锅炉改造
安徽能源有限公司75t/h循环流化床锅炉改造设计方案说明书
盐城市名鼎环保设备有限公司
2010-08
目   录
一、 前言
二、 锅炉掺烧煤泥掺烧方式分析
三、 煤泥掺烧方式说明及煤泥指标确定
四、 锅炉改造方案及实现煤泥掺烧措施说明
五、 锅炉工程改造后技术参数
六、 锅炉改造主要结构说明
七、 改造工程造价预算
八、 工期
九、 本公司概况
十、 锅炉改造的技术路线
十一、 本公司相关技术与其他锅炉厂比较
十二、 技术规范与标准
十三、 本公司主要相关工程业绩
锅炉改造
一、前言
安徽能源有限公司（简称甲方），现有两台杭州锅炉厂生产的75t/h循环流化床锅炉，该锅炉设计燃料为煤泥+煤矸石，但运行过程中煤泥加入量非常有限，仅能达20%以下，严重影响到锅炉运行的经济效益，同时还存在不能带满负荷、过热器超温、省煤器、空预器磨损等诸多问题，严重影响到锅炉的正常稳定运行，现甲方决定对其进行彻底改造，受业主之邀，盐城市名鼎环保设备有限公司（简称乙方）有幸对上述改造方案进行设计。
本次改造其目的为：
1、彻底消除原锅炉不能带满负荷、过热器超温等等问题，实现以煤泥、中煤、煤矸石为燃料的锅炉满负荷、稳定、可靠运行；
2、加大掺烧煤泥比重，掺烧煤泥比重达70%以上，使锅炉产生**经济效益；
3、提高锅炉热效率；
4、降低锅炉设备故障率，提高连续运行周期。
二、锅炉掺烧煤泥掺烧方式分析
1、概述
煤泥是选煤厂的副产品，由煤炭、矸石与粘土混合组成，一般含水率为23%～28％，颗粒直径小于0.5mm，产量约为入洗原煤的10％～20％，是一种高浓度、高粘度的粘稠物料，其表观粘度变化较大(10～104pa?s)，均匀混合后属于典型的非牛顿流体，流动性小，粘结性大。煤泥堆积形态极不稳定，自流而不成形，遇水即流失、风干即飞扬，作为废料遗弃，其环保问题比洗煤矸大得多，产生了极为严重的环境污染。经过国家“六五”至“九五”期间投入大量经费进行研究后，低热值燃料燃烧技术及循环流化床锅炉的应用已日趋成熟。循环流化床锅炉燃烧煤泥发电供热是工业大量利用煤泥的最佳手段，其环保节能效果非常显著，得到国家政策一贯积极支持。
2、目前国内煤泥掺烧状况
2.1煤泥烘干后与原煤混烧
该方式主要通过煤泥烘干设备将煤泥烘干（一般烘干后煤泥含水量≤10%）后与原煤混合在一起，通过破碎后送至锅炉进行燃烧。这种方式的关键设备是煤泥干燥设备，目前应用较多的是一种连续传导加热的螺旋干燥机。螺旋干燥机主要由带有夹套的w形壳体和两根空心螺旋轴及传 动装置组成。轴上排列着叶片，干燥水分所需的热量由带有夹套的w形槽的内壁和螺旋轴传导给物料。物料在干燥过程中，带有叶片的空心轴在给物料加热的同时又 对物料进行搅拌，从而进行加热面的更新。加热介质为蒸汽或导热油（目前以导热油加热为主），加热介质通入壳体夹套内和空心螺旋轴中，以传导加热的方式对物料进行加热干燥。物料由加料口加入，在空心螺旋轴的叶片搅拌作用下，更新介面，同时推进物料至出料口，被干燥的物料由出料口排出。还有一种煤泥烘干机，其主体是略带倾斜并能回转的圆筒。含水分27～30％的煤泥，通过进料皮带输送机均匀连续的送入煤泥烘干机内。由热风炉（燃煤或燃油）产生高温热空气通过连接管路进入干燥机，与湿煤泥顺流接触。干燥机内部的解聚机构、活动篦条式翼板、清扫装置和破碎打散装置破碎对湿煤泥进行翻混、推进、强化换热，最终把湿煤泥烘干成为终水分为12％～16％、粒度约为5～20mm 的松散的球粒状产品。
