羅凱，林世華

(北京東方石油化工有限公司東方化工廠，北京 101149)

1 概況

東方石化公司東方化工廠現(xiàn)有2臺(tái)四川鍋爐廠設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐型號(hào)為CG－75/3.82－MX10。循環(huán)流化床鍋爐主要由爐膛、高溫水冷旋風(fēng)分離器、雙路回料閥和尾部對(duì)流煙道組成。其中，燃燒室(爐膛)蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁，布風(fēng)裝置采用水冷布風(fēng)板，“7”字形定向風(fēng)帽，燃燒室內(nèi)布置管式高溫過熱器，兩個(gè)直徑3m的高溫水冷旋風(fēng)分離器布置在燃燒室與尾部對(duì)流煙道之間，其回料腿下部布置一個(gè)L型自平衡回料閥，尾部對(duì)流煙道內(nèi)布置低溫過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等受熱面。

燃料燃燒所需的一、二次風(fēng)分別由各自的風(fēng)機(jī)單獨(dú)供風(fēng)，采用分級(jí)配風(fēng)，其中一次風(fēng)經(jīng)布風(fēng)板給入;二次風(fēng)于爐膛密相區(qū)由上、下二次風(fēng)箱分12個(gè)噴口(左右各6個(gè))給入。循環(huán)流化床鍋爐采用床下熱煙氣啟動(dòng)燃燒器點(diǎn)火方式，設(shè)置床下油槍共2只，設(shè)計(jì)單支最大出力200kg/h，啟動(dòng)燃燒器油槍霧化采用機(jī)械霧化，燃用柴油。設(shè)計(jì)燃用煤種為優(yōu)質(zhì)煙煤，單臺(tái)鍋爐燃煤量10t/h，鍋爐主要參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要參數(shù)

2 能耗高的原因分析

對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐，為適應(yīng)其燃燒方式的特殊性，在爐膛底部布置了高阻力的布風(fēng)裝置，運(yùn)行中鍋爐密相區(qū)具有大量的高濃度、大顆粒的床料，為了使床料得到充分的流化，必須有高壓頭的一次風(fēng)機(jī)提供流化風(fēng)，循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)風(fēng)壓是同等參數(shù)煤粉爐送風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的2～3倍，一次風(fēng)機(jī)電耗較高。為了使?fàn)t膛內(nèi)的煤得到充分燃燒，降低鍋爐煙氣NOx物濃度，通過二次風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)分段送風(fēng)，并要求二次風(fēng)具有較高的穿透力，二次風(fēng)機(jī)壓頭較高，二次風(fēng)機(jī)電耗較高。爐內(nèi)循環(huán)物料量大，飛灰濃度高，布置有旋風(fēng)分離器，增加了煙氣的流動(dòng)阻力，引風(fēng)機(jī)的壓頭較高，引風(fēng)機(jī)的電耗也較高。

另外，大容量的循環(huán)流化床鍋爐，為了降低飛灰可燃物含量，需要將電除塵一電場(chǎng)灰斗中的灰利用飛灰再循環(huán)系統(tǒng)送回爐膛，需要布置飛灰再循環(huán)風(fēng)機(jī);采用風(fēng)水聯(lián)合冷渣器的循環(huán)流化床鍋爐，還需要設(shè)置冷渣器流化風(fēng)機(jī);大量物料在返料和爐膛等系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，必須設(shè)置更高壓頭的返料風(fēng)機(jī)。因此，循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機(jī)數(shù)量多、電耗高，該流化床鍋爐在運(yùn)行初期蒸汽風(fēng)機(jī)電耗高達(dá)14.56kW·h/t。同時(shí)，該流化床鍋爐由于燃用煤種偏離設(shè)計(jì)煤種較大，鍋爐運(yùn)行中排煙溫度較高，鍋爐熱效率相對(duì)降低，因此鍋爐噸蒸汽煤耗較高。

