对热电联产企业老旧锅炉成功改造案例的剖析
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摘要:目前有很多电力企业需要对老旧锅炉进行改造,达到节能减排、增加经济效益的目的。本文介绍了一项热电联产企业老旧锅炉成功改造的案例,与大家分享老旧设备改造的经验。
关键词:锅炉 循环流化床 脱硫 热效率
1、问题提出
我公司为热电联产企业,其中2台型号为AG75/3.82的煤粉锅炉于1989年投入使用,由于设备老化,技术落后,锅炉热效率低,二氧化硫排放量超标,严重影响了公司的经济效益,也限制了公司的发展。公司决定对其改造,将煤粉锅炉改造为循环流化床锅炉,使之达到节能减排、增效增收的目的。改造完成后锅炉运行稳定,节约了资源,提高锅炉热效率,减少二氧化硫和烟尘排放量,本次锅炉改造取得了成功。
2、改造实施
2.1 改造原则
2.1.1 锅炉性能原则
锅炉的热效率是锅炉改造是否成功的一个指标性参数,因此采取什么样的炉型以保证燃烧的完全、热量的收吸,这是个很重要的问题。通过做市场调查,综合比较各项性能,决定采用济南锅炉集团有限公司生产的YG-75/3.82-M10型循环流化床锅炉,具有煤种适应性好,燃烧效率高（95％-99％）,低污染的特点。
2.1.2 稳定运行原则
由于循环流化床的灰渣特性,其稳定运行时间一直是个突出的问题。主要表现在炉内密相区结渣、返料口塞堵等现象,在燃煤品种发生变化时更甚。要想较长时间平稳运行,那么对炉膛内布风系统及返料系统设计提出了更高的要求。
2.1.3 节能环保性能原则
由于节能减排规定更趋严格,保证锅炉合理而有效的烟气排放、防止不正常噪声、减少热损失等成为锅炉改造的主导思想。那么配置合理的烟风系统、给水及烟风采用变频控制、减少烟气中有害成份的排放、优化风煤燃烧配比都是必须考虑的。
2.1.4 利旧原则
设计时,在不影响锅炉性能情况下,除更新锅炉及附属设备、增加静电除尘和DCS控制系统、新建燃料运输系统外,其余电气系统、水处理系统、除灰渣系统和供排水系统大多依托原有设施。
循环流化床锅炉工艺流程如图1所示:
2.2 主要的改造内容
循环流化床锅炉结构如图2:
(1)锅筒（沿6上行,与6相连,位于炉顶）
锅筒内径为1500mm,壁厚为46mm,筒体全长10204mm,筒身由20#（GB713-1999）钢板卷焊而成,封头用同种钢板冲压而成。
锅筒内部装有28个￠290的旋风分离器作为汽水粗分离,在锅筒顶部布置有波形板分离箱作为细分离,并在波形板分离器下装有6根水管把分离箱中带进的水分再送回锅筒的水容器之中,以保证蒸汽品质。在管子与锅筒筒壁的连接处装有套管接头,给水进入锅筒之后,沿锅筒纵向均匀分布。锅筒上还装有连续排污管和炉内水处理用加药管。
(2)水冷系统（由图中6组成）
炉膛（由图中3、9组成）、炉顶均由膜式水冷壁组成,通过水冷上集箱上吊杆悬挂于钢架上,炉膛横截面为3170×6340mm2;炉顶标高为26875mm,膜式水冷壁由￠60×5和￠6×45扁钢焊制而成。燃烧室为￠60×5的钢管组成,上部与炉膛膜式水冷壁相接,下部与水冷风室及水冷布风板相接,水冷风室由￠60钢管组成,水冷布风板由￠60钢管及￠6×45扁钢组焊而成,在扁钢上开有小孔与风帽相接。
炉膛部分分成左、右、前、后四个水循环回路,引气管由￠133×6及￠108×4.5钢管组成,下降管由￠108×4.5钢管组成,下降管由￠108×4.5钢管组成。在每个下集箱装有排污阀门以便定期排污。
另在两个旋风分离器料腿处设置了环形水冷套,水冷套由￠32×3钢管组成;每个水冷套单独组成水循环系统,所用钢管材料均为20#锅炉无缝钢管（GB3087-1999）
(3)过热器（即图中5）
本锅炉过热器分高、低两级。高温过热器器布置在旋风分离器之后的烟道之内,低温过热器器布置在尾部竖井烟道内。饱和蒸汽由锅筒上8根￠108×4.5的饱和蒸汽连接管引入炉顶包覆集箱,然后沿33根￠42×3.5的管子引入低温过热过经加热进入减温器,蒸汽在减温器经过温度调整后沿着8根￠108×4.5的管子进入高过,最后进入过热器出口集箱（即图中4）,经主蒸汽管道送入汽轮机。
