循环流化床锅炉低负荷运行能效提升技术研究

循环流化床锅炉低负荷运行能效提升技术研究

邓明刚 ,李坤

遵义铝业股份有限公司  贵州 遵义 563100

摘要：热电厂热力车间锅炉机组是氧化铝厂最大的单体关键设备，锅炉机组运行的好坏直接影响着热力车间的经济性，重点关联着氧化铝厂的生产安全和成本。锅炉机组现生产配套用汽负荷率在90-130t/h，与锅炉经济运行负荷范围偏差较大，出现分离器效率低、受热面积灰严重、排烟温度偏高（148℃）、局部工艺设备系统表现大马拉小车现象。导致锅炉能耗较高，严重影响了电厂的安全经济性能、增加了环保风险。为降低锅炉能耗，提高安全经济运行水平，我结合现有的锅炉状况与锅炉厂家进行反复技术交流。及时拟定了一系列改善措施，达到“降低能耗，提升效益”的目的，提高了锅炉机组设备的安全稳定运行。

关键词：锅炉；低负荷；能效；研究

前言：遵义铝业股份有限公司热电厂热力车间使用的180t/h锅炉，是济南锅炉集团有限公司出产的中温中压循环流化床锅炉：YG-180/3.82-M1（59100-0-0），锅炉原始设计主要参数如下：

额定蒸发量180t/h

额定汽压3.82MPa

额定汽温450℃

给水温度104℃

排烟温度139℃

热电厂以供汽为主，发电为辅，热电联产，以汽定电。锅炉自2010年10月正式建成投产，设计主体设备为2台180t/h的中温、中压循环流化床锅炉，一用一备。现已役运12年，一直未进行过整体大修，在役时间远远超出了大修周期。现生产配套用汽负荷为90～130t/h，与锅炉经济运行负荷范围偏差较大；因锅炉长期处于较低负荷工况（90-100t/h），出现分离器效率低，飞灰和底渣含碳量高，受热面积灰严重、排烟温度偏高（148℃）、局部工艺设备系统表现大马拉小车现象。导致锅炉能耗较高，严重影响了电厂的安全经济性。同时存在锅炉运行稳定性差，易发生环保指标SO2、NOx超标及锅炉熄火等高危安全风险。我们针对锅炉专门进行了系统的分析研究，找到了锅炉低负荷运行效能提升的解决办法，达到“降低能耗，提升效益”的目的，提高了锅炉机组设备的安全稳定运行。

一、锅炉换热面冷喷清灰技术应用。

现氧化铝生产配套用汽负荷在90～130t/h，年平均负荷为锅炉额定负荷的59%，与锅炉经济运行负荷（80～90%）范围偏差较大。因锅炉长期处于较低负荷工况区运行，烟气流速较慢，容易造成烟道换热面结垢积灰，运行中排烟温度平均为148℃，与设计值139℃偏离9℃，热损失严重；另外空预器组设计为错列布置，布置在烟道换热面的最末端，积灰最为严重，空预器局部因积灰易堵死，风阻增加，形成烟气走廊，导致多处管束被磨穿，影响锅炉机组安全运行，锅炉负荷≥115t/h需启动2台引风机运行。通过引进郓城万通干冰设备自动化有限公司清灰新技术，使用冷喷技术对1#锅炉换热面进行清洗，以压缩空气作为动力和载体，以干冰颗粒为被加速的粒子，通过专用设备喷射到被清洗的换热表面，利用高速运动的固体干冰颗粒的动量变化（Δmv）、升华、熔化等能量转换，使被清洗换热表面的积灰、结垢等迅速冷冻，从而凝结、脆化、被剥离，达到清灰去污的效果。1#锅炉通过冷喷技术清洗后启动运行，单台引风机运行最大负荷达146t/h，同工况下，锅炉排烟温度降低22℃，高压引风机电流减小2.6A。同时省煤器出口给水温度升高9℃，缩小了汽包内饱和温度与省煤器出口给水的温差，基本解决了一直存在的省煤器出口给水管道晃动的问题。

二、分离器提效

改进分离器进口烟道：因锅炉负荷较低，当前分离器的入口烟速偏低，分离效果差，需将其入口烟道缩径，使烟气和夹带的物料在进入旋风分离器之前能得到较大的动量，促进气固分离，增加循环灰量，降低飞灰含碳量，改造简图如下：

