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1、鍋爐改造前的狀況
    原鍋爐于1999年我公司設(shè)計制造的低溫低壓兩級分離循環(huán)流化床鍋爐。自投入使用后，故障一直較多，不能長期連續(xù)穩(wěn)定運行。據(jù)統(tǒng)計，每年總的運行天數(shù)不超過200天，且蒸汽出氣不足，其設(shè)計出力為35t/h蒸發(fā)量，而實際出力只有25t/h左右，造成了設(shè)備能力的浪費，并嚴(yán)重影響全公司供汽秩序的正常。
2、原鍋爐的結(jié)構(gòu)及存在問題和優(yōu)點
2.1原結(jié)構(gòu)介紹
    鍋爐采用兩級分離方式，一級分離器為百葉窗式分離，屬高溫分離器，人口煙溫850—900℃，一級返料倉由隔墻和后墻膜式壁組成；二級分離器為2個旋風(fēng)分離器，布置于高低溫省煤器間，煙溫約350℃，屬低溫分離器；兩級分離器分離后的細灰通過各自的返料器送入爐膛密相區(qū)。該鍋爐水冷壁采用全懸吊膜式壁結(jié)構(gòu)，過熱器置于一級分離器后，省煤器為兩級，均采用鋼管膜式結(jié)構(gòu)。爐膛布風(fēng)板以上的濃相區(qū)爐墻采用耐磨材料澆注的重型爐墻結(jié)構(gòu)，在與模式壁下集箱的交接處采用U型結(jié)構(gòu)相銜接。鍋爐送風(fēng)分一次風(fēng)和二次風(fēng)，分別配置了各自的鼓風(fēng)機，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壓制的楊木木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
2.2存在問題
    1)爐膛四周膜式壁變形嚴(yán)重，密相區(qū)爐墻與膜式壁間的密封泄漏嚴(yán)重。
    如前所述，在鍋爐設(shè)計時，爐膛濃相區(qū)采用全澆注的重型爐墻結(jié)構(gòu)，其上部為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，兩部分爐墻是靠澆注（或磚砌）的U型結(jié)構(gòu)進行密封的。
    膜式壁吊掛在爐頂上，受熱后整體往下膨脹，膨脹伸長量有4—5cm，而澆注的密相區(qū)部分下部固定，受熱后往上膨脹，在運行中，細灰不斷滲入到膨脹縫內(nèi)，擠占了膜式壁往下膨脹的空間，影響了自由伸縮膨脹的空間，長期運行后由于膨脹受阻，膜式壁會向外或內(nèi)扭曲變形，并頂壞澆注的U型密封結(jié)構(gòu)，由于爐膛下部是過路的正壓去區(qū)，故會造成此銜接處出現(xiàn)嚴(yán)重漏灰、漏煙的現(xiàn)象。
    2)-級分離器不能正常工作的問題。一級分離器設(shè)計采用的是百葉窗式分離器。整個百葉窗分離器支架焊接在鍋爐水管上，由于水管熱脹冷縮產(chǎn)生變形，焊接在水管上的支架間距也會因此改變，當(dāng)尺寸變小時，會擠壓斷（碎）很脆的碳化硅百葉窗片；反之則變大，掛不住百葉窗片，出現(xiàn)大面積掉落的情況。百葉窗片的損壞或脫落會產(chǎn)生兩大主要危害：一是百葉窗片的碎片會掉入一級返料器內(nèi)，蓋住一級返料器內(nèi)風(fēng)帽，破壞返料器內(nèi)正常流化狀態(tài)，易造成一級返料器內(nèi)出現(xiàn)結(jié)焦或堵塞，從而影響鍋爐的正常運行；二是百葉窗葉片掉落后，會破壞煙氣的正常流通，局部形成煙氣走廊，在煙氣走廊通過的煙氣速度快，含灰量高，對百葉窗后的過熱器會造成嚴(yán)重的磨損，該鍋爐的過熱器就因這種磨損只使用了半年多就全部報廢拆除。
