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循环流化床锅炉节能环保改造研究

发布时间:2018-07-10

  节能环保小论文五

  题目:循环流化床锅炉节能环保改造研究

  摘要:针对某厂240 t/h循环流化床 (CFB) 锅炉存在床温高、NOx原始排放浓度高的问题, 提出了节能环保综合改造方案, 具体内容包括:布风均匀性改造、旋风分离器提效改造、冷态试验及燃烧调整优化。通过改造解决了锅炉存在的问题, 使得锅炉运行参数回归设计值, 实现了锅炉的安全、稳定、经济运行。改造后锅炉烟气的NOx原始排放浓度低于200 mg/Nm3 (6%氧浓度, 干基) , 依托原有SNCR脱硝系统, 最终NOx排放浓度可控制在50 mg/Nm3以内, 满足超低排放限值要求。

节能环保

  关键词:循环流化床锅炉; 节能; 环保; 低氮燃烧;

  0 引言

  循环流化床锅炉由于其煤种适应性广、负荷调节范围宽等特点在近20年得到了迅速的发展[1-3]。然而, 随着我国对燃煤发电机组节能环保要求的不断提升, 现役机组由于设计、运行等原因造成的能耗偏高、环保性能不佳的问题日益突出。某厂现有2台240 t/h循环流化床 (CFB) 锅炉, 自锅炉投运以来一直存在床温偏高、NOx原始排放浓度高等问题, NOx原始排放浓度达到250 mg/Nm3左右, 单纯依靠SNCR脱硝系统难以稳定达到50 mg/Nm3的超低排放标准, 尿素耗用量偏大, 进行SCR改造投资费用和维护费用都十分高昂。

  针对以上问题, 通过锅炉本体改造, 使锅炉回归设计标准, 降低NOx原始排放, 实现高效、低成本的超低排放达标运行。

  1 锅炉问题概述

  某厂采用的是由上海锅炉厂生产的240 t/h高压循环流化床锅炉, 锅炉型号为SG-240/9.8-M257, 锅炉采用岛式半露天布置、全钢结构、炉顶设置轻型钢屋盖。锅炉采用支吊结合的固定方式, 锅炉运转层标高为8 m。锅炉采用单锅筒自然循环、集中下降管、平衡通风、绝热式旋风气固分离器、循环流化床燃烧方式、后烟井内布置对流受热面, 过热器采用两级喷水调节蒸汽温度。

  1.1 风帽与布风装置

  锅炉设计采用钟罩式风帽。风帽外罩直径为102 mm, 外罩开孔8个, 开孔直径14 mm。外罩与芯管采用焊接连接。外罩材质为ZGCr26Ni4Mn3NRe, 芯管材质为1Cr18Ni9Ti。

  尽管钟罩式风帽结构优良、性能稳定、安装使用便利, 但在实际的使用过程中仍存在一些问题。这些问题包括外罩小孔磨损和堵塞、外罩破裂、内芯管断裂和脱落错位, 严重影响了锅炉的正常运行。

  1.2 锅炉旋风分离器

  锅炉分离器筒体内径4 768 mm, 进口截面4 128×1 350 mm, 中心筒直径1 912 mm, 插入深度2 900 mm。通过对取得的飞灰样分析可以发现, 锅炉分离器的分离效果不佳, 相当数量的飞灰无法有效分离下来。

  1.2.1 变形问题

  中心筒筒体由于是耐热不锈钢板卷制而成, 无膨胀间隙, 中心筒整体受热不均。锅炉启动时迎风侧受热快, 停炉时迎风侧冷却快, 易变形成椭圆形。拉筋与中心筒以焊接固定方式连接, 连接部位是死点, 无膨胀间隙, 启炉时筒体受热膨胀被拉筋挤压, 停炉时筒体收缩被拉筋拉住, 多次反复后, 筒体也容易疲劳变形。

