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   河南平頂山煤業(yè)集團(tuán)矸石電廠1號(hào)鍋爐是由北京鍋爐廠生產(chǎn)的單汽包固態(tài)排渣煤粉爐，具有自然循環(huán)、鋼構(gòu)架、前吊后支、半露天π形布置的特點(diǎn)。鍋爐型號(hào)B&WB -130/3.82M，額定蒸發(fā)量130t/h，過(guò)熱蒸汽壓力3.82MPa，過(guò)熱蒸汽溫度450℃，汽包工作壓力4.22MPa，給水溫度170℃，熱風(fēng)溫度389℃，排煙溫度143℃，鍋爐熱效率89.2%。
  為解決平煤礦區(qū)上百年開(kāi)采而堆積的煤矸石所產(chǎn)生的環(huán)境污染，同時(shí)為降低運(yùn)行成本，走資源綜合利用的道路，我們決定對(duì)廠1號(hào)鍋爐進(jìn)行應(yīng)用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的改造。要求改造之后鍋爐出力不變，并具備燃燒摻有煤矸石和劣質(zhì)無(wú)煙煤等低熱值燃料的能力，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
一、循環(huán)流化床燃燒技術(shù)簡(jiǎn)介
    該技術(shù)是近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型燃煤技術(shù)，主要工作原理是利用在流化床中存有一定量的沸騰熱物料，當(dāng)燃煤被送入燃燒室后，迅速被熱物料加熱、著火、燃燒。其中較大的顆粒在流化床上沸騰燃燒，較小的顆粒隨煙氣夾帶出流化床而懸浮燃燒，通過(guò)分離器后被收集下來(lái)，由返料裝置再送回燃燒室燃燒。如此循環(huán)往復(fù)，直到燃盡。優(yōu)點(diǎn)如下。
    1．對(duì)燃料的適應(yīng)性好。可以燃用煙煤、無(wú)煙煤、煤泥、煤矸石或摻入一定比例的煤矸石的混合燃料，粒度在8mm以下。
    2．燃燒效率高。由于燃煤在爐內(nèi)反復(fù)循環(huán)燃燒，延長(zhǎng)了煤粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間，燃燒充分，可以使飛灰及爐渣中含炭量比煤粉爐大大地降低。
    3．清潔燃燒，保護(hù)環(huán)境。由于流化燃燒屬于低溫燃燒，密相區(qū)溫度900℃左右，可有效減少氮?dú)浠�物的生成和煙氣�?duì)臭氧層的破壞作用。對(duì)于高硫煤種，可以通過(guò)添加石灰石進(jìn)行爐內(nèi)脫硫，既可降低二氧化硫的排放，還可減輕鍋爐尾部受熱面的腐蝕和酸雨的形成。
二、改造內(nèi)容
    本次改造是在原煤粉爐基礎(chǔ)上改為循環(huán)流化床鍋爐。改造技術(shù)采用美國(guó)巴威公司最新的第三代循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)思想。總體上保留了原鍋爐的布置方式，即自然循環(huán)、π形布置、前吊后支、汽包位置不變、鋼架基本不變，改造工作量較少。結(jié)合原爐膛高度和分離器的布置方式，采用了較低的循環(huán)倍率，主要改造內(nèi)容如下。
    1．爐膛及水冷壁
    鍋爐改動(dòng)最大的部分即為爐膛。原爐膛截面尺寸為6 336x6 336 (mm)，改造后側(cè)視為上寬下窄的倒錐形。前后水冷壁全部更換，采用∮60 x4(mm)膜式壁結(jié)構(gòu)，節(jié)距90mm。后水冷壁下部向前彎曲構(gòu)成布風(fēng)板，風(fēng)帽焊在膜片上與兩側(cè)墻水冷壁一起構(gòu)成水冷風(fēng)室。兩側(cè)水冷壁全部更換為∮60x4 (mm)、節(jié)距64mm的鋼管，管子之間加焊圓鋼，保證了爐膛的密封。為保證足夠的蒸發(fā)受熱面，在爐膛內(nèi)布置有兩組水冷壁隔墻，這是原煤粉爐所不具有的。改造后爐膛受熱面積586m2，比改造前增加了10%。爐膛改造后容積647.4m3，比改造前減少近8%。
    2．灰分離循環(huán)系統(tǒng)
    鍋爐采用兩級(jí)分離，內(nèi)循環(huán)加外循環(huán)系統(tǒng)。在爐膛出口處布置有四排凝渣管，錯(cuò)列布置。在管兩側(cè)壁上按一定夾角焊接有一定數(shù)量的長(zhǎng)方形翅片，每單片尺寸為400x100 (mm)，由此構(gòu)成一級(jí)分離器。采用撞擊式分離原理，屬高溫分離，分離煙氣中較大的顆粒。分離下來(lái)的物料沿后水冷壁處16只~110mm管口，靠重力作用下降到爐膛下部，進(jìn)行內(nèi)循環(huán)過(guò)程。