该方式不但要建有煤泥干燥机，还要建有导热油炉或热风炉等设备，设备投资费用较高，每吨煤泥处理费用要50~60元以上，对于煤泥量较小、掺烧比例不大时通常采取这种方式。
2.2煤泥挤压喷射燃烧
该方式主要通过煤泥挤压泵将煤泥加压，然后通过特殊设计的煤泥喷枪使煤泥以雾化状态进入炉膛燃烧。这种方式的主要工艺流程为：装载机→转载刮板机→立式给料机→皮带机→煤泥仓→炉前给料装置(挤压泵或进口泵送设备) →煤泥枪→炉膛。煤泥枪喷射的部位一般在锅炉密相区二次风口附近，煤泥雾化主要靠高压空气（一般为锅炉一次冷风），同时为保证喷枪的工作安全，还配有密封风。煤泥喷枪以及炉前煤泥管路均有水冲洗设施，以防止煤泥停运时管道堵塞。该方式的关键设备是煤泥泵和煤泥喷枪。早期煤泥泵大部分为国外进口，近几年国内也开始生产，但质量与国外设备相比还有较大差距。这种方式的主要特点是能够实现煤泥的远距离输送，煤泥燃烧充分。存在的主要问题是煤泥软管寿命低(国产软管为200h左右)，输出压力低 (2.3煤泥管道输送煤泥团在炉内爆裂燃烧
该方式主要通过煤泥泵和输送管道实现煤泥的输送，煤泥团由炉顶注入，煤泥团在下落过程中得到预热，外层干结，内部的水分汽化后可将煤泥团爆裂，落到床面时进一步碎裂后燃烧。这种方式的主要工艺流程为：煤泥搓和机→上料螺旋→缓冲搅拌仓→预压螺旋→高压煤泥输送泵→高压低摩阻复合管路→管路分配分流器→多功能给料器→炉膛。该方式可把含水30%(±3%)的高浓度原生洗煤泥(不含任何添加剂)，以无级调控的流量经管道输送至锅炉内进行长期稳定的燃烧。该系统的工程实例中**输送距离1000m、**输送高度60m(理论值为200m)，具有输送系统压力高、输送流量大、输送距离远、输送量精确可控、远程控制、无污染、管路布置灵活等特点，这种方式实现了煤泥输送过程全封闭、无污染，煤泥“不落地”地由选煤厂直接输送至锅炉。煤泥在管内不沉淀，管内长期存料后再次启动无困难(工程实例中最长达2个月)。目前这种方式主要在中小循环流化床锅炉（50mw以下机组）应用业绩较多，大型循环流化床锅炉还没有应用业绩。
三、煤泥掺烧方式说明及煤泥指标确定
1、本次锅炉改造煤泥掺烧方式
我公司认真仔细地分析了当前国内煤泥掺烧技术，比较了各种技术的经济性、可靠性和性价比，认为煤泥管道输送煤泥团在炉内爆裂燃烧方式比较适合贵公司实际情况，建议采用该种方法对贵公司锅炉进行设计改造。
本次改造后锅炉，燃料是按照燃烧煤泥、中煤和煤矸石设计，其燃烧煤泥不少于70%，其余为中煤和煤矸石，煤泥、中煤、煤矸石的比例为70:24:6，煤泥采用泵送，从炉顶注入炉膛。
关于煤泥输送由于现场已有两套柱塞泵输送系统，按照该设备的性能指标可满足使用要求，但设备存在老化、泄露、达不到额定出力，该问题贵公司必须得以解决，或修复，或部分更换重置。
2、掺烧煤泥、中煤、煤矸石指标
 煤泥 中煤 煤矸石
全水分（mt %） 30±3 10.33 
内在水（mad %） 0.32 0.37 
固定碳（fcad %） 31.92 29.94 
含硫量（st %） 0.29 0.23 
灰份（aad %） 48.49 51.72 
挥发份（vad %） 19.27 17.97 
低位发热量（qnet） 大于1550 3000 
掺烧比例（重量 %） 70 24 6
