高低混合流速循环流化床技术在130t/h煤粉炉改造上的应用
要：介绍高低混合流速循环流化床技术，在130t/h煤粉炉改造上的全国首例应用；分析调试中存在的问题与解决办法;总结改造后运行效果及技术优势，为煤粉炉改造提供参考。
关键词：高低混合流速循环流化床煤粉炉 改造 调试 效果
1.改造原因
永城煤电集团热电厂原#2锅炉为NG-130/39-M型煤粉炉，燃用低位热值5500kCal/kg的无烟煤，1997年建成投产。在运行后两年中，由于原煤价格不断上扬而大量掺烧劣质煤，入炉煤热值偏离设计要求，设备状况每况愈下，到2005年6月已难以维持运行,急需大修。#2炉虽然是热电联产机组, 由于能耗居高不下不利于资源节约的基本需求面临着很大的关停压力。因此，为顺应国家产业，热电厂及时调整发展战略，决定走综合利用的发展道路，对#2锅炉实施流化床技术改造。
2.改造目标
2.1改造后的锅炉应燃用劣质煤和煤泥。
改造后的锅炉应适应纯烧劣质煤和劣质掺烧煤泥两种工况;并且要求入炉燃料低位热值应可低于3000kCal/kg。达到这一目标，既符合国家关于资源利用机组认证标准，为电厂的生存发展创造条件；还可以利用劣质煤及煤泥的价格优势，为电厂创造可观的经济效益，最终实现集团公司的资源充分利用和改善矿区环境的目的。
2.2保持较高的热效率
一般循环流化床燃用无烟煤时存在排烟容积损失大、飞灰可燃物含量高等问题。我们要求改造后，锅炉应至少达到原煤粉炉设计效率88.48%。。
2.3蒸发量应有所提高
#2机组为调整抽汽机组，最大抽汽量可达到105t/h,最大负荷可达到30MW。随着热用户的发展,原锅炉产汽量已不能满足要求。因此，要求锅炉蒸发量应比改造前有所提高。
2.4符合要求
改造后的CFB装置应实现脱硫和灰渣综合利用。
2.5主要技术指标
额定蒸发量D0：130t/h；
额定蒸汽压力P0：3.82MPa；
额定蒸汽温度to：450℃；
给水温度tgs：170℃；
排烟温度tpy：150℃；
负荷调节范围：60～110%；
热效率η：≥88%；
灰渣含碳量CZ：≤2%；
飞灰含碳量：CF：≤8%；
燃料要求：煤种：本地无烟煤泥掺烧煤矸石
粒径：0--10mm（少量≤13mm）
热值：Qar.net =11723～18900KJ/kg
Qar.net =2800～4500cal/g
煤泥湿度 30%
环保参数：锅炉原始排放浓度≤15000mg/Nm3
林格曼黑度：＜1
2.5设计燃料元素分析
样品名称
煤泥
矸石
原煤
全水份Mt(%)
21.80
5.00
6.72
分析基水份Mad(%)
2.86
1.48
0.76
干燥基灰份Ad(%)
25.74
77.63
20.96
可燃基挥发份Vdaf(%)
11.08
33.63
7.22
分析基固定碳Cad(%)
64.15
13.50
66.19
低位应用基发热量Qnetar(kCal/kg)
4600
1110
5905-6094
分析基碳Cad(%)
66.38
14.84
66.19
分析基氢Had(%)
2.85
1.50
2.75
分析基氮Nad(%)
1.02
0.45
0.70
干基全St.d(%)
0.49
0.41
0.37
分析基氧Oad(%)
1.40
3.85
2.31
3.改造实施方案
经多方考察和论证，最终采用湖南设计公司的高低混合流速循环流化床燃烧专利技术。该技术在75t/h以下煤粉锅炉改造中成功地得到广泛应用,但应用在130t/h煤粉炉整体改造上尚属首例。改造工程从2005年7月1日开始到2006年4月5日正式运营，历时9个月。
改造后的#2锅炉本体由床层、炉膛、高温“U”型分离器、沉降槽、多管分离器及返料装置、锅筒及其内部装置、过热器、省煤器、减温器、空气预热器平台扶梯、炉墙钢架等组成。改造中，除保留原煤仓、汽包、高过及锅炉基础和钢架外，其他本体主要部件及主要辅机都予以更新，如图1所示。