    二級(jí)分離器采用下排氣旋風(fēng)分離原理，屬中溫分離，數(shù)量?jī)膳_(tái)，布置于轉(zhuǎn)向室處，分離煙氣中尚未被分離的顆粒。二級(jí)分離器分離下的物料經(jīng)灰斗、回料管、四只L型回料閥返回爐膛內(nèi)，形成外循環(huán)。
    3．一、二次風(fēng)系統(tǒng)
    鍋爐的一、二次風(fēng)分別來(lái)自于新增的一、二次風(fēng)機(jī)。占總風(fēng)量60%的風(fēng)量作為一次風(fēng)，經(jīng)空予器進(jìn)入流化床下方的水冷風(fēng)室，再經(jīng)布風(fēng)板、風(fēng)帽進(jìn)入爐膛參加密相區(qū)的燃燒。布風(fēng)板為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，面積l7.97m2，風(fēng)帽為耐熱不銹鋼制成，節(jié)距90x90 (mm)，風(fēng)帽上開(kāi)有小孔，有16孔、9孔兩種，因其安裝位置不同而選用不同的風(fēng)帽，總計(jì)1 383個(gè)。40%的風(fēng)量作為二次風(fēng)從爐膛密相區(qū)上部的28個(gè)噴口（其中前、后墻各上下兩排，每排七個(gè)）進(jìn)入燃燒室。
    4．給煤排渣裝置
    爐采用正壓給煤，三臺(tái)刮板式給煤機(jī)布置于爐膛前墻外，電機(jī)功率7.5kW，每臺(tái)輸煤量15m3/h。給煤裝置上設(shè)有播煤風(fēng)管和密封風(fēng)管，給煤口尺寸+300x400 (mm)。
    本爐排渣裝置設(shè)有三根∫219xl0 (mm)排渣管，通過(guò)放渣來(lái)控制流化床上物料厚度。經(jīng)設(shè)備考察和對(duì)比決定，在中間的排渣管下聯(lián)結(jié)一臺(tái)型號(hào)為HBSL-1-5的水冷式冷渣器，采用除鹽軟化水為冷卻介質(zhì)，冷卻渣量為5t/h。冷卻后渣溫在60℃左右。其余兩根排渣管直接放熱渣，水沖降溫后裝車(chē)運(yùn)至渣場(chǎng)出售。
    5．其它部分
    原煤粉爐省煤器、空氣預(yù)熱器均為兩級(jí)布置，改造后均為一級(jí)布置。省煤器管組采取加裝蓋板的防磨措施。
    過(guò)熱器基本未做變動(dòng)。調(diào)溫系統(tǒng)仍采用自冷凝噴水減溫器。由于流化床自吹能力強(qiáng)，原煤粉爐在過(guò)熱器區(qū)域的兩臺(tái)蒸汽吹灰器拆除，不再使用。
    另外，本爐爐膛后水冷壁下部增加了三只床上啟動(dòng)燃燒器，向下傾斜45°角伸入爐內(nèi)，供冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)使用。新增一套爐煤的破碎、篩分系統(tǒng)，保證入爐煤粒在8mm以下。為適應(yīng)環(huán)保要求，還對(duì)原水膜除塵器進(jìn)行了改造，增大了除塵面積。同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)還預(yù)留有脫硫裝置接口。
    6．改造后鍋爐主要技術(shù)參數(shù)
    額定蒸發(fā)量130t/h，過(guò)熱蒸汽壓力3.82MPa，過(guò)熱蒸汽溫度450℃，汽包工作壓力4.22MPa，給水溫度170℃，熱風(fēng)溫度172℃，排煙溫度137℃，循環(huán)倍率10，臨界流化速度1.23m/s，分離器總分離效率98.75%，鍋爐熱效率88%，設(shè)計(jì)煤種按劣質(zhì)無(wú)煙煤與矸石，其比例為1:1.4。
三、運(yùn)行中的問(wèn)題及處理措施
    1．爐膛密相區(qū)處水冷壁管多次發(fā)生磨損泄露，位置分別位于前、后墻上二次風(fēng)口區(qū)域和啟動(dòng)燃燒器在伸入爐膛區(qū)域處。原設(shè)計(jì)在密相區(qū)四周水冷壁管上敷設(shè)有厚度50mm的耐磨澆注料，高約3.5m。采取措施將易磨損區(qū)域處澆注料加高500mm、加厚50mm。同時(shí)將燃燒器伸入爐膛部分沿墻體切除，四周敷設(shè)耐磨澆注料。之后此處水冷壁管磨損泄露現(xiàn)象基本不再發(fā)生。1年后實(shí)測(cè)該處水冷壁厚度在3.7～3.8mm之間。
    2．原設(shè)計(jì)給煤裝置為螺旋給煤機(jī)。由于1號(hào)爐實(shí)際燃煤灰份更高（達(dá)55%以上），水分高，曾多次發(fā)生因給煤機(jī)機(jī)械卡澀、電機(jī)跳閘而運(yùn)行不正常的情況，甚至造成壓火停爐事故。后將螺旋給煤機(jī)更換為刮板式給煤機(jī)，較好地解決了給煤不暢的問(wèn)題。
    3．運(yùn)行初期發(fā)現(xiàn)二級(jí)分離器回料不正常，分析原因是分離器效率低、L型回料閥易堵灰。在每只分離器內(nèi)部各加裝一臺(tái)圓環(huán)形百葉窗式分離格板，內(nèi)外徑分別為∮1624mm、∮1970mm，高2 635mm，每臺(tái)30只葉片。同時(shí)將L型回料閥更換為U型閥，增大分離器下部灰斗面積。通過(guò)處理，二級(jí)分離器回料基本正常。