    3)二級旋風(fēng)分離器故障多。鍋爐二級分離器由兩個旋風(fēng)筒分離器構(gòu)成。旋風(fēng)筒分離器由進口段、頂部、中心筒和錐體部分組成。旋風(fēng)筒入口段和頂部壁面砌有高強耐磨磚，錐體部分四周澆有耐磨澆注料，上部出口和中心筒則由耐磨不銹鋼制成。因高強耐磨掛磚易磨損脫落，掉下的磚會堵住錐體下部的返料器口，造成旋風(fēng)分離器分離下來的灰不能回到爐膛而在錐體內(nèi)堆積，后續(xù)的延期與灰不能得到正常分離，從而造成中心筒和上部出口外殼等處嚴(yán)重磨損，甚至穿孔損壞，以致旋風(fēng)分離器失效，漏風(fēng)嚴(yán)重。即使對其更換修復(fù)，因空間所限也不能保證更換后中心筒的絕對對中心，偏心的后果仍是磨損；其次是旋風(fēng)分離器失去作用后，煙氣的原始排塵濃度急劇增高，會嚴(yán)重磨損尾部受熱面，如省煤器、空氣預(yù)熱器，同時加重除塵器負荷，造成煙塵排放濃度超標(biāo)；再次，該分離器的耐磨澆注料損壞后，都要由供料廠家派人來修復(fù)，這樣不但費用高，而且周期長，常出現(xiàn)明知損壞也要強行繼續(xù)運行的情況，更加重了分離器的損壞。
    4)過熱器和省煤器損壞問題。鍋爐過熱器集箱位于眾多導(dǎo)汽管和頂棚管之間，布置過于緊湊，造成了不便于檢修的問題。在鍋爐投用后，曾出現(xiàn)一級分離百葉窗片掉落的故障，使含有高濃度灰的煙氣發(fā)生短路，對局部過熱器管造成了嚴(yán)重磨損，并出現(xiàn)損壞，因無法對被磨壞的過熱器管進行常規(guī)性的悶堵，最終被迫采取拋掉全部過熱器的處理方法，才使鍋爐 得以繼續(xù)使用，但只能產(chǎn)生飽和蒸汽，降低了蒸汽品質(zhì)；另外，由于我公司燃煤含硫量偏高，因此低溫省煤器受低溫結(jié)露腐蝕嚴(yán)重，該爐低溫省煤器使用不到兩年，因管子損壞，也被拋掉。以上問題從根本上影響了鍋爐的穩(wěn)定運行，更導(dǎo)致了鍋爐產(chǎn)生蒸汽無法達到設(shè)計出力和溫度，造成了設(shè)備能力的下降。
2.3原爐型結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點
    該爐型為兩級分離循環(huán)流化床鍋爐，根據(jù)近幾年的運行經(jīng)驗來看有如下明顯優(yōu)勢。
    1)負荷調(diào)節(jié)幅度大，調(diào)節(jié)速度快。由于我公司用汽設(shè)備的特點決定，整個供汽系統(tǒng)的負荷極不穩(wěn)定，波動較大，正常情況下，高低峰甩汽負荷相差在20~ 30 t/h。由于我公司現(xiàn)有7臺鍋爐，有6臺是循環(huán)流化床鍋爐，而流化床鍋爐運行時無法像鏈條爐那樣可以通過隨意啟停來調(diào)整負荷，故日常運行鍋爐的臺數(shù)很難適應(yīng)外界負荷的變化，運行臺數(shù)多了，在外界用汽量低時，系統(tǒng)壓力太高，安全無法保證；運行臺數(shù)少了，在外界用汽量高時，又無法滿足生產(chǎn)工藝要求。而根據(jù)近幾年的運行經(jīng)驗看，該爐正好可緩解此供需矛盾。眾所周知，循環(huán)流化床鍋爐在爐膛內(nèi)的傳熱與爐膛內(nèi)的顆粒濃度成正比，如圖1所示。在一定的爐膛受熱面積條件下，，鍋爐蒸發(fā)量，因此爐膛內(nèi)的灰濃度p與蒸發(fā)量Q也一定為正比關(guān)系，即循環(huán)流化床鍋爐在運行中，可通過調(diào)整爐膛內(nèi)灰濃度的大小來調(diào)節(jié)鍋爐出力。
