链条炉改造煤--煤气混燃的流化床锅炉的实践

2 0 1 2年 6月第 3期 链条炉改造煤一煤气混燃的流化床锅炉的实践王世明 韩慧芝 于瑞华 3 1 链 条 炉 改 造 煤 一 煤 气 混 燃 的 流 化 床 锅 炉 的 实 践 王世 明 韩 慧芝 于瑞华。 ( 1 赤峰铸鼎工程技术有限公司，内蒙 赤峰 0 2 4 0 0 0 ； 2 内蒙古交通职业技 术学院，内蒙 赤峰 0 2 4 0 0 5； 3 赤峰 中色锌业有限公 司，内蒙 赤峰 0 2 4 0 0 0 ) 摘 要 将链 条锅炉改造成 以煤矸石 和煤 气( 焦炉煤 气和高炉煤气 ) 为燃 料 的低 速 、 低 循环倍率 流化床锅 炉 ， 将 焦铁 企业 洗选剩下的煤矸石 、 炼焦炉排放 出来 的焦炉煤气和炼铁炉排 放出来的高炉煤气 用于 流化床锅炉 发 电以供 给炼铁 高炉风机等用 电设备使用 ； 锅炉排 出的冷 渣 、 飞灰收集起 来作为生产水泥 和矸石砖 的原料 ， 实现 了节能减排 和资 源的综合利用。 关键词 锅炉 改造 ； 煤矸石 ； 废煤气混燃 ； 废渣利用 ； 节能 ；环保 中图分类号 T K 2 2 9 6 文献标识码 B 文章编 号1 0 0 8 5 1 2 2 ( 2 0 1 2 ) 0 30 0 3 l O 4 Pr a c t i c e o f I mpr o v i n g Ch a i n- g r a t e Bo i l e r t o Fl u i d i z e d - b e d Bo i l e r wi t h Co a l - g a s M i x t u r e W ANG S h i mi n g，HAN Hui z h i ，YU Ru i - h ua Abs t r a c t：Th e c h a i n- g r a t e b o i l e r wa s i mp r o v e d t o flu i d i z e d- be d b o i l e r wi t h r e f us e g a s f g a s f r o m c o k e f u r n a c e a n d fr o m b l a s t f u r n a c e )m i x t u r e T h e r e s t o f c o a l g a n g u e t h a t w a s h e d a n d d r e s s e d i n c o k e a n d p i g i r o n e n t e r p r i s e，t h e g a s d i s c h a r g e d f r o m c o k e f u r na c e a n d i r o n - fin i n g f u r n a c e we r e u s e d i n p o we r g e n e r a t i o n o f flu i di z e d b e d b o i l e r t o s u p p l y e l e c t r i c i t y f o r f a n o f i r o n fin i n g b l a s t f ur n a c e a n d S O o n ， a n d t h e c o o l e d s l a g a n d fly a s h di s c h a r g e d fro m b o i l e r wa s c o l l e c t e d a s r a w ma t e r i a l s t o p r o d uc e c e me n t a n d g a n g u e b r i c k，r e a l i z i n g e n e r g y s a v i ng，e mi s s i o n r e du c t i o n a nd c o mp