綜上所述，要提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，降低循環(huán)流化床鍋爐的能耗指標(biāo)是主要方式之一，除了常規(guī)的通過優(yōu)化鍋爐運(yùn)行和設(shè)備管理，提高鍋爐熱效率，來降低噸蒸汽標(biāo)煤耗火發(fā)電標(biāo)煤耗外，還需要通過設(shè)備的改造，風(fēng)量的合理搭配和控制，降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行壓力或盡可能減少高壓頭風(fēng)量，努力降低風(fēng)機(jī)、水泵等大功率輔助設(shè)備電機(jī)的功耗，來降低噸蒸汽電耗或自用電率。

3 節(jié)能措施及效果

3.1 降低布風(fēng)板阻力

循環(huán)流化床鍋爐的布風(fēng)裝置包括風(fēng)室、布風(fēng)板、風(fēng)帽和絕熱保護(hù)層，其作用就是均勻分布一次風(fēng)。風(fēng)帽是布風(fēng)裝置中關(guān)鍵的設(shè)備，它起到細(xì)分一次風(fēng)的作用，其小孔速度是影響布風(fēng)裝置阻力的主要因素，也是影響流化床燃燒穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素［1］。小孔風(fēng)速越高，布風(fēng)裝置阻力越大，燃燒穩(wěn)定性好，但是風(fēng)機(jī)壓頭高，造成鍋爐風(fēng)機(jī)電耗高;小孔風(fēng)速越低，布風(fēng)裝置阻力越小，燃燒穩(wěn)定性差，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生床料流化不良、風(fēng)室漏灰嚴(yán)重等問題。通常情況下，布風(fēng)板阻力占爐膛總壓降的20% ～25%，其目的就是為了確保床料的流化質(zhì)量［2］。循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)帽有圓柱形、“7”字形、“T”字形、豬尾形、鐘罩式和半球形卡箍式等類型。該爐最初采用“7”字型定向風(fēng)帽，發(fā)現(xiàn)磨損比較嚴(yán)重，使用半年左右風(fēng)帽磨損穿孔的數(shù)量就占了總量的25%左右;風(fēng)室內(nèi)漏灰情況比較嚴(yán)重，4個(gè)月左右就要清理一次風(fēng)室的積灰;風(fēng)帽阻力較大，正常運(yùn)行風(fēng)量下，布風(fēng)板空板阻力在4.5kPa左右，一次風(fēng)機(jī)電耗較高，噸蒸汽耗電為7.57kW·h。

考慮到圓柱形風(fēng)帽具有布風(fēng)較均勻、磨損較小、風(fēng)室漏灰可能性小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在2004年上半年原風(fēng)帽改為圓柱形風(fēng)帽。改造后，不僅風(fēng)帽的磨損減小，更換周期由原來的12個(gè)月增加到26個(gè)月以上，而且風(fēng)室漏灰問題基本上得到了解決，布風(fēng)板阻力降低了30%，一次風(fēng)機(jī)電耗降低。

3.2 降低入爐煤粒度

燃煤粒徑大小、粒度分布不僅影響到循環(huán)流化床鍋爐的燃燒、傳熱和負(fù)荷調(diào)節(jié)，而且影響到鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行、風(fēng)機(jī)電耗。通常情況下，高倍率循環(huán)流化床鍋爐燃料粒徑要求較細(xì)，低倍率循環(huán)流化床鍋爐燃料粒徑要求較粗;低揮發(fā)分的煤種，燃料粒徑要求較細(xì)，高揮發(fā)分煤種，燃料粒徑要求較粗［3－4］。

流化床鍋爐原輸煤系統(tǒng)為一級(jí)篩分一級(jí)破碎，在實(shí)際運(yùn)行中存在出力不足、原煤破碎粒度偏大等突出問題，實(shí)際入爐粒度在20mm左右，造成鍋爐效率偏低、設(shè)備磨損加劇及鍋爐除渣困難等問題，2007年2臺(tái)流化床鍋爐停運(yùn)13次，其中因?yàn)榉旁粫?、設(shè)備磨損等原因引起的停運(yùn)占了9次，嚴(yán)重地影響了流化床鍋爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

