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35t/h循环硫化床锅炉优化改造
发布时间：2013-08-26 08:04 来源：未知
1、锅炉改造前的状况
原锅炉于1999年我公司设计制造的低温低压两级分离循环流化床锅炉。自投入使用后，故障一直较多，不能长期连续稳定运行。据统计，每年总的运行天数不超过200天，且蒸汽出气不足，其设计出力为35t/h蒸发量，而实际出力只有25t/h左右，造成了设备能力的浪费，并严重影响全公司供汽秩序的正常。
2、原锅炉的结构及存在问题和优点
2.1原结构介绍
锅炉采用两级分离方式，一级分离器为百叶窗式分离，属高温分离器，人口烟温850—900℃，一级返料仓由隔墙和后墙膜式壁组成；二级分离器为2个旋风分离器，布置于高低温省煤器间，烟温约350℃，属低温分离器；两级分离器分离后的细灰通过各自的返料器送入炉膛密相区。该锅炉水冷壁采用全悬吊膜式壁结构，过热器置于一级分离器后，省煤器为两级，均采用钢管膜式结构。炉膛布风板以上的浓相区炉墙采用耐磨材料浇注的重型炉墙结构，在与模式壁下集箱的交接处采用U型结构相衔接。锅炉送风分一次风和二次风，分别配置了各自的鼓风机，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的杨木木屑生物质颗粒燃料。
2.2存在问题
1)炉膛四周膜式壁变形严重，密相区炉墙与膜式壁间的密封泄漏严重。
如前所述，在锅炉设计时，炉膛浓相区采用全浇注的重型炉墙结构，其上部为膜式水冷壁结构，两部分炉墙是靠浇注（或砖砌）的U型结构进行密封的。
膜式壁吊挂在炉顶上，受热后整体往下膨胀，膨胀伸长量有4—5cm，而浇注的密相区部分下部固定，受热后往上膨胀，在运行中，细灰不断渗入到膨胀缝内，挤占了膜式壁往下膨胀的空间，影响了自由伸缩膨胀的空间，长期运行后由于膨胀受阻，膜式壁会向外或内扭曲变形，并顶坏浇注的U型密封结构，由于炉膛下部是过路的正压去区，故会造成此衔接处出现严重漏灰、漏烟的现象。
2)-级分离器不能正常工作的问题。一级分离器设计采用的是百叶窗式分离器。整个百叶窗分离器支架焊接在锅炉水管上，由于水管热胀冷缩产生变形，焊接在水管上的支架间距也会因此改变，当尺寸变小时，会挤压断（碎）很脆的碳化硅百叶窗片；反之则变大，挂不住百叶窗片，出现大面积掉落的情况。百叶窗片的损坏或脱落会产生两大主要危害：一是百叶窗片的碎片会掉入一级返料器内，盖住一级返料器内风帽，破坏返料器内正常流化状态，易造成一级返料器内出现结焦或堵塞，从而影响锅炉的正常运行；二是百叶窗叶片掉落后，会破坏烟气的正常流通，局部形成烟气走廊，在烟气走廊通过的烟气速度快，含灰量高，对百叶窗后的过热器会造成严重的磨损，该锅炉的过热器就因这种磨损只使用了半年多就全部报废拆除。
3)二级旋风分离器故障多。锅炉二级分离器由两个旋风筒分离器构成。旋风筒分离器由进口段、顶部、中心筒和锥体部分组成。旋风筒入口段和顶部壁面砌有高强耐磨砖，锥体部分四周浇有耐磨浇注料，上部出口和中心筒则由耐磨不锈钢制成。因高强耐磨挂砖易磨损脱落，掉下的砖会堵住锥体下部的返料器口，造成旋风分离器分离下来的灰不能回到炉膛而在锥体内堆积，后续的延期与灰不能得到正常分离，从而造成中心筒和上部出口外壳等处严重磨损，甚至穿孔损坏，以致旋风分离器失效，漏风严重。即使对其更换修复，因空间所限也不能保证更换后中心筒的绝对对中心，偏心的后果仍是磨损；其次是旋风分离器失去作用后，烟气的原始排尘浓度急剧增高，会严重磨损尾部受热面，如省煤器、空气预热器，同时加重除尘器负荷，造成烟尘排放浓度超标；再次，该分离器的耐磨浇注料损坏后，都要由供料厂家派人来修复，这样不但费用高，而且周期长，常出现明知损坏也要强行继续运行的情况，更加重了分离器的损坏。