r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n o f r e s o u r c e s Ke y wo r d s：b o i l e r i mp r o v e me nt ；r e f u s e；mi x e d fi r i n g o f wa s t e g a s；wa s t e s l a g u t i l i z a t i o n；e ne r g y s a v i n g； e n v i r o nme n t a l p r o t e c t i o n 1 链 条炉技术参数及存 在的问题 山西 某 焦铁 有 限公 司 处 在 山西 煤 、 焦 、 化 、 铁 循 环经济 主功 能区， 主要 生产焦碳 、 生铁、 水 泥， 发 电 1 2 MW。现有流化床锅炉满足不 了企业发展需要 ， 从某 电厂购 进 3台 U G一 3 5 3 8 2 一 M8型链 条 炉 排 锅 炉 ， 原锅炉设计燃料为烟煤 ， 燃料特性见表 1 。 表 1 原链 条炉烟煤特性 收稿 日期 2 0 1 2 0 21 8 作者简 介王世 明 ( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 内蒙赤 峰人 ， 大学 本 科 ， 高级工程师 ， 主要从事锅炉 安装 、 节 能改造工作 。 锅炉给水 品质按 G B 1 2 1 8 5 -8 9 ( ( 蒸汽动力设备 水汽质量标准 执行 ： 硬度 3 0 I x mo l L 、 铜 1 0 g L 、 铁 5 0 I x g L 、 油 1 0 m g L 、 含 氧 量 1 5 m g L 、 p H =8 5 9 2。 3 2 有色冶金节能 口设备节能 链 条炉 设计 的主要参 数 见表 2 。 表 2链条炉设计 的主要参数 额定蒸发量 t h 3 5 受热面积 m 额定 出口压力 MP a 3 8 2 炉膛 1 5 3 0 额定出 口温度 4 5 0 凝渣管 3 5 3 给水温度 1 0 4 过热器 2 8 9 0 锅炉热效率 8 1 8 省煤器 6 2 9 0 排烟温度 1 4 1 空气预热器 6 4 0 0 排污率 2 炉排有效面积 3 2 4 l 3 8 预热空气温度 1 2 5 长 X宽 高 9 8 X1 4 4m 表 2数 据表 明 ， 链 条 炉 设 计 燃 用 的 是 相对 优 质 煤 ， 而企业洗选出的优质煤主要是用来炼焦碳的， 直 接 作 为锅 炉燃料 等 于消 耗 了企 业 的产 品原 料 ， 而企 业年产 6 0万 t 焦炉洗选下的煤矸石堆积如山 ， 含有 7 0 0 0 1 1 8 0 0 k J k g的热 量 ， 没 有 突显 充 分 利用 ； 同 时 ， 焦 炉排 出黑 烟 有 的点火 在空 中燃 烧 ， 有 的排 人 大 气 。两台 1 7 0 m 高炉的烟气除部分用在水 泥厂外 ， 还 有一 部 分排 人 大气 中 ， 高炉 风 机 还 使 用 部 分 网上 电能。根据企业现状 ， 考虑将链条炉改为流化床锅 炉 ， 利 用 流化 床负 荷 调 节 范 围 大 、 燃 料适 应 性 广 、 能 燃用劣质煤的优点进行煤一煤气混合燃烧设计 ， 锅 炉发 电用 于厂 内 自用 ， 冷 渣提 供 给水 泥 厂 扩 大 再 生 产 ， 同时新建一套矸石砖生产线 ， 以消耗掉锅炉排出 的大 量 细灰 ， 这样 ， 既 可节 约 燃 料 ， 又可 避 免 煤 气 向 大气 中的排放 ， 实 现循 环经 济生 产 。 2 锅 炉改造设计 方案 2 1技术 方案 根据企业现状 ， 由于固体燃料煤矸石 、 气体燃料 焦炉煤气和高炉煤气都不需要企业投入资金购买 ， 而链 条锅 炉不适 合 燃烧 这些 燃料 。 