2008年9月，對(duì)鍋爐燃煤破碎系統(tǒng)進(jìn)行了改造，在原有的環(huán)錘破碎機(jī)后面的3、4號(hào)皮帶之間增加一級(jí)齒輥式碎煤機(jī)，將燃煤粒徑控制在了13mm以下，完全滿足燃煤粒度需要，并提高了輸煤系統(tǒng)負(fù)荷，減少了上煤時(shí)間和電耗。改造后，鍋爐最低流化風(fēng)量降到30000m3/h，運(yùn)行時(shí)一次風(fēng)量也降到了40000m3/h左右，噸蒸汽風(fēng)機(jī)總電耗降低，節(jié)電效益非?？捎^。

3.3 降低鍋爐排煙溫度

鍋爐熱效率是反映鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況的一個(gè)綜合性指標(biāo)。要提高鍋爐熱效率，就必須努力降低各項(xiàng)熱損失。一般情況下，排煙熱損失在各種熱損失中最大，可以達(dá)到4% ～8%，其大小不僅與鍋爐煙氣的熱容積有關(guān)，而且與鍋爐排煙溫度關(guān)系緊密［5］。在其他條件不變情況下，鍋爐煙氣總量越大，排煙熱損失越高，排煙溫度越高，鍋爐的排煙熱損失也越大。經(jīng)驗(yàn)表明，排煙溫度每升高10～15℃，鍋爐排煙熱損失將增加1%左右，相當(dāng)于鍋爐熱效率將降低1%左右。

目前該2臺(tái)75噸流化床鍋爐，由于實(shí)際燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種偏離過大，鍋爐運(yùn)行排煙溫度在170℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于150℃的設(shè)計(jì)值，排煙熱損失高達(dá)7.5%左右，鍋爐熱效率僅能達(dá)到88%左右。同時(shí)，電廠在2009年對(duì)2臺(tái)流化床鍋爐電除塵器改為電袋復(fù)合除塵器時(shí)，由于受布袋運(yùn)行溫度的限制，通過噴入脫鹽水的方法來降低煙氣溫度既浪費(fèi)了熱能和脫鹽水，又因?yàn)樵鲈O(shè)水泵而增加了鍋爐的電耗。

降低鍋爐的排煙溫度有加裝省煤器、普通管式空預(yù)器和熱管空預(yù)器三種方式。其中熱管預(yù)熱器具有阻力小、不漏風(fēng)、安裝空間小、防堵灰性能好等優(yōu)點(diǎn)，是降低鍋爐排煙溫度的最佳選擇，該2臺(tái)流化床鍋爐熱管空預(yù)器主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 熱管空預(yù)器主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2010年熱管空預(yù)器改造完成，改造后1、2號(hào)爐的排煙溫度分別降低了30℃和50℃，一次風(fēng)溫度分別提高了40℃和60℃，鍋爐熱效率分別提高了2.4%和3.1%，噸蒸汽耗煤分別下降了 3.84kg和4.96kg，每臺(tái)鍋爐輔助用電降低7kW·h/h。

3.4 鍋爐摻燒工業(yè)廢氣

東方石化公司東方化工廠乙烯裝置生產(chǎn)規(guī)模為16萬t/年，為20世紀(jì)90年代建成的小乙烯。目前，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢氣(以下稱火炬氣)總量在4000m3/h左右，其主要成分為甲烷和氫氣，具有很高的回收利用價(jià)值。雖然，工廠近幾年進(jìn)行許多方面的優(yōu)化和改造，但仍有2500～3000m3/h的富裕火炬氣只能通過火炬管網(wǎng)燃燒后排向大氣，不僅對(duì)周邊環(huán)境造成較大的影響，而且造成東方乙烯裝置能耗較高。