注： 以上煤泥和中煤数据是结合甲方目前实际情况提出的，煤泥含水率应为30%±3%。如果煤泥含水率过低无法泵送，如果煤泥含水率过高将使锅炉热效率降低，并且有可能使煤泥不易爆燃，影响锅炉稳定运行。加入煤矸石主要目的是基于异比重带埋管低速床设计，由于煤矸石比重较大，可有效地保证密相区物料，且可有效地防止煤泥落到布风板上，所以仅对煤矸石颗粒度有要求（0~12mm）,对热值不作规定，当然热值越高越好。
按甲方现有煤泥最保守估算，现有煤泥含水23%、低位发热量为1800 kcal/kg，如果为了输送变为含水33%煤泥，热值就变为1566.58kcal/kg,按照燃烧这种热值煤泥70%计算，在75t/h负荷下，大约需这种混合燃料为32.76 t/h，其中煤泥22.93 t/h，中煤为9.83t/h，在60t/h负荷时，大约需这种混合燃料为26.21 t/h，其中煤泥18.35 t/h，中煤为7.86t/h。
四、锅炉改造方案及实现煤泥掺烧措施说明
1、能够良好燃烧及运行的煤泥锅炉所具有的特征
就目前国内燃烧煤泥锅炉来看，良好燃烧的锅炉所具有的一些特点如下：
（1） 采用异比重流化燃烧技术；使燃料在不同比重下蒸干，挥发及爆裂燃烧；
（2） 由于煤泥水份含量高，其烟气量远大于烟煤及无煤烟等，因此维持大的炉膛截面是必要的，否则必然导致炉膛内烟气流速过大，再加上煤泥颗粒细的特点，在一定的炉膛高度下，结果就是飞灰含碳量大增，降低了固体未完全燃烧热损，降低了热效率；
（3） 结合入炉煤泥的质量（包括水份、结块大小等），考虑在入炉高程下，在到达埋管前，是否已结块爆裂；也就是要考虑一个下降时间差。考虑目前锅炉设计的高程下，煤泥水份在35%以下，在煤泥下落时间在2s情况下，可以得到结块爆裂，这个高度一般在19~20左右。
（4）  尽可能均匀的保持炉膛温度在850~950度，炉内温度过低，尤其是在稀相区时，此时煤泥落体下降速度较低，如果炉膛此段的温度比较合理，则将大大加快水份的蒸发与挥发份的析出，加快了燃烧；
（5） 充分的床料混合强度与密度；如果完全燃烧中煤与煤泥，而不加任何其它密度较大的床料，由于煤泥颗粒度小，除容易扬析外，也难以在埋管附近形成较合适的密相区；由于密相区换热主要为颗粒团与入炉煤粒碰撞换热要有合适的床料当量直径与固体粒子密度，，床料的当量直径与密度过小，均对换热不利，所以对入炉煤泥的换热强度不够；且由于床料直径过小，则临界流化速度低，对入炉煤泥的混合强度不够。
（6） 由于飞灰颗粒中小直径的比份较大，因此好的分离效率对减少固体未完全燃烧热损是很重要的；
（7） 合适的给料上煤输送系统，包括泥浆泵、特殊的喷枪设计等；
（8） 尾部受热面方面，由于颗粒细小，导致尾部飞灰浓度相对较高，因此为防止磨损，一般均采取较低的烟气流速；
（9） 由于烟气中水份含量高，为防尾部空预器腐蚀，一般采取较高的排烟温度。
2、锅炉改造方案说明
本改造设计方案中炉膛的布风板和风室基本不予改动，埋管重新布置，炉膛的截面基本不改变，炉膛顶棚抬高3米（相应汽包、钢架和雨棚和相应抬高）。原过热器的水平烟道处增加高温水冷方形旋风分离器和返料系统，过热器重新布置在高温分离器后尾部竖井，过热器下面布置省煤器、空预器等等。
为了节省运行成本，本设计考虑既保留床下油点火系统，同时又增加床上木炭点火功能。
3、实现煤泥掺烧采取的有效措施
本次锅炉改造技术方案主要针对掺烧煤泥而设计，其掺烧方式为煤泥由炉顶注入，煤泥团在下落过程中外层干结，内部的水分汽化后使煤泥团爆裂，落到床面时得以进一步碎裂，从而使煤泥得以充分燃烧。其具体措施如下：