    因此實際運行中，調(diào)節(jié)負荷除可按常規(guī)的調(diào)整風(fēng)、煤量大小來適應(yīng)負荷外，還可利用該爐型兩級分離結(jié)構(gòu)，根據(jù)負荷的大小可快速決定二級分離器分離出的細灰是否返回爐膛，以改變爐膛內(nèi)灰濃度來改變負荷。對我公司驟升驟降的用汽負荷特性而言，該爐型的這一特點正好滿足用汽負荷需快速適應(yīng)的要求，在該爐運行的幾年中，這一優(yōu)勢已得以證明。一般結(jié)合常規(guī)調(diào)節(jié)方法，是否投入二級返料灰可調(diào)節(jié)負荷為設(shè)計出力的20qo—30%。
    2)-級返料穩(wěn)定可靠。該鍋爐的一級返料倉位水冷隔墻式，四周為全膜式壁結(jié)構(gòu)，具有水冷作用。煙氣經(jīng)一級分離器分離下的灰溫度較高，一般只比爐膛密相區(qū)溫度低幾十度，約在850．900℃。對于一級返料器而言，由于需要空氣將返料器床上細灰流化后，才可將一級分離器分離下的灰順暢返入爐膛密相區(qū)繼續(xù)循環(huán)燃燒，但對于無水冷作用的一級返料倉來說，灰溫在返料器流化時，因溫度較高，若返料風(fēng)量控制不好，易造成在此處燃燒，從而出現(xiàn)超溫結(jié)渣，堵塞返料器，嚴(yán)重時會使返料器失效。但對該爐型而言，由于有水冷作用，一級返料會在進入返料器流化時，溫度一般只在750℃左右，處于相對安全范圍，從而避免了結(jié)渣之害。所以，對于鍋爐的正常運行來說，此優(yōu)勢是十分重要的。
    3)操作簡單、方便。相對于我公司另一種兩床循環(huán)流化床鍋爐而言，該爐型啟、停爐快，運行中，操作程序少，簡單，且受煤質(zhì)變化影響不像雙床爐那樣敏感，司爐工易于掌握。
3  總體改造方向的確定
    根據(jù)前述該爐型的結(jié)構(gòu)及有優(yōu)點和存在問題，并結(jié)合我公司現(xiàn)有鍋爐爐型的使用情況和用汽負荷波動大的特點，我們在前期的工作中經(jīng)過慎密的討論，認為此次改造大修的方向，確定為只限于再原型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行相關(guān)的改造工作，即仍保持兩級分離循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)，但對于其存在的問題，必須予以徹底根治。通過運用現(xiàn)有鍋爐技術(shù)來對原鍋爐的局部結(jié)構(gòu)進行改進，不采用像改造其它鍋爐時，對原結(jié)構(gòu)的全盤否定而重新選型的方式。這樣，首先可保留該爐型具有的優(yōu)勢，其次又可解決原鍋爐所存在的問題；再次還可根據(jù)原鍋爐各部件情況，在改造中，最大限度地利用原有部件，這對降低改造大修費用來說是十分重要的。應(yīng)該說，確定保持原鍋爐兩級分離循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)的改造方向，是相當(dāng)重要的一步，它是確定具體的改造方案和實施設(shè)計、施工等后續(xù)工作的依據(jù)和前提。
4  改造方案的初步設(shè)想
    明確了鍋爐的改造方向，對于原爐型存在問題，我們就必須針對性地提出解決方案。通過對廣泛收集的同類爐型資料進行分析，并對各鍋爐廠具有該爐型的用戶進行了大量調(diào)研工作，針對原鍋爐存在的問題，我們提出了初步設(shè)想方案。
    1)解決膜式壁運行中變形和漏灰的辦法，就是把整個膜式壁往下延伸，抱住爐膛密相區(qū)和布風(fēng)板，整個爐膛密相區(qū)形成—個整體，被吊掛起來，可自由網(wǎng)下膨脹，可解決水冷壁受阻變形和泄漏的問題。
    2)把一級分離器由百葉窗分離器改為槽形分離器。槽形分離器由多排錯列槽鋼構(gòu)成，利用慣性分離的機理，帶灰粒子的煙氣遇到槽鋼時，灰粒子由于慣性作用繼續(xù)按原來的氣流方向運動，碰撞到槽鋼擋板而被分離下來，分離下來的灰沿后墻流人以及分離倉，構(gòu)成一級分離返料系統(tǒng)。槽形分離器布置在爐膛出口，由耐高溫耐磨材料制成，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、檢修量小和阻力小的優(yōu)點。槽形分離器整體懸掛在爐頂，可自由向下方伸長，不受鍋爐管子遇熱膨脹的影響，故工作穩(wěn)定。