2007年實(shí)施了流化床鍋爐摻燒火炬氣改造項(xiàng)目。為了實(shí)現(xiàn)乙烯裝置富?；鹁鏆獾幕厥蘸屠茫陆◤南N裝置到熱力裝置流化床鍋爐單元的燃?xì)夤┙o系統(tǒng)，燃?xì)馄蛛x和雜質(zhì)過濾、減壓調(diào)壓后，通過6臺(tái)燃燒器(每臺(tái)爐)進(jìn)入鍋爐爐膛參與燃燒，燃燒器采用徑向配風(fēng)旋流燃燒器。經(jīng)過近4年的運(yùn)行實(shí)踐證明，工業(yè)廢氣在2臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐中的摻燒應(yīng)用改造是成功的，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益也是可觀的。

4 下階段節(jié)能工作

4.1 鍋爐輔機(jī)節(jié)電改造

通常情況下，設(shè)計(jì)院在選擇鍋爐風(fēng)機(jī)時(shí)，在最大連續(xù)出力運(yùn)行工況下仍留有15%的風(fēng)量余度，25%的靜壓頭余度和5～6℃的溫度余度，使其具有負(fù)荷快速變化、環(huán)境變化、燃料變化、事故處理等方面的調(diào)控能力［6］。該2臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐主要向全廠提供加熱蒸汽和動(dòng)力蒸汽，受生產(chǎn)裝置負(fù)荷變化、運(yùn)行方式、季節(jié)變換等因素的影響，絕大部分時(shí)間均處在較低負(fù)荷工況下運(yùn)行。冬季和夏季實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷僅為額定負(fù)荷的80%和70%，存在大馬拉小車的現(xiàn)象;鍋爐風(fēng)機(jī)風(fēng)量采用入口擋板調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)擋板經(jīng)常處于50%左右開度運(yùn)行，不僅擋板節(jié)流損失較大，而且風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處在低效區(qū)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)電耗相對(duì)較高。同時(shí)，鍋爐配套的給水泵也是按照額定負(fù)荷選型配置，采用工頻運(yùn)行方式，壓頭和出力富裕量都非常大，鍋爐基本上長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在80%負(fù)荷以下，給水泵大約有40%左右的熱水在除氧器之間打循環(huán)，造成能源浪費(fèi)。

目前，對(duì)于鍋爐風(fēng)機(jī)和給水泵的節(jié)電改造通常采用電機(jī)變頻改造或聯(lián)軸器液力耦合改造兩種方式。對(duì)該75t/h循環(huán)流化床鍋爐配備的風(fēng)機(jī)、給水泵電機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造，每臺(tái)大約在100萬元左右，雖然具有調(diào)節(jié)精度高、工作效率高、調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，但是投資成本相對(duì)較高;而進(jìn)行液力耦合改造每臺(tái)僅需20萬元左右，雖然在性能方面不如高壓變頻改造，但具有占地面積小、投資成本低等優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮對(duì)鍋爐的風(fēng)機(jī)和給水泵進(jìn)行液力耦合改造。經(jīng)過測(cè)算，給水泵的節(jié)電率能夠達(dá)到20%，噸蒸汽電耗降低0.85kW·h，風(fēng)機(jī)節(jié)電率能夠達(dá)到15%，噸蒸汽電耗降低0.75kW·h。

4.2 節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化

(1)低床壓燃燒控制。床壓的大小是判斷馴化流化床鍋爐床料量多少的唯一依據(jù)。在鍋爐運(yùn)行中，床壓會(huì)隨著鍋爐的負(fù)荷、爐內(nèi)灰的粒徑、煤的質(zhì)量、煤的破碎粒度以及風(fēng)量的變化而變化。目前該鍋爐床層壓力控制在10～11kPa，一次風(fēng)需要克服的阻力較大，一次風(fēng)機(jī)電耗較高。經(jīng)過運(yùn)行嘗試，將該循環(huán)流化床鍋爐床壓運(yùn)行控制在8～9kPa之間，比原控制值有較大幅度的降低，高負(fù)荷時(shí)選擇低值控制，低負(fù)荷時(shí)選擇高值控制，不僅鍋爐流化質(zhì)量和底渣含碳量沒有受到影響，降低了一次風(fēng)機(jī)電耗。床壓的大小通過排渣進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常采用勤排少排或少量連續(xù)排渣的方式，既可保持床內(nèi)料層穩(wěn)定，又可以防止有效循環(huán)顆粒的流失。