设计使用劣质煤和煤泥两种燃料。锅炉左右两侧各设两个给煤口，有4台蜗轮蜗杆皮带运输机送料。煤泥由管道输送到炉顶，经2个煤泥给料口投入床层。燃料进入床层后,在一次风的作用下呈流态化燃烧，产生的热量将水加热成饱和蒸汽。饱和蒸汽从汽包引出依次经过低过、喷水减温和高过，进一步加热为过热蒸汽，最后送到机侧主蒸汽母管。
图1 YM130-3.8/450-M高低混合流速循环流化床结构简图
改造设计采用高低混合流速循环流化床燃烧技术。炉膛后墙水冷壁向炉内延伸，中途分开，通过叉型管形式组成前隔墙、中隔墙。前隔墙即“U”型高温分离器前墙，通过中隔墙对烟气进行阻隔，即自然形成“U”型高温分离器。炉膛下部设计较大布风板面积，低流化速度（小于4m/s），密相区布置埋管。由于炉膛后墙水冷壁向炉内延伸，炉膛上部截面积逐步缩小，烟气流速逐步加快，出口达到6m/s。烟气在两片膜式壁（“U”型分离器前中墙）分隔下，形成三个回程。三个回程的烟气流速均不相同，第一回程中速，第二回程快速，第三回程慢速。烟气在第一回程加快，进入第二回程进一步加速，使颗粒与气流速度保持基本一致，经转向室进入第三回程突然变慢，从而实现颗粒与气流的迅速分离。颗粒在转向室从烟气中分离出来，进入沉降槽，通过返料风送入炉膛。烟气多回程设计，同时延长了细小颗粒在炉内停留和燃烧时间。而水冷壁全部采用浇注料或挂砖处理，保证足够的燃烧温度，使细小颗粒在通过炉膛时一次燃烬。
高温省煤器后，布置中温多管高效分离器，形成第二级分离，大于50um的细颗粒均能分离下来，分离效率大于98%。二级分离器回收的颗粒，也通过返料风经返料器送回炉内循环燃烧。
锅炉热控部分采用新华 XDPS-400 分散处理系统，锅炉启动采用木炭静态床上点火方式。
4.调试出现的问题与解决措施
4.1点火经验不足
木炭床上点火，在35 t/h锅炉上较常见；大容量锅炉，因床面较大，不易控制故很少采用。该炉将布风板（30m2）分隔为4个床，每床在左右侧对应开一炉门。点火时，将各炉门口烧好的木炭，平铺到各床上；然后，启动风机，调整风量，使木炭与床料混合均匀；在床料温度达到要求时投煤。主要问题是，风量大小不好控制，床温高、低不一；其次，投煤的火候不好掌握，稍纵即逝。前几次点火，均不成功，并造成大面积结焦。
经过多次总结经验，最后还是掌握了成功点火技术：
（1）点火前准备好充足的木炭、烟煤、湿渣以及对讲机，做人员好分工，确定专人指挥和控制一次风量；
（2）各床烧木炭的量和速度要基本一致；
（3）一次风机启动后，迅速提高到流化风量以上，使床料和木炭充分混合；
（4）根据各床情况，调整合适风量；
（5）各床有专人负责根据床温变化，投入木炭，烟煤类引子煤或冷渣；
（6）在就地床料颜色呈枣红色并伴随有蓝色焰火时，迅速投煤；
（7）全床温度控制，以风量调节为手段；分床床温低于或高于全床整体水平时，通过木炭或湿渣补充调节。
4.2低温过热器超温问题
调试过程中点火及掺烧煤泥时，出现低过超温现象。
经分析，点火时的低温过热器超温是因为木炭点火时间短，烟气温度上升快；而水冷壁蒸发量的增加相对缓慢，导致低温过热器内蒸汽量的增长速度低于低温过热器外烟气焓的增长速度，从而造成超温。吹管结束后，对低温过热器进行了改造，减少其受热面积，基本上解决问题；同时，保留吹管时使用的手动排汽阀方法，在点火初期使用，进一步解决上述问题。
掺烧煤泥时出现超温，主要因为掺烧煤泥时，细颗粒较多，料层内和炉膛上部燃烧份额发生了变化。利用消缺机会，打掉部分浇注料，增加出口受热面积，此问题也基本解决。
4.3沉降槽堵灰问题
运行过程中，出现沉降槽堵灰现象，甚至造成一次停炉。造成堵灰的原因，一是，浇注料施工质量差，部分脱落物堵塞返料口；二是，二回程温度偏高时受热面挂焦，焦块脱落后堵塞返料口；三是，返料温度较高时（800℃以上），流动性能下降，在返量大时（特别是煤泥掺烧多时），容易造成堵灰。运行中，采取控制煤泥掺烧量，保证二回程温度不大于1100℃的应对措施。检修方面，对返料风系统进行了改造，缩进沉降槽返料风喷口，增加蒸汽吹扫风。目前，问题基本得以解决，但仍一定程度上制约煤泥掺烧量。