    4．原設(shè)計(jì)在低溫段過(guò)熱器之后即為二級(jí)分離器入口，由于受尺寸限制，兩者距離不足200mm。煙氣通流面積在此由6100x3 500(mm)縮小至2200×1 800 (mm)、煙速由7m/s激增至35m/s左右，造成低溫段過(guò)熱器磨損嚴(yán)重而泄露。嚴(yán)重時(shí)低溫段過(guò)熱器受熱面約40%被切除。采用措施：整體更換低溫段過(guò)熱器，增大“低過(guò)”與二級(jí)分離器入口之間距離為500mm，并將過(guò)熱器每組迎向煙氣側(cè)第一根和倒數(shù)第一、二、三、四根管子上加裝厚5mm的防磨蓋板。該措施有待實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)。
四、總體評(píng)價(jià)
    1．燃料的適應(yīng)性
    從1號(hào)爐運(yùn)行看，可燃用熱值在12～24MJ/kg的煤種。但從效果上看，在燃用高熱值煤種時(shí)運(yùn)行反而不好，主要因?yàn)榛覞舛鹊停�循環(huán)倍率下降，影響傳熱，同時(shí)成本也上升。較佳熱值在15MJ/kg左右的劣質(zhì)煤，燃燒穩(wěn)定。若從資源綜合利用來(lái)考慮，則燃用12MJ/kg熱值的煤種（已摻有相當(dāng)比例的煤矸石）效果較好。一方面成本下降，另一方面爐渣量上升，銷售后可收回一定資金，但此時(shí)磨損也在加大，鍋爐放渣相當(dāng)頻繁，工人勞動(dòng)強(qiáng)度增高。
    2．鍋爐效率
    在部分低溫段過(guò)熱器管子因磨損泄露而切除后，實(shí)際熱效率為82.12%，爐渣含炭量(Clz)為2.08%，飛灰含炭量(Cfh)為24.87%（原因是測(cè)量時(shí)二級(jí)分離器當(dāng)時(shí)分離效果差，平時(shí)飛灰含碳量Cfh在8%左右）。這就造成固體不完全燃燒熱損失(q4)較大。通過(guò)對(duì)“低過(guò)”以及二級(jí)分離器進(jìn)行改進(jìn)后，熱效率還會(huì)有上升的余地。
    3．環(huán)保指標(biāo)
    原有除塵設(shè)施經(jīng)過(guò)改造后，可滿足環(huán)保要求。由于仍預(yù)留有脫硫裝置接口，在燃用高硫煤時(shí)還可進(jìn)行煙氣脫硫。改造前后各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比，見(jiàn)表1。
    4．抗磨損問(wèn)題
    從實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，該爐自風(fēng)帽、各級(jí)受熱面、二級(jí)分離器均不同程度存在磨損問(wèn)題，這也是CFB鍋爐最常見(jiàn)也是很難處理的問(wèn)題，若不能較好的解決將制約CFB鍋爐的推廣使用。除采用常規(guī)檢修手段外，還應(yīng)從設(shè)計(jì)和新材料、新技術(shù)等方面予以考慮。
五、結(jié)論和建議
    綜上所述，1號(hào)爐具有燃料適應(yīng)性廣、較高的熱效率和環(huán)保效益好的特點(diǎn)，該爐年利用煤矸石在18萬(wàn)t以上，燃用熱值在12MJ/kg(低于規(guī)定值12.54MJ/kg)左右的劣質(zhì)煤及煤矸石，完全符合國(guó)家關(guān)于資源綜合利用電廠的要求條件，達(dá)到了預(yù)期的改造目標(biāo)。在通過(guò)有關(guān)部門(mén)認(rèn)證后，還可享受到其他優(yōu)惠政策，具有很好的發(fā)展前景。
    建議從以下幾方面來(lái)進(jìn)一步完善CFB技術(shù)的應(yīng)用。
    1．設(shè)計(jì)。考慮符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的更加合理的系統(tǒng)布置方式以及應(yīng)對(duì)磨損的解決方法。
    2．制造安裝。考慮CFB鍋爐燃料特點(diǎn)，保證輔助系統(tǒng)（如給煤，排渣、冷渣、除塵系統(tǒng)）能穩(wěn)定工作。
    3．新技術(shù)、新材料。考慮應(yīng)用新的耐高溫防磨涂料及噴鍍、噴涂金屬材料等手段來(lái)重點(diǎn)解決各受熱面的磨損問(wèn)題，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，同時(shí)我們還大量銷售木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。