低温过热器采用逆流布置,高温过热器采用顺流布置,蒸汽的汇集和分配采取了沿宽度方向均匀布置的措施,从而改善了集箱中蒸汽流动的不均匀性和防止了蒸汽偏流而形成局部蛇形管过热现象。为保证安全运行,低温过热器管采用了20#锅炉无缝钢管（GB3087-1999）,高过选用了15crmog低合金锅炉无缝钢管（GB5310-1995）。
过热蒸汽温度调节采用喷水减温,减温器置于两级过热器之间,这样既可保证汽轮机获得合乎要求的过热蒸汽,又能保证过热器管不因工作条件恶化而烧坏。
(4)省煤器（即图中8）
省煤器系螺旋鳍片管式省煤器,二级布置,均为￠32×33的20#无缝钢管弯制的蛇形管组成,给水沿蛇形管自下而上,与烟气呈逆向流动。省煤气管36排,错列布置,横向节距S1=60毫米,由省煤器支架支撑在空心梁上。
(5)空气预热器（即图中12）
为两级布置管式空气预热器,上面一级为二次风空预器,下级为一次风空预器,均用￠50×2的钢管制成。烟气在管道内自下而上流动,空气在管外横向冲刷,为便于更换和维修,分两组布置,一、二次风设计预热温度均为150℃,为使管箱在热状态下能自由膨胀,管箱上部装设有膨胀节。
(6)燃烧系统
由炉膛、旋风分离器（即图中7）和返料器（由图中10及其上返料管组成）组成。炉膛下部是密相料层,最低部是水冷布风板,布风板截面均匀布置了风帽。经过预热器的一次风,由风室（即图中1）经过这些风帽均匀进入炉膛。燃料和石灰石经设在炉前的3台螺旋给煤机（即图中2）送入燃烧室,落煤口上方设置了播煤风:二次风（即图中13）约占空气量的50％,经12个喷嘴进入炉膛,喷嘴分上、中、下三层布置,以利燃烧和炉温控制,整个燃烧是在较高流化风速下进行,床温控制在900℃。含灰烟气在炉膛出口处分为左右两股,进入二个旋风分离器,被分离的细颗粒经返料器返回炉膛循环再燃烧,离开旋风分离器的烟气经过热器进入尾部烟道,经省煤器、空气预热器。随后进入除尘器、引风机,由烟囱排入大气。
为保证返料器工作可靠,在分离器中加设水冷套,以降低循环灰温度。燃烧后的灰渣较大颗粒部分可经炉底3个￠159冷灰管排走,而较小颗粒的炉灰可以从旋风分离器下的返料器的细灰管排出。
本锅炉为床下点火,在风室后侧布置两台点火器,点火油用0#轻柴油,油压1.96Mpa。
2.3 改造前后锅炉设备、技术指标、消耗能源种类和数量比较
①改造前后锅炉设备比较(如表1):
②改造前后技术指标、消耗能源种类和数量比较:
1）热效率对比。实施前锅炉热效率仅为60-65％,实施后热效率可达81-87％,燃烧效率可达95-99％。
2）脱硫效率和除尘效率对比。燃用含硫量较高的煤时,通过炉前给煤机向炉内添加0-2毫米的细粒石灰石来实现,由于采用低温燃烧,其燃烧温度区脱硫最有利。细粒石灰石在高流化风速下在整个炉膛内与烟气充分混合接触,又经分离器和返料器多次循环利用,所以脱硫效率和脱硫用的石灰石利用率都很高,煤中所含硫份在燃烧后被固化在炉渣中,然后排出。实施前烟气中二氧化硫检测浓度在460-480mg/nm3之间,烟尘浓度为≥130 mg/nm3,脱硫效率85%左右,除尘效率仅为90%。实施后烟气中二氧化硫浓度检测值≤380 mg/nm3.烟尘浓度≤110 mg/nm3,脱硫效率高于90%,除尘效率可达99%以上。每年可减排SO2气体1025吨,烟尘270吨。
3）实施前后消耗的资源种类、数量对比。我公司原有煤粉锅炉,燃用燃煤热值低位发热量3498大卡/公斤的烟煤,年煤炭消耗量为55万吨;且由于辅机较多,电机功率较大,年消耗电能3900万千瓦时;年耗工业用水300万吨。由于设备老化,运行不平稳,年耗燃用油670吨。年产粉煤灰30万吨,露天排放占用了大量土地,破坏了植被,污染了环境。
改造后设计燃用的是燃煤热值低位发热量为2160±400大卡/公斤的煤矸石。年燃用煤矸石41万吨;年耗用电能2687万千瓦时;年耗工业用水200万吨;年耗燃用油70吨。生产过程中不产生粉煤灰,产生的废弃物灰渣可综合利用,具有可观经济价值。
3、结语
我公司此次锅炉改造历时一年,设备于2009年2月投入使用,直至今日运行情况良好。实现了节能降耗目标,创造了良好的经济效益。通过这次锅炉改造中与设备生产厂家技术人员的互相交流,增加了我公司技术人员的经验,为今后的生产运行和设备检修打下良好基础。
参考文献
[1]山西电力供业局编.《锅炉设备运行》.中国电力出版社.
[2]林宗虎.《循环流化床锅炉》.化学工业出版社.
[3]路春美,程世庆,王永征.《循环流化床锅炉设备与运行》.中国电力出版社.