    3)考慮二級分離器改用多管旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)。根據(jù)調(diào)研情況和在我分廠的幾臺鍋爐運行情況看，用多管旋風(fēng)分離器代替旋風(fēng)筒分離器應(yīng)該是可行的。多管分離器由若干個耐磨不銹鋼套管和旋風(fēng)子組成，每一個不銹鋼套管和一個旋風(fēng)子就組成一旋風(fēng)式分離器，分離收集下來的細灰可通過二級返料器輸入爐膛密相區(qū)。與旋風(fēng)分離器相比，多管旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間少、阻力小、分離器內(nèi)無掛磚和耐火澆注材料，若使用中有損壞的，其所有套管和旋風(fēng)子都能方便更換，哪一個磨損了就換哪一個，這樣，修理、維護的問題就可得到解決。
    4)考慮將過熱器集箱升至眾多導(dǎo)汽管以上，這樣即使使用中由于過熱器局部受到損壞，也可方便地查找，并進行悶堵工作。而對于省煤器，考慮將低溫省煤器換成耐磨耐腐的鑄鐵省煤器，以解決低溫腐蝕問題。
5  實際改造方案的確定
    1)改造工作范圍的確定。根據(jù)改造方向要求，我們可以最大限度地留用原有部件。我們針對各受熱面進行了相關(guān)檢測工作。該爐主要受熱面的管壁厚度是有相當(dāng)裕量的，因此我們認為除結(jié)構(gòu)需要調(diào)整外，可保留大部分膜式壁和對流管，只對變形部分作適當(dāng)校正即可。
  2)設(shè)計階段。根據(jù)前述的初步改造方案設(shè)想，我們盡最大限度保留原鍋爐部件，既少動原結(jié)構(gòu)，又要解決問題的要求。設(shè)計修改為將密相區(qū)由四周膜式水冷壁向下延伸月4cm，內(nèi)澆耐磨澆注材料，布風(fēng)板固定于四側(cè)下集箱上，與這個爐膛一起懸吊于頂部鋼梁上，這樣，受熱面增加了約37m2，布風(fēng)板面積增大約0.6m2，可增加鍋爐出力15%；一、二級分離器已按初步設(shè)計方案進行了改進，其中二級分離器布置在對流管和高溫省煤器之間，可有效防止尾部受熱面受到煙氣的磨損；過熱器集箱移至上部導(dǎo)氣管之上，可方便地開展檢修工作；低溫省煤器也已改成鑄鐵省煤器，可有效防止低溫腐蝕的侵害；一、二級風(fēng)合用原鼓風(fēng)機，取消了二次風(fēng)機；其它部分基本保持了原鍋爐結(jié)構(gòu)。總之，該設(shè)計應(yīng)該是最符合我們的初步設(shè)想的。
6  改造效果
    1)運行效果良好。改造后鍋爐具備了長周期、高水平穩(wěn)定連續(xù)運行的能力，一、二級返料系統(tǒng)及各個改造部分工作正常，鍋爐出力可在設(shè)計出力的50%一110%間較好調(diào)節(jié)。基本達到設(shè)計要求，為冬季及今后高壓蒸汽供汽系統(tǒng)的穩(wěn)定運行打下了堅實基礎(chǔ)。
    2)節(jié)約成本。由于采取了合理的改造方向，大幅降低了改造費用。實際節(jié)約鍋爐管材近40t。大修改造后風(fēng)機的運行電耗大幅度下降，鼓風(fēng)機改造前電流400A，改造后320 A；引風(fēng)機改造前電流500 A，改造后250 A。取消二次風(fēng)機減少電流80A，如此每小時可節(jié)約運行電耗260 kwh。從上述情況來看，即降低了系統(tǒng)造價又減少了運行成本。