膛深度，對(duì)屏式過熱器換型，增大鍋爐爐膛容積熱負(fù)荷及受熱面；三是通過增大旋風(fēng)分離器中心筒直徑，控制改造后鍋爐分離器進(jìn)出口煙速在合理范圍內(nèi)；四是通過加寬尾部煙道，增加高低溫過熱器及省煤器管道，增加受熱面及控制尾部煙氣流速；五是改造工程利用原有設(shè)備和場地，對(duì)原有裝置的改造項(xiàng)目少，對(duì)運(yùn)行條件改變少，確保工藝流程和設(shè)備布置合理[3]。

3 改造方案

3.1 鍋爐本體改造方案

鍋爐汽包、鋼架主體不變。

3.1.1 爐膛

爐膛深度增加320mm，前墻水冷壁向爐前前移320mm。爐膛流速控制在5m/s以下，增加兩片水冷屏、水冷屏下降管及引出管。兩側(cè)墻水冷壁剛性梁及角部結(jié)構(gòu)全部更換。兩側(cè)墻水冷壁集箱全部更換，前后墻水冷壁集箱利舊。更換連接前墻水冷壁下集箱的分散下降管，水冷風(fēng)室在原設(shè)計(jì)上深度方向加長320mm，新增加管子之間的扁鋼覆蓋在原扁鋼上方。更換爐內(nèi)屏式過熱器，并重新設(shè)計(jì)連接管道[4]。

3.1.2 分離回料系統(tǒng)

改造后需要將分離器進(jìn)出口煙氣流速降低，加寬分離器進(jìn)口寬度，更換中心筒，把中心筒直徑由φ1600改為φ1700，更換中心筒上部連接煙道，降低煙氣流速。返料箱全部更換，立管直徑φ550改為φ630。

3.1.3 高溫過熱器、低溫過熱器系統(tǒng)

為控制改造后尾部煙氣流速在合理范圍，改造將尾部煙道寬度增加1000mm，原蛇形管利舊，橫向增加過熱器蛇形管系；原包墻利舊，增加前后墻包墻管數(shù)量。增加前后墻包墻吊點(diǎn)，前后包墻集箱全部更換，兩側(cè)包墻集箱利舊。前后包墻剛性梁全部更換，側(cè)包墻剛性梁利舊[5]。

3.1.4 省煤器系統(tǒng)

尾部煙道寬度增加1000mm，原省煤器蛇形管利舊，橫向增加省煤器蛇形管。原吊掛管利舊，增加吊掛管數(shù)量；省煤器集箱及吊掛管集箱全部更換。

3.1.5 布風(fēng)板風(fēng)帽

改造中爐膛內(nèi)風(fēng)帽利舊，并增加相應(yīng)的風(fēng)帽數(shù)量。

3.1.6 一、二次風(fēng)量

一、二次風(fēng)量在原基礎(chǔ)上增加20%。

3.1.7 空氣預(yù)熱器

空預(yù)器一、二次風(fēng)箱寬度方向在原管箱基礎(chǔ)上加寬1000mm，脹縮節(jié)全部重新更換，連通箱在原設(shè)計(jì)上加寬1000mm。

圖1 鍋爐燃燒系統(tǒng)

圖2 鍋爐汽水系統(tǒng)

3.1.8 吹灰系統(tǒng)

因尾部煙道尺寸加大，原蒸汽吹灰器長度不夠，本次改造更換所有蒸汽吹灰器，同時(shí)增加吹灰平臺(tái)。

3.1.9 密封結(jié)構(gòu)

改造中對(duì)水冷壁四周密封、包墻四周密封、集箱罩殼、水冷屏上下罩殼、過熱屏上下罩殼等相應(yīng)密封均重新更換。

3.1.10 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)

改造中頂板處涉及前墻水冷壁吊點(diǎn)、水冷屏吊點(diǎn)、過熱屏吊點(diǎn)、兩側(cè)包墻吊點(diǎn)、連接煙道吊點(diǎn)等地方均重新布置。

3.1.11 護(hù)板及外護(hù)板

本次改造中省煤器處前后墻護(hù)板在原設(shè)計(jì)上加長1000mm；水冷壁及包墻處新增加部分外護(hù)板。

3.1.12 改造后煙風(fēng)參數(shù)（僅含鍋爐本體內(nèi)）

煙氣側(cè)總阻力：4200Pa；煙氣側(cè)總流量：165000Nm3/h；一次風(fēng)總阻力：9500Pa；一次風(fēng)總流量：72100Nm3/h；二次風(fēng)總阻力：7500Pa；二次風(fēng)總流量：72100Nm3/h；返料風(fēng)阻力：35000Pa；返料風(fēng)流量：1500Nm3/h。

3.1.13 SCR處改造

SCR催化劑處由于煙氣流速加大，原有催化劑面積不足，效率會(huì)有所下降，磨損趨勢增加，擴(kuò)大豎井煙道截面后，需要對(duì)原有SCR催化劑的擴(kuò)容，并相應(yīng)的更改催化劑的支撐部分變更。

具體擴(kuò)容方式：豎井煙道左右方向各擴(kuò)展出500mm后，需將現(xiàn)有催化劑一側(cè)外移500mm，一側(cè)空出1000mm距離增補(bǔ)新的催化劑模塊，增補(bǔ)時(shí)，需同步變更催化劑支撐梁。

3.2 鍋爐輔機(jī)設(shè)備方案

3.2.1 一次風(fēng)機(jī)容量校核

圖3 鍋爐脫硝系統(tǒng)