三、流化床优化

将布风板宽度收缩，减小床面积以降低一次风量，床面配置内嵌逆流钟罩风帽，以利于控制大渣含碳量。

新型风帽外孔向下倾斜，可减少相邻风帽间的对吹，降低冲刷磨损，通过芯管小孔流速调控布风板阻力，保证布风板的阻力特性，减少床温偏差。内嵌逆流式结构能减少床料返窜，不易漏渣，同时卡扣式的联接方式易于检修维护。

四、锅炉小型返料风机低负荷技术应用。

锅炉长期在低负荷状态下运行，每台返料风机用风量为 1000m3/h，原返料风机配置过大为运行实际风量的12倍，与实际运行中风量严重不匹配，导致烟气量过大，从而增加了引风机电耗；原返料风机为容积式风机，流量不可调整，风机功率为160KW，电耗过大浪费严重；其次原有的返料风机隔板碳化变形，故障率高。通过技术改造：（1）、根据实际负荷重新选配小型返料风机，将返料风机配置由160KW降至44KW，风机功率减小72%；（2）、返料风机风帽通风孔由Φ8mm改为Φ4mm，减少返料用风量；（3）、将返料床隔板更换为耐磨浇筑料砌筑型式，并降低隔墙高度100mm，返料床隔墙高差由450mm减为350mm。

五、压缩空气使用技术创新。

锅炉烟气配置为大布袋除尘器及一套气力输灰系统；上煤系统配置7台小布袋除尘器；输灰渣储存系统配置5台小布袋除尘器；石灰石粉输送储存系统配置4台小布袋除尘器及一套气力输送系统；压缩空气用量公司排名第一位，占比26%。经摸索分阶段对用压缩空气系统进行以下设备技术攻关：（1）延长气力输送系统仓泵进料时间3-5秒，增加仓泵输送负荷，减少气力输送时间；（2）延长锅炉烟气除尘大布袋12个室脉冲阀周期吹灰时间6秒；（3）小布袋除尘器根据所属系统及时启停；（4）锅炉烟气除尘大布袋灰斗流化用风由长开方式改为间断方式运行，减少运行时间15小时。压缩空气用量降低60%，压缩空气降幅公司排名第一位。

六、锅炉给煤进料防堵塞技术应用。

从源头上提升配煤均匀性，改善锅炉运行工况。在传统振打式清堵的基础上，选型增配圆周自动清堵装置，既大幅度降低人工劳动强度，又有效改善锅炉下煤不畅堵煤等问题，减少了给煤波动，锅炉燃烧工况安全稳定性得到可靠保证，降低了锅炉运行环保风险。

七、锅炉空预器套管修复技术探索。

空预器布置在烟道换热面最末端，分三层布置，每层有8组管箱，共计24组管箱。锅炉机组已运行12年且未进行过大修，空预器管束多处被磨穿。按照《火力发电厂设备管理规定》、《火力发电厂设备检修导则》及空预器设计和设备运行要求，空预器换热管子损坏、磨穿或堵死，超过整组管束的30%时，应整组更换。通过不断实践探索，热电厂对空预器磨穿管束采取套管修复技术，在损坏管束内嵌入小管，管箱两个端面采取焊接，与原管箱无缝连接；在空预器管束间歇偏离设计过大区域增配导向板，调整烟气均匀流过空预器换热面，消除形成烟气走廊对管束的磨损因素，解决空预器漏风及磨损问题，延长空预器管组设备运行寿命3-5年，同时减小烟气量，降低送引风机电耗。

八、总结

通过对锅炉返料系统、旋风分离器、流化床、给煤机局部工艺技术改造，创新空预器设备检修方法及锅炉换热面冷喷清灰技术应用，实施锅炉运行优化等综合治理，锅炉经济技术指标获得明显改善，锅炉低负荷稳燃性能得到可靠提升，排放烟气污染物SO2、NOx减少，对运行安全、环保更有保障，杜绝了非停事故，锅炉运行周期突破到历史最长的328天。为氧化铝的稳产高产奠定了坚实基础。

参考文献：

[1]—TSG 11-2020《锅炉安全技术规程》

[2]—TSG 91-2021《锅炉节能环保技术规程》

[3]—GB/T34348-2017《电站锅炉技术条件》

[4]—DL5190.2-2019《电力建设施工技术规范第2部分：锅炉机组》

—《锅炉机组热力计算标准方法》

—YG0123-2015《锅炉管子技术条件》