(2)低氧量燃燒控制。煙氣中氧量的高低直接反映出過量空氣系數(shù)的大小。對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐，一次風(fēng)用于控制床料的流化和調(diào)節(jié)床層溫度，二次風(fēng)用于控制煙氣含氧量，以確保燃料正常燃燒［7］。目前，該鍋爐煙氣含氧量按照鍋爐廠提供的說明書控制在4% ～6%，造成受熱面磨損大、床溫低、風(fēng)機(jī)電耗高?？紤]到該循環(huán)流化床鍋爐采用膜式屬冷壁，爐膛的密封性好，漏風(fēng)系數(shù)小，降低氧量運(yùn)行是可行且有利的。在采用低氧量燃燒控制措施后，不僅可以提高床溫，使鍋爐燃燒效率升高、飛灰含碳量降低，而且可以降低送風(fēng)總量和引風(fēng)總量，使風(fēng)機(jī)電耗降低，同時(shí)降低受熱面磨損。

(3)低一次風(fēng)量控制。一次風(fēng)量主要作用是保證物料處于良好的流化狀態(tài)，同時(shí)為燃料提供部分氧氣。因此，一次風(fēng)量不能低于運(yùn)行中所需的最低風(fēng)量，即必須控制在臨界流化風(fēng)量以上。風(fēng)量過低，床料不能正常流化，既影響鍋爐負(fù)荷，又容易引起結(jié)焦;風(fēng)量過高大，不僅會(huì)影響脫硫，而且受熱面磨損加大，風(fēng)機(jī)電耗較高［8］。正常運(yùn)行中，該鍋爐一次風(fēng)機(jī)的壓頭為10～11kPa，二次風(fēng)機(jī)的壓頭為2～3 kPa，而風(fēng)機(jī)的功耗與出口壓頭成正比，在相同風(fēng)量情況下，一次風(fēng)所消耗的電機(jī)功率為二次風(fēng)所消耗的功率的4～5倍。因此，只要能夠確保床料正常流化，床溫處于受控狀態(tài)，盡可能降低一次風(fēng)量，燃燒所需的氧量通過二次風(fēng)來補(bǔ)充，就可以實(shí)現(xiàn)降低噸蒸汽電耗的目的。隨著燃煤入爐粒度由20mm降低到13mm，一次風(fēng)溫度由90～100℃提高到150～160℃，該循環(huán)流化床鍋爐正常流化所需的臨界流化風(fēng)量大幅度降低，為降低一次風(fēng)總量創(chuàng)造了條件。經(jīng)過運(yùn)行嘗試，一次風(fēng)量降到33000～35000m3/h，基本上占總風(fēng)量的50%左右，鍋爐完全能夠正常運(yùn)行，噸蒸汽風(fēng)機(jī)電耗可以降低0.48kW·h。

5 結(jié)語

東方石化公司東方化工廠2臺(tái)75t/h循環(huán)流化床鍋爐，作為國(guó)內(nèi)低容量、低參數(shù)方面的早期產(chǎn)品，通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)行業(yè)之間的交流，實(shí)施設(shè)備改造和運(yùn)行優(yōu)化，目前已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。特別是通過近幾年實(shí)施節(jié)能改造和運(yùn)行優(yōu)化，鍋爐能耗指標(biāo)水平穩(wěn)步提升，2010年鍋爐噸蒸汽耗煤純煤工況下為141kg，摻燒火炬氣后已經(jīng)低于132.4kg，鍋爐熱效率達(dá)到91.5%，噸蒸汽風(fēng)機(jī)電耗降為13.07kW·h，經(jīng)過后期的改造和優(yōu)化，預(yù)計(jì)可以降到10.82kW·h，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)較鍋爐運(yùn)行初期或設(shè)計(jì)值有明顯的提高，在節(jié)能降耗、降本減費(fèi)和指標(biāo)上水平等方面取得了很好的效果。

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