◇ 锅炉炉膛加高3米，这是在甲方所提供的入炉煤泥参数下，为保证煤泥下落烘干及爆裂时间与烟气中颗粒在炉内燃烧时间下，所考虑的一个高度，以使泥团充分爆裂，充分燃烧；
◇ 采用清华大学高温水冷方形旋风分离器专利技术，保证高效分离，并使未燃尽颗粒在分离器内进一步充分燃烧；
◇ 将高温旋风分离器将大量分离下来的高温物料回送炉膛密相区，由于温度高，可进一步燃烧，对炉膛密相区温度影响较原来甲方中温分离小；
◇ 将过热器布置在高温分离器后的尾部竖井，使过热器处的灰浓度降低，温度得以降低，基本上根除了过热器的过热问题，并减少了过热器的磨损。
◇ 采取异比重低速床带埋管的方式，由于烟气量大，因此采取大炉膛截面的方式，保持炉内烟气流速在合适范围内，以保存颗料在炉膛内的燃烧时间；
◇ 在低的流化速度下，则浓相区的燃烧份额增加，所以增加埋管受热面，以吸收一部分热量，以降低浓相区的床温，二是增加埋管后，稀相区的受热面可用浇注料打上，对于因颗粒小而导致的稀相区高浓度飞灰的磨损大大降低；
◇ 由于煤泥爆燃后灰份较大，在较高流化速度时，易将未燃烬物料由烟气挟带到尾部，因此，较低流化速度更易使物料充分燃烬，更适宜燃用煤泥；
◇ 取消原来的一、二次风设计，全部改用一次风，大炉膛截面下，虽然为低速床，但分为一、二次风后，由于一次风量减少，导致布风板上的流化速度过低，使得密相区混合与换热效率降低，另外，在低负荷时，此种特征更为明显，甚至可能不能正常流化；另外，由于煤泥中含有27%~33%的水份，在煤泥从炉顶注入下落过程中水份加热蒸发变为水蒸汽，也相当于加大了炉膛上部稀相区的气体流量；
◇ 尾部采用低烟气流速及防磨的设计。
五、锅炉工程改造后技术参数
1、额定蒸发量d：75t/h 
2、额定蒸汽压力p：3.82mpa；
3、额定蒸汽温度t：450℃；
4、给水温度tgs：150℃；
5、排烟温度tpy：150℃；
6、负荷调节范围：60～110%；
7、热效率η：设计值≥86%，保证值≥85%； 
8、煤泥的掺烧比例 ≥70% 
9、中煤调节范围：0~100%
10、煤泥、中煤、煤矸石掺和比例    70:24:6
锅炉改造
六、锅炉改造主要结构说明
1、炉膛
炉膛采用全膜式壁结构焊接密封，密封性能好，杜绝出现漏灰、漏风现象。截面尺寸保持不变，炉膛顶部和炉膛出口升高，炉膛布风板、风室、点火部分标高不变，全部利旧，炉膛前墙和两侧墙模式壁利旧，并增加抬高部分，后墙将和高温水冷分离器有机地结合在一起，原后墙膜式壁更换。
2、埋管
考虑到原来埋管使用多年，另外我们需要重新布置、重新进行热力计算，因此决定全部更换。埋管倾斜方向不变，仍然前墙那面处于低位，后墙那面处于高位。在后墙那面将增加两个炉门，增加点火平台，可以实施床上木炭点火，木炭点火要经济些，可节约点火成本。由于原布风系统、风室、点火系统均不变，也同时可用原来的油点火，增加了选择余地。同时，增加两个炉门后，可方便清理焦块，方便运行。
埋管保证了锅炉带负荷和超负荷能力。该锅炉为低循环倍率的低速床，由于流速低，埋管磨损较轻，加上选用厚壁管，并且有有效的防磨措施，埋管寿命可达3年以上。
3、上排气水冷方型高温分离器