  1.2.2 吊挂问题

  目前中心筒的吊挂方式采用拉筋吊挂, 中心筒上端的每片扇形板由拉筋将筒体与分离器外护板焊接固定。由于拉筋强度不够, 拉筋易断裂并脱离中心筒, 导致中心筒下移并产生偏斜, 使分离效率下降。在中心筒受热膨胀、受冷收缩时, 拉筋与中心筒焊接处胀缩受阻, 胀缩顶拉力会使中心筒上部产生严重变形, 同时拉筋易被扭断, 使中心筒下沉, 严重时会导致中心筒脱落。

  1.2.3 效率下降问题

  筒体膨胀、变形后, 会使得筒体周边处浇注料裂纹、脱落, 造成烟气短路。分离器对飞灰未经惯性分离捕捉后直接从中心筒缝隙中飞逸出去, 造成分离器效率下降, 锅炉带负荷能力下降, 飞灰含碳量上升, 尾部受热面磨损加剧等一系列问题。

  2 技术改造方案

  2.1 风帽与布风装置改造

  针对锅炉布风不均匀、易脱落等问题, 本次改造采用了新型钟罩型风帽设计方案, 并结合新设计的风帽结构进行了数值模拟研究, 主要模拟实炉条件下风帽内的流动及压力变化情况。从模拟结果可以看出阻力的主要产生区域是风帽芯管小孔和外孔, 风帽整体阻力特性良好。

  在数值模拟的基础上, 进一步进行了风帽结构和阻力特性的优化完善, 并提出了最终的改造方案。该方案选取了较低的风帽外罩小孔速度以降低外罩磨损, 通过芯管小孔调节布风板阻力以保证布风板具有良好的阻力特性。针对锅炉风帽磨损严重的问题, 对风帽外罩小孔区域进行了加厚, 以提高其耐磨性和使用寿命。将风帽外罩风孔向下倾斜20°, 减少相邻风帽风孔的扰动, 减少床料反窜;风帽芯管上端部利用端板焊死, 防止风帽脱落从芯管漏渣, 便于安装施工。材质方面采用铸造方式进行加工, 外罩统一采用ZG40Cr25Ni20, 芯管采用CPH20。

  采用Fluent软件对原设计方案和改造方案进行了比较, 可以看到数值模拟结果与理论计算比较接近, 改造后的风帽阻力可以2.8 k Pa左右提升至4.2 k Pa, 由于目前风机余量较大, 加之改造后可以降低一部分一次风量, 因此风帽阻力可以满足运行需要。从数值模拟结果来看, 改造方案外罩小孔的压力场和速度场均趋于均匀, 且更加稳定, 即通过改造方案流动得到了显著改善[4]。

  2.2 锅炉旋风分离器改造方案

  2.2.1 中心筒改造方案

  锅炉现有旋风分离器筒体直径虽然不大, 但是由于入口速度较低, 有可能造成正常旋流核心弯曲甚至破坏, 使其处于不稳定状态, 降低分离效率[5-6]。根据以上情况, 本次改造提出偏置中心筒的方案, 此措施可以有效提高分离效率。

  具体方案中采用Cr25Ni20Mo Mn Si NRe材料铸造中心筒, 可以有效提高中心筒的机械性能, 筒体厚度δ=16 mm。这种中心筒耐高温达1 150~1 200℃, 完全可以满足中心筒工作环境的温度要求, 耐高温程度接近Cr25Ni20, 而耐磨性远高于Cr25Ni20材料, 并且铸造中心筒厚度增加, 能有效避免钢板卷制中心筒在运行中易受胀缩应力而变形成椭圆, 分离效率下降, 燃烧工况恶化的后果;铸造中心筒增厚后强度远高于钢板卷制的筒体, 不会产生变形现象。

  2.2.2 入口烟道改造方案

  由于分离器入口烟气速度偏低, 通过增加分离器进口耐磨料层的厚度, 减少进口面积增大进口烟气流速来提高分离效率。进口烟速在一定范围内越高, 分离效率越高, 但运行阻力也越大。进口烟速过高, 二次携带严重, 却使效率降低。另外, 烟速过大, 压力损失也大大增加, 能量损耗太大, 而且也会加速对分离器本体的磨损, 使运行寿命降低。因此, 根据设计经验既保证分离效率又考虑能量消耗, 一般进口烟速取15~25 m/s。本次改造设计时, 增加凸台缩口后进入分离器入口烟气流速由原来的22 m/s增加到24 m/s, 效率有望进一步提高。

