某公司是開(kāi)灤集團(tuán)下屬的自備熱電廠(chǎng)，現(xiàn)擔(dān)負(fù)著礦區(qū)生產(chǎn)供電及當(dāng)?shù)仄笫聵I(yè)單位和居民住宅集中供熱，年發(fā)電量85×10
6kW-h，年供熱量3.8×10
5 CJ，總供熱面積達(dá)4×10
5m2，屬于國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)發(fā)展建設(shè)的綜合能源利用熱電廠(chǎng)。1989年電廠(chǎng)一期工程投入運(yùn)行2臺(tái)SHF35-39/450鍋爐，1995年二期擴(kuò)建2臺(tái)UG-35/3. 82-M17型高倍率循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐自投入運(yùn)行以來(lái)，故障一直較多，不能長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年總的運(yùn)行天數(shù)不足200天，且鍋爐出力低，造成了設(shè)備能力的浪費(fèi)，使公司經(jīng)濟(jì)效益受到嚴(yán)重影響，居民冬季供熱得不到保證。
1、循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題
1.1鍋爐出力不足
正常運(yùn)行鍋爐蒸發(fā)量只有15 t/h左右，僅為設(shè)計(jì)蒸發(fā)量的40%～50%，無(wú)法滿(mǎn)足汽輪機(jī)組的要求。
三門(mén)峽富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，這種生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
由于這種35 t/h循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)爐膛溫度為950℃，燃料為無(wú)煙煤，其發(fā)熱量為18330 KJ/kg。而我廠(chǎng)燃用的是煤矸石，其發(fā)熱量一般為9923 kj/kg左右，和設(shè)計(jì)燃料相差近50%。在運(yùn)行中，沸下溫度在850～1050℃之間運(yùn)行，爐膛出口溫度在800～900℃，有時(shí)也超過(guò)900℃，燃燒室的各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)，但蒸發(fā)量仍達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。據(jù)調(diào)查，此型號(hào)的循環(huán)流化床鍋爐均未達(dá)到設(shè)計(jì)的蒸發(fā)量。其原因分析如下：
(1)系統(tǒng)運(yùn)行不正常。UG-35/3. 82-M17型鍋爐為高倍率循環(huán)流化床鍋爐，若回料系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行，即使物料分離器捕捉到一定的物料量，也不能穩(wěn)定及時(shí)地回送爐內(nèi)，使返送回爐內(nèi)的物料量減少。由于物料濃度變小，傳熱系數(shù)隨之降低，從而影響了爐內(nèi)的傳熱，造成懸浮段載熱質(zhì)及其傳熱量不足，效率降低，鍋爐出力達(dá)不到額定值。
(2)份額分配不合理。UG-35/3. 82-M17型鍋爐布風(fēng)板面積設(shè)計(jì)較小，僅484 m2。加之運(yùn)行中燃用的燃料不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，直接影響運(yùn)行，使物料的平衡和熱量的平衡遭到破壞。循環(huán)流化床鍋爐在每一負(fù)荷工況下，均對(duì)應(yīng)著一定的物料量、物料梯度分布和物料的粒度特性。因燃料的改變，造成鍋爐燃燒一次風(fēng)量的改變，爐內(nèi)物料的流化狀態(tài)也就發(fā)生了變化，燃燒室上部物料濃度降低，進(jìn)入分離器的物料量也相對(duì)減少，這樣不僅影響分離器的分離效率，也降低了分離器的捕捉量，回送量也隨之減少，必然影響爐內(nèi)的傳熱，從而降低負(fù)荷。由于物料量的改變，也影響物料梯度分布變化，物料在爐內(nèi)分布濃度的變化造成懸浮段傳熱量的減少，傳熱系數(shù)降低，鍋爐出力也就降低。
(3)循環(huán)流化床鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮埋管，爐膛內(nèi)只布置了膜式水冷壁受熱面，其位置在燃燒室高度2900 mm以上，布風(fēng)板到2900mm高度是用耐火磚砌筑的爐墻，在此沸騰段沒(méi)有受熱面。運(yùn)行中燃用煤矸石時(shí)，回料系統(tǒng)運(yùn)行不正常，造成沒(méi)有回料量，使懸浮段的物料濃度減少，熱量也減少，密相區(qū)和稀相區(qū)濃度發(fā)生變化，造成受熱面吸收的熱量不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而鍋爐燃燒過(guò)程屬于鼓泡床狀態(tài)下的運(yùn)行工況，所以造成了鍋爐蒸發(fā)量不足。
1.2兩個(gè)回料器不能正常返料。
UG-35/3 .82-M17型鍋爐有兩個(gè)回料系統(tǒng)（慣性室和旋風(fēng)室），自投入運(yùn)行以來(lái)，回料系統(tǒng)一直達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，造成鍋爐燃燒與普通流化床一樣，完全失去了循環(huán)流化床的意義。主要原因分析如下：