清华大学的专利技术——水冷方型高温分离器循环流化床锅炉，分离效率可以达到98%。高温分离保证返料的温度高，分离物料返回炉膛后能够很快具备着火条件，从而提高了锅炉的燃烧效率。一般绝热型分离器由于细煤颗粒在内部燃烧，分离器内温度较高，返料往往容易结焦。采用水冷分离器后，分离器内温度得到控制，从根本上避免了返料结焦问题。水冷紧凑型分离器是全水冷膜式壁构成的气密性壳体。分离器内衬薄层耐磨的耐火材料。
采用内置方形水冷分离器结构形式，分离器、料斗与锅炉为一个整体，锅炉结构布置紧凑、占地面积小，充分利用锅炉构架及空间，把高速床无法利用的炉膛与分离器之间的空间充分利用起来，提高炉膛的有效容积。
采用水冷上排气旋风分离器，是当今循环流化床锅炉的先进分离器形式，属第三代分离器技术，易于大型化，内置水冷高温旋风分离器保证除尘灰中粒径小于80μm的细灰份额大于80%。采用特殊结构设计，分离器热态运行阻力小于800pa。
分离器采用水冷全膜式壁结构，是锅炉蒸发受热面的一部分，由于有水冷却，可以避免高温烟气烧坏事故出现，使检修周期和使用寿命都大大延长；而且，由于对烟气中的飞灰进行了分离，使进入过热器、省煤器的烟气含尘浓度大为降低，飞灰粒径细化，大大减轻了过热器、省煤器的磨损，使过热器寿命达到8年以上、省煤器寿命达到4年以上。同时，由于分离器及料腿为全水冷形式，可将分离下来的飞灰适当冷却，避免飞灰重燃结焦，堵塞返料管，提高锅炉运行的稳定性。
由于分离器、料腿与炉膛膜式壁为一个整体且同为水冷结构，膨胀系数一致，它们之间的连接不需要设置高温膨胀节，没有绝热分离器膨胀节损坏泄露的问题。
4、返料系统
自平衡u型阀返料器具有自我调整，自我平衡能力，当入炉煤煤种、粒度产生变化或变负荷时，u型阀返料器能自动平衡返料量的变化，无需人为调整，返料顺畅，稳定可靠，是当今循环流化床锅炉应用最广泛的返料器。
5、中煤及煤矸石给煤装置
中煤及煤矸石给煤装置在原位保留不变。
6、锅筒及钢架
锅筒利旧，抬高3米，连接管路、钢架及轻型屋顶也做相应抬高或改动。
7、尾部竖井
尾部竖井截面保持不变，将原分离器拆除，在尾部竖井里面从上至下重新布置高温过热器、低温过热器、省煤器和空预器。其中，过热器、省煤器、空预器全部更换。
8、鼓、引风机
原鼓风机、引风机不变，利旧。增加高压变频系统。
9、热工及dcs
对测点进行重新布置，增加相应传感器和变送器等相关仪器仪表，扩大现有的dcs控制系统，增加模块。
10、吹灰器
为了清除受热面上的积灰，保证锅炉的效率和出力，本锅炉在尾部烟道侧墙可设置6只吹灰器，高温过热器、低温过热器区域2只，省煤器区域4只，即可满足锅炉吹灰要求。
吹灰器采用燃气脉冲除灰形式，其原理方式为用乙炔（或其他易爆气体）氧化爆炸的特性，使其与空气按一定比例在特制的混合体罐中混合，当达到额定的容量时，采取高能点火方式引爆，使瞬间产生的高端流状态冲击波，由脉冲喷射装置的喷嘴中发出作用到受热面积灰部位。集动能、声能和热能于一体，将高过、低过受热面上的粘结性积灰冲击破碎，脱离受热面；将尾部烟道、空预器低温受执业面上疏松型积灰振起飞扬入烟气中，随锅炉额定的烟速带走排出炉外，以达到清洁的目的。 
尾部受热面积灰只在长期低负荷下运行时才会发生，考虑本工程这样的工况不经常出现，本次方案设计暂时没有考虑购置该设备。但是在结构设计时预留安装通道，以备需要时，在不影响运行的状态下安装。

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盐城市名鼎环保设备有限公司
孙益军
13814343284
青墩镇龙庙六组