  2.2.3 吊挂方式改造方案

  这次改造采用自由吊挂式改造, 自由吊挂是指中心筒通过上部大筋板安放在支架上的安装方式, 这种安装方式大筋板与支架间为自由配合 (无焊接等任何方式的固定) , 可以相对滑动, 由于大筋板、三角筋板和中心筒为一体铸造具有较高的强度, 不会发生扭曲变形, 具有良好的使用效果, 可以保证筒体不会发生脱落现象, 筒体变形也会降到最小可能。为了保证密封, 还在筒体上端密封浇注料底部加一圈密封环板。用岩棉把筒体与浇注料缝隙塞满后, 焊接一圈密封环板, 有效的防止了烟气短路问题。

  3 燃烧调整优化

  3.1 锅炉一二次风量对锅炉平均床温与NOx排放量的影响

  运行总风量及一二次风比例的调整可以有效改善炉内风、煤及灰的混合程度, 可有效的调节锅炉平均床温与NOx的排放量。

  一次风量调节分别为:13万Nm3、14万Nm3、15万Nm3的工况下, 观察床温, 氧量变化。当风量在13万Nm3时, 平均床温达到968℃, 省煤器烟道氧量为2.4%左右, NOx平均在40mg/Nm3;当风量在14万Nm3时, 平均床温为950℃, 氧量为3%左右, NOx平均在50 mg/Nm3;当风量在15万m3时, 平均床温为945℃, 氧量为3.2%左右, NOx平均在90 mg/Nm3。随着氧量的增加, 床温下降, 同时NOx值一直呈增长趋势。

  3.2 给煤均匀性优化调整

  对1、4号2、3号分别进行了不同给煤量的调节, 使床温达到平均。在对2、3号给煤线增加1.5 t煤量时四条线分别达到8、11、11、8 t, 结果表明床温偏高, 平均床温达到960℃;1、4给煤增加时分别为10、9、9、10 t, 结果表明床温与NOx都略降;1、4继续增加2、3减小给煤量, 平均床温和NOx都开始上升。

  4 改造前后运行结果对比

  表1对锅炉改造前后同负荷下主要数据进行对比。从表中可以看出, 改造后的锅炉风机电耗、床温、NOx排放值以及尿素流量都有显著改善。为获得氮氧化物原始排放数据, 短暂停运锅炉脱硝系统, 测得NOx原始排放浓度为150~160 mg/Nm3。

  综合来看, 锅炉改造结果达到设计预期效果, 氮氧化物原始排放显著降低, 厂用电率下降明显, 说明文中提出的诸多改造方案是成功可行的。

  表1 改造前后锅炉运行参数对比

  5 结束语

  文中提出了对循环流化床锅炉的节能环保综合改造方案并进行实施。运行结果表明, 风帽存在的磨损及布风不均匀问题得到解决, 分离器提效后锅炉内部物料循环改善, 床温和NOx原始排放值都得到了良好控制。节能环保改造妥善解决了锅炉存在的问题, 使得锅炉运行参数回归设计值, 确保了锅炉的安全、稳定、经济运行。

  参考文献
  [1]林宗虎, 魏敦崧, 安恩科, 等.循环流化床锅炉[M].北京:化学工业出版社, 2004.
  [2]蒋敏华, 肖平.大型循环流化床锅炉技术[M].北京:中国电力出版社, 2009.
  [3]李战国, 刘志成, 贺军, 等.旋风分离器的入口烟道布置对性能的影响[J].中国电机工程学报, 2009, 29 (17) :1-7.
  [4]包绍麟, 王海刚, 吕清刚, 等.220 t/h CFB锅炉旋风分离器性能的数值模拟研究[J].工业锅炉, 142 (6) :27-31.

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