4)过热器和省煤器损坏问题。锅炉过热器集箱位于众多导汽管和顶棚管之间，布置过于紧凑，造成了不便于检修的问题。在锅炉投用后，曾出现一级分离百叶窗片掉落的故障，使含有高浓度灰的烟气发生短路，对局部过热器管造成了严重磨损，并出现损坏，因无法对被磨坏的过热器管进行常规性的闷堵，最终被迫采取抛掉全部过热器的处理方法，才使锅炉 得以继续使用，但只能产生饱和蒸汽，降低了蒸汽品质；另外，由于我公司燃煤含硫量偏高，因此低温省煤器受低温结露腐蚀严重，该炉低温省煤器使用不到两年，因管子损坏，也被抛掉。以上问题从根本上影响了锅炉的稳定运行，更导致了锅炉产生蒸汽无法达到设计出力和温度，造成了设备能力的下降。
2.3原炉型结构具有的优点
该炉型为两级分离循环流化床锅炉，根据近几年的运行经验来看有如下明显优势。
1)负荷调节幅度大，调节速度快。由于我公司用汽设备的特点决定，整个供汽系统的负荷极不稳定，波动较大，正常情况下，高低峰甩汽负荷相差在20~ 30 t/h。由于我公司现有7台锅炉，有6台是循环流化床锅炉，而流化床锅炉运行时无法像链条炉那样可以通过随意启停来调整负荷，故日常运行锅炉的台数很难适应外界负荷的变化，运行台数多了，在外界用汽量低时，系统压力太高，安全无法保证；运行台数少了，在外界用汽量高时，又无法满足生产工艺要求。而根据近几年的运行经验看，该炉正好可缓解此供需矛盾。众所周知，循环流化床锅炉在炉膛内的传热与炉膛内的颗粒浓度成正比，如图1所示。在一定的炉膛受热面积条件下，，锅炉蒸发量，因此炉膛内的灰浓度p与蒸发量Q也一定为正比关系，即循环流化床锅炉在运行中，可通过调整炉膛内灰浓度的大小来调节锅炉出力。
因此实际运行中，调节负荷除可按常规的调整风、煤量大小来适应负荷外，还可利用该炉型两级分离结构，根据负荷的大小可快速决定二级分离器分离出的细灰是否返回炉膛，以改变炉膛内灰浓度来改变负荷。对我公司骤升骤降的用汽负荷特性而言，该炉型的这一特点正好满足用汽负荷需快速适应的要求，在该炉运行的几年中，这一优势已得以证明。一般结合常规调节方法，是否投入二级返料灰可调节负荷为设计出力的20qo—30%。
2)-级返料稳定可靠。该锅炉的一级返料仓位水冷隔墙式，四周为全膜式壁结构，具有水冷作用。烟气经一级分离器分离下的灰温度较高，一般只比炉膛密相区温度低几十度，约在850．900℃。对于一级返料器而言，由于需要空气将返料器床上细灰流化后，才可将一级分离器分离下的灰顺畅返入炉膛密相区继续循环燃烧，但对于无水冷作用的一级返料仓来说，灰温在返料器流化时，因温度较高，若返料风量控制不好，易造成在此处燃烧，从而出现超温结渣，堵塞返料器，严重时会使返料器失效。但对该炉型而言，由于有水冷作用，一级返料会在进入返料器流化时，温度一般只在750℃左右，处于相对安全范围，从而避免了结渣之害。所以，对于锅炉的正常运行来说，此优势是十分重要的。
3)操作简单、方便。相对于我公司另一种两床循环流化床锅炉而言，该炉型启、停炉快，运行中，操作程序少，简单，且受煤质变化影响不像双床炉那样敏感，司炉工易于掌握。
3 总体改造方向的确定
根据前述该炉型的结构及有优点和存在问题，并结合我公司现有锅炉炉型的使用情况和用汽负荷波动大的特点，我们在前期的工作中经过慎密的讨论，认为此次改造大修的方向，确定为只限于再原型结构基础上进行相关的改造工作，即仍保持两级分离循环流化床锅炉的结构，但对于其存在的问题，必须予以彻底根治。通过运用现有锅炉技术来对原锅炉的局部结构进行改进，不采用像改造其它锅炉时，对原结构的全盘否定而重新选型的方式。这样，首先可保留该炉型具有的优势，其次又可解决原锅炉所存在的问题；再次还可根据原锅炉各部件情况，在改造中，最大限度地利用原有部件，这对降低改造大修费用来说是十分重要的。应该说，确定保持原锅炉两级分离循环流化床锅炉结构的改造方向，是相当重要的一步，它是确定具体的改造方案和实施设计、施工等后续工作的依据和前提。