該鍋爐回料系統(tǒng)采用1臺(tái)慣性分離器和1臺(tái)旋風(fēng)分離器捕集物料，兩個(gè)分離器均采用“U”型回料閥進(jìn)行物料返送。鍋爐投入運(yùn)行后，兩個(gè)回料閥一直不能正常運(yùn)行。慣性室回料閥因燃用的燃料與設(shè)計(jì)不符，其返料風(fēng)速發(fā)生變化，造成回料器運(yùn)行不正常，同時(shí)操作人員沒(méi)有掌握“U”型閥的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，造成回料閥積灰結(jié)焦，不能滿(mǎn)足循環(huán)回料量。而旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)中回料閥料腿高度不足，回料口出料位置過(guò)低，設(shè)計(jì)的返料風(fēng)速和風(fēng)壓不能滿(mǎn)足返料要求，造成旋風(fēng)室不能運(yùn)行，影響了循環(huán)回料量。因兩個(gè)回料器不能正常返送物料，造成鍋爐的物料梯度發(fā)生變化，各部的物料濃度分布不合理，從而影響到爐內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性和熱量平衡，造成傳熱量減少，鍋爐蒸發(fā)量不足。
1.3主蒸汽溫度低于額定溫度
自鍋爐投入運(yùn)行后，一般情況下蒸汽溫度只有360～400℃，不能滿(mǎn)足汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行。通過(guò)分析和熱力計(jì)算發(fā)現(xiàn)，過(guò)熱器高溫受熱面面積設(shè)計(jì)不足是造成過(guò)熱蒸汽溫度偏低的主要原因。
2、UG-35/3. 82-M17型循環(huán)流化床
鍋爐改造方案
根據(jù)同類(lèi)型鍋爐改造方案的優(yōu)點(diǎn)并結(jié)合我公司燃用煤矸石的實(shí)際情況，制定了UC-35/3. 82-M17型循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行相關(guān)改造的方案。
2.1燃燒系統(tǒng)的改造
原鍋爐為“品”字型布置，爐膛部分為主燃燒室、慣性分離室，爐膛出口接高溫旋風(fēng)分離器，煙氣經(jīng)連接煙道引到尾部煙道，依次沖刷高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、省煤器、空冷器，然后排出爐體。
此次改造將主燃燒室和慣性室合二為一，形成一個(gè)完整的大爐膛，爐膛下部為流化床燃燒區(qū)。為了增加有效燃燒面積，重新制造布風(fēng)室和燃燒床面，用原來(lái)隔墻水冷壁向后拉成折焰角，下部與右墻水冷壁匯合。在床內(nèi)布置埋管受熱面，埋管沿爐深方向共布置20排，每排有3根+60×6 mm管子組成，管排上焊有防磨筋片，以延長(zhǎng)使用壽命，管排傾斜角為15。，埋管總受熱面積為39.2 m2（見(jiàn)圖1）。
2.2回料器的改造
旋風(fēng)分離器沿用原件，接口位置不變。對(duì)流化器進(jìn)行更新，采用“J”閥回料器，料腿高度提高2130 mm，利用立管中建立的料位起到回路密封作用，而且能連續(xù)穩(wěn)定地向爐內(nèi)返送物料，實(shí)現(xiàn)返料自平衡，返送的動(dòng)力源為回料上升段和下降段料位差。為保證均勻地向爐內(nèi)返送物料，回料口上移355 mm。
“J”閥回料器系采用鋼板卷制而成，底部風(fēng)箱合理配風(fēng)，保證連續(xù)穩(wěn)定地向爐內(nèi)返送固體物料，確保循環(huán)灰的良好流動(dòng)，避免回料器內(nèi)因局部死區(qū)而出現(xiàn)結(jié)渣的現(xiàn)象。
2.3高溫過(guò)熱器的改造
為了滿(mǎn)足鍋爐蒸汽溫度要求，在原尾部煙道結(jié)構(gòu)不變的情況下，增加高溫過(guò)熱器受熱面積，改變?cè)玫纳咝喂艹叽纭２捎谩?2×3.5 mm(12CrlMoV)彎制，管屏用84(1Gr20N114S12)管夾固定，管屏頂部迎風(fēng)面加裝防磨蓋板。過(guò)熱器依然采用原有的吊掛方式固定，過(guò)熱器集箱全部留用。
3、鍋爐改造的效果
3號(hào)、4號(hào)爐經(jīng)過(guò)改造后，兩年來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐證明，改造后的鍋爐具備了長(zhǎng)期、高水平穩(wěn)定運(yùn)行的能力，返料系統(tǒng)及各個(gè)改造部分工作正常，鍋爐出力可在設(shè)計(jì)出力50%～110%間較好地調(diào)整，汽輪發(fā)電機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，鍋爐各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表1。
4、結(jié)語(yǔ)
采用上述方案，對(duì)UG-35/3. 82-M17型循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行的改造，解決了原鍋爐存在的問(wèn)題。改造后由于鍋爐爐膛面積增大，在料層中加設(shè)了39.2 m2埋管受熱面，降低了各部分煙氣流速，煙氣攜帶的飛灰量下降，燃料利用率提高，分離器和循環(huán)回料閥運(yùn)行正常，滿(mǎn)足了物料的循環(huán)返送。改造后的鍋爐為低倍率循環(huán)流化床，適合于燃用開(kāi)灤集團(tuán)的煤矸石種類(lèi)的燃料。