圖4 鍋爐160t/h工況圖

原設(shè)計(jì)參數(shù)基本可以滿足改造后的出力能力，但根據(jù)運(yùn)行現(xiàn)場反饋情況，鍋爐滿負(fù)荷時(shí)風(fēng)機(jī)使用裕度已經(jīng)很小，結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行情況綜合考慮，更換一臺(tái)功率為500kW的一次風(fēng)機(jī)，并更改風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)。一次風(fēng)機(jī)原無調(diào)速裝置，本次改造同步增加一次風(fēng)機(jī)變頻器。

3.2.2 二次風(fēng)機(jī)容量校核

根據(jù)運(yùn)行現(xiàn)場反饋，鍋爐滿負(fù)荷時(shí)二次風(fēng)機(jī)使用裕度較小，改造利舊使用會(huì)帶來安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，本次工程對(duì)二次風(fēng)機(jī)增容，由于新風(fēng)機(jī)功率與原風(fēng)機(jī)相同，均為400kW，因此沿用原有電機(jī)及變頻器。

3.2.3 引風(fēng)機(jī)容量校核

鍋爐改造后，計(jì)算風(fēng)量增大15%左右，由于壓頭和流速為立方倍數(shù)關(guān)系，需要在現(xiàn)有設(shè)備阻力（煙道+除塵器+脫硫塔等）增加額外的壓力損失，經(jīng)測算，壓頭富余系數(shù)1.05，小于設(shè)計(jì)規(guī)程要求的20%。

從數(shù)據(jù)上看，原引風(fēng)機(jī)可以維持改造后的運(yùn)行要求，但根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行狀況，目前引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中已經(jīng)基本沒有裕量，使用電流已經(jīng)接近最大值，原風(fēng)機(jī)電機(jī)裕量偏小，結(jié)合實(shí)際情況，本次擴(kuò)容改造更換一臺(tái)引風(fēng)機(jī)，更換后風(fēng)機(jī)功率變更為1400kW，同步更換風(fēng)機(jī)變頻及風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)。

3.2.4 羅茨風(fēng)機(jī)容量校核

現(xiàn)有羅茨風(fēng)機(jī)流量1200m3/H，壓頭31kPa，根據(jù)測算，擴(kuò)容改造后流量需要2000m3/h，壓頭需要45kPa，流量壓頭均不滿足，需更換兩臺(tái)返料風(fēng)機(jī)。

3.2.5 除塵器出力校核

結(jié)合除塵器現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行中，“正常運(yùn)行氣/布比≤0.9m/s”“布袋除塵器粉塵排放濃度保證值為＜20mg/Nm3（O2：6.0%，干煙氣）”，原布袋除塵器可以滿足本次改造需求。

3.3 脫硫系統(tǒng)處理能力校核

原脫硫裝置的設(shè)計(jì)能力足夠，現(xiàn)場運(yùn)行情況較好，工程未改造脫硫設(shè)置。

3.4 電氣系統(tǒng)改造說明

3.4.1 主要電氣設(shè)備選型及布置

6kV/400V配電裝置本次工程6kV配電裝置均利舊，380V配電裝置對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)配電機(jī)控制回路進(jìn)行改造，更換羅茨風(fēng)回路的塑殼空氣斷路器、接觸器、熱繼電器等設(shè)備。

3.4.2 6kV變頻器

本次工程一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)各新設(shè)置一臺(tái)一拖一高壓變頻器，即正常啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)采用變頻器啟動(dòng)，當(dāng)變頻器故障時(shí)切換至旁路運(yùn)行。一次風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)變頻器配置自動(dòng)旁路，一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)變頻器與旁路柜布置于原有變頻器室內(nèi)。

3.4.3 控制、保護(hù)及自動(dòng)裝置

控制工程采用中央控制室集中控制方式，鍋爐、公用輔機(jī)及其他電氣設(shè)備均納入原有DCS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。電氣主要元器件的控制、測量、信號(hào)采集采用硬接線及總線通訊方式傳入DCS系統(tǒng)。

4 改造效果

工程擴(kuò)容改造后，鍋爐出力由原來的130t/h提高到150t/h。擴(kuò)容后，高峰運(yùn)行時(shí)間為4個(gè)月。鍋爐耗煤量由22t/h增加為25.40t/h。煙氣量由144500Nm3/h增加為165000Nm3/h。

鍋爐達(dá)到超低排放，SO2排放量增大約0.72Kg/h；NOx排放量增大約1.02kg/h。

鍋爐改造后，企業(yè)外供蒸汽增加20t/h，年增加供熱量約為57600t/a。全年按2880h運(yùn)行計(jì)算，外供蒸汽價(jià)格200元/t，可增加收入1152萬元。

本次工程鍋爐本體改造部分費(fèi)用為920萬元，輔機(jī)更換及管道連接部分費(fèi)用為313萬元，總共投資1233萬元。鍋爐擴(kuò)容后，外供蒸汽增加20t/h，全年按2880h運(yùn)行計(jì)算，外供蒸汽價(jià)格200元/t，可增加收入1152萬元。擴(kuò)容改造后，煤炭由每小時(shí)22t/h增加到25.40t/h，年需要增加耗煤量0.98萬噸，年廠用電增加約86.4萬kWh，煤炭價(jià)格按566元/t，電費(fèi)按0.475元/kWh，增加的煤炭、電費(fèi)、藥品、補(bǔ)充水等支出為616萬元；擴(kuò)容后年收入增加約1171萬元。根據(jù)測算，每年新增效益約555萬元/年，扣除稅收等實(shí)際收益為406萬元/年，約3年收回投資成本。

5 結(jié)語

此次130t/h循環(huán)流化床鍋爐擴(kuò)容技術(shù)改造項(xiàng)目的成功實(shí)踐，對(duì)同類型熱電廠在處理供熱高峰能力不足時(shí)具有一定的參考作用。