5.改造效果
5.1实现劣质煤燃烧,蒸发量有所提高
4月5日移交运行以来, 运行工况稳定，锅炉各项参数均达到改造要求。7月份以后，实现中煤（热值2500～2800 kCal/kg）掺烧煤泥的理想工况。蒸发量在掺烧煤泥及不掺烧煤泥两种工况下,均能达到145t/h,比额定值提高10%以上。
5.2结构合理,布风均匀，燃烧稳定。
燃烧室布置为4床,两侧各开2炉门,更方便运行中疏松床料,清理焦块。布风板使用新型风帽，帽多（6000多只）眼少（6眼），布风均匀，流化状况好，有较强抗大颗粒特性，燃烧更稳定。
5.3机械不完全燃烧损失小。
燃用无烟煤的流化床，飞灰含碳量一般都较高。改造后的#2炉烧2800～4500kCal/kg配煤，飞灰可燃物在7%以下；掺烧煤泥飞灰可燃物在10%以下。随着运行技术的提高，以及入炉煤热值的下降，飞灰可燃物仍在不断下降。飞灰可燃物较低，主要由以下几项技术支持。
（1）两级分离采用“U”型分离和多管分离相结合，分离效率高，使粗颗粒多次循环燃烧。其中，多管分离器与普通旋风分离器相比旋风子半径显著缩小，对粒径50um以上颗粒分离效率达98%以上，而普通旋风分离器小于100um即很难分离。
（2）多回程设计，延长细颗粒飞行和燃烧时间，使细小颗粒在通过炉膛和“U”分离器时一次燃烬。细颗粒通过三回程燃烧时间，是一般同容量锅炉的2倍。
（3）大部分蒸发受热面均敷设了浇注料或挂砖，炉膛及第二回程温度都达到1000℃以上(运行中一回程出口烟温控制在1100℃内)，为细颗粒创造了良好的燃烧条件。
5.4磨损小，运行周期长。
磨损是流化床锅炉比较突出的问题，也是影响其运行周期的主要因素。#2炉改造中，采取有效措施防止和减少磨损。
密相区烟速＜4m/s，烟速较低，因此锅炉本体及炉墙磨损显著减轻。埋管采取防磨措施后连续运行时间可达2年以上，水冷壁全部采用浇注料或挂砖处理，很少造成磨损。过热器不在粗颗粒循环回路中，飞灰颗粒粗细相当于煤粉炉，因此磨损轻微。
5.5厂用电率低
流化床锅炉厂用负荷主要是引送风机。由于布风系统设计更科学合理，改造后的#2炉，只配1台送风机（800KW）和2台引风机（355KW）。与原煤粉炉相比，减少了制粉系统（1080KW）。同容量的3#循环流化床锅炉（UG130/3.82-M5)，配1台一次风机（1120KW）、1台二次风机（250KW）和2台引风机（400KW），相比较设计容量减少用660 KW。
5.6排烟损失小
排烟损失是锅炉损失中最大的一项热损失，一般在4～8%。#2炉实际满负荷运行风量在7～8万Nm3/h,排烟温度145℃。 而同容量的3#循环流化床锅炉（UG130/3.82-M5)，排烟温度相近，运行总风量在18～20万Nm3/h。相比之下，排烟损失减少50%以上。
5.7点火成本低
采用木炭点火技术，点火比较稳定，耗时少成本低，点火费用约为床下油点火的七分之一。
5.8皮带给煤，方便实用
#2锅炉采用4架皮带给煤。该给煤方式，与螺旋输煤相比，大大减少了因煤湿落煤斗堵塞现象，减少了运行人员劳动强度，且维护更为简单方便。
5.9一炉两用,节能环保
“一炉两用”技术得以成功应用。投入添加剂运行，飞灰可燃物显著降低；经环保部门检测脱硫率达到87.5%。生产的改性灰全部用于水泥生产,吨水泥成本下降15元左右。
6.结束语
由于采用了适宜、先进的技术和炉型，永煤集团热电厂#2炉技术改造达到预期效果，获得成功。与原锅炉相比，锅炉热效率相近，厂用电率较低，蒸发量有所提高；主要优势在于能燃用低热值的矸石和煤泥，符合国家产业政策，享受减免税收优惠待遇。与一般循环流化床锅炉相比，改造后的#2炉更具有独特的技术优势和良好的运行效果。#2炉的成功改造必将为永煤集团热电厂创造良好的社会和经济效益，为其发展带来生机与活力。