4 改造方案的初步设想
明确了锅炉的改造方向，对于原炉型存在问题，我们就必须针对性地提出解决方案。通过对广泛收集的同类炉型资料进行分析，并对各锅炉厂具有该炉型的用户进行了大量调研工作，针对原锅炉存在的问题，我们提出了初步设想方案。
1)解决膜式壁运行中变形和漏灰的办法，就是把整个膜式壁往下延伸，抱住炉膛密相区和布风板，整个炉膛密相区形成—个整体，被吊挂起来，可自由网下膨胀，可解决水冷壁受阻变形和泄漏的问题。
2)把一级分离器由百叶窗分离器改为槽形分离器。槽形分离器由多排错列槽钢构成，利用惯性分离的机理，带灰粒子的烟气遇到槽钢时，灰粒子由于惯性作用继续按原来的气流方向运动，碰撞到槽钢挡板而被分离下来，分离下来的灰沿后墙流人以及分离仓，构成一级分离返料系统。槽形分离器布置在炉膛出口，由耐高温耐磨材料制成，同时具有结构简单、检修量小和阻力小的优点。槽形分离器整体悬挂在炉顶，可自由向下方伸长，不受锅炉管子遇热膨胀的影响，故工作稳定。
3)考虑二级分离器改用多管旋风分离器结构。根据调研情况和在我分厂的几台锅炉运行情况看，用多管旋风分离器代替旋风筒分离器应该是可行的。多管分离器由若干个耐磨不锈钢套管和旋风子组成，每一个不锈钢套管和一个旋风子就组成一旋风式分离器，分离收集下来的细灰可通过二级返料器输入炉膛密相区。与旋风分离器相比，多管旋风分离器结构紧凑、占用空间少、阻力小、分离器内无挂砖和耐火浇注材料，若使用中有损坏的，其所有套管和旋风子都能方便更换，哪一个磨损了就换哪一个，这样，修理、维护的问题就可得到解决。
4)考虑将过热器集箱升至众多导汽管以上，这样即使使用中由于过热器局部受到损坏，也可方便地查找，并进行闷堵工作。而对于省煤器，考虑将低温省煤器换成耐磨耐腐的铸铁省煤器，以解决低温腐蚀问题。
5 实际改造方案的确定
1)改造工作范围的确定。根据改造方向要求，我们可以最大限度地留用原有部件。我们针对各受热面进行了相关检测工作。该炉主要受热面的管壁厚度是有相当裕量的，因此我们认为除结构需要调整外，可保留大部分膜式壁和对流管，只对变形部分作适当校正即可。
2)设计阶段。根据前述的初步改造方案设想，我们尽最大限度保留原锅炉部件，既少动原结构，又要解决问题的要求。设计修改为将密相区由四周膜式水冷壁向下延伸月4cm，内浇耐磨浇注材料，布风板固定于四侧下集箱上，与这个炉膛一起悬吊于顶部钢梁上，这样，受热面增加了约37m2，布风板面积增大约0.6m2，可增加锅炉出力15%；一、二级分离器已按初步设计方案进行了改进，其中二级分离器布置在对流管和高温省煤器之间，可有效防止尾部受热面受到烟气的磨损；过热器集箱移至上部导气管之上，可方便地开展检修工作；低温省煤器也已改成铸铁省煤器，可有效防止低温腐蚀的侵害；一、二级风合用原鼓风机，取消了二次风机；其它部分基本保持了原锅炉结构。总之，该设计应该是最符合我们的初步设想的。
6 改造效果
1)运行效果良好。改造后锅炉具备了长周期、高水平稳定连续运行的能力，一、二级返料系统及各个改造部分工作正常，锅炉出力可在设计出力的50%一110%间较好调节。基本达到设计要求，为冬季及今后高压蒸汽供汽系统的稳定运行打下了坚实基础。
2)节约成本。由于采取了合理的改造方向，大幅降低了改造费用。实际节约锅炉管材近40t。大修改造后风机的运行电耗大幅度下降，鼓风机改造前电流400A，改造后320 A；引风机改造前电流500 A，改造后250 A。取消二次风机减少电流80A，如此每小时可节约运行电耗260 kwh。从上述情况来看，即降低了系统造价又减少了运行成本。