日益成 熟 的低倍 率循 环流 化床 综合 效益 高 ， 环保效 果好 ， 煤 种适 应性 广 ， 负荷 调节 范 围大 ， 属 低 温 清 洁 燃烧 方 式 炉 型 ， 不 会产生太多的 N O 和 S O 等有害气体污染 大气 环 境 ， 在床 内加入适量的石灰石将有效地控制 S O 向 大气里排放 ， 同时 ， 流化床在半负荷运行中通入焦炉 煤气 ， 再 把 中间水 平 烟道 中分 离 下 来 的 飞 灰 粒 子 与 煤气在炉内混合燃烧 ， 使锅炉能够达到满负荷出力 ， 这一混合燃烧技术 已在 2 0 t 循环流化 床 中得 到运 用 。 ( 鉴 于 是 旧锅 炉 改 造 ， 又 要 节 省 资 金 投 入 ， 因 此 ， 采 取 比较 实用 的技 术 。 ) 由于流 化 床 上 部 有气 体 加入 ， 在设 计 床 的结 构 时采 用 低 流 速 流 化 床 以减 少 炉膛 和埋 管受 压 件 的磨 损 ； 为 了控 制 混 合 烟 气 带 出 去 的飞 灰 的含 碳 量 ， 在 过热 器 后 部 设 计 了 中温 百 叶 窗分 离 器 ， 将 分离 下来 的飞 灰进 行沉 降 ， 然后 再通 过 灰管 输送 到返 料装 置 ( 在 炉膛 后 墙 外 ) ， 配 合 二 次 松 动 风送 人炉膛 ， 炉膛 前 墙 安 装 给 煤 口。此 种 布 置 方 式可有效地控制炉膛上部和下部温度 ， 使炉膛 出口 温 度保 持在 9 0 0 左 右 。 因此 ， 设 计 确 定 此 混 燃 流 化床为低流速和低循环倍率的流化床。 2 2硫 化床 锅炉 设计 参数 ( 1 ) 煤矸 石燃 料特 性见 表 3所示 。 表 3硫 化 床 锅 炉 用 煤 矸 石 特 性 单 位 ： ( 3 ) 高炉煤气低位发热值 ： Q = 3 3 4 4 k J m ( 4 ) 通过锅炉热力计算得 出锅炉设计主要参数 如 表 5所示 。 ( 5 ) 通 过锅 炉烟 风 阻力 计 算 选 配 出 主要 配 套 辅 机 如表 6所示 。 2 0 1 2年 6月第 3期 链条炉改造煤一煤气混燃的流化床锅炉的实践王世明 韩慧芝 于瑞华 3 3 表 5 硫化床锅 炉设计参数 额定蒸发量 t h 3 5 受热 面积 m。 额定 出口压力 M P a 3 8 2 炉膛 1 2 0 0 0 额定 出 口温 度 o c 4 5 0 凝 渣 管 2 O 8 O 给水温度 o c 1 5 0 过热器 2 7 5 5 0 锅 炉热效率 8 6 2 6 埋 管 2 2 0 0 排 烟温度 1 3 8 省煤器 5 7 9 0 0 排污率 2 空气预热器8 4 0 2 0 预热 空气温度 1 7 6 5 布风板面积 1 O 3 6 1 4 4 长 宽 高 9 8l 6 1 m 表 6 主要配套辅机型 号 3 改造措施 3 1 炉 膛 炉膛 保 持原 链 条 炉 炉 膛 断 面 面 积 4 6 0 0 mm 4 6 1 0 m m( 按 水 冷 壁 管 中 心 线 ) ， 去 掉 炉 排 ， 在 底 部 标高 2 0 0 m m 位置安 装 1 0 3 6 m 的布 风板 。炉 膛 四 周布满 + 6 0 X 3 m m 的水冷壁管 ， 前 、 后墙管节距分 别为 1 1 0 m m、 8 0 m m， 两侧水冷壁上 、 下面管节距分 别为 1 1 0 m m 和 1 7 0 m m， 水 冷 壁 布 置成 4个 循 环 回 路 。两侧 水冷 壁连 接埋 管 上集 箱 。埋 管 采 用 西 5 1 5 mm 的 2 0号 钢 锅 炉 管 。前 、 后 水 冷 壁 分 别 由 4根 + 8 3 4 mm的下降管从汽包底部引入到前 、 后集箱 ， 两侧分别 由 5根 + 8 3 4 mm下 降管从锅炉两侧 由 汽包引入到埋管下集箱 ， 6根集箱为 + 2 1 91 6 m m， 材 质为 2 0号钢锅 炉 管制 作 。 该 循环 流化 床 锅炉 采用 煤矸 石 和焦 炉煤 气混 燃 的方式 ， 在两侧水冷壁分别布置 了两层共 8台煤气 燃烧 器 ， 靠 近炉膛 四角位 置 ， 实现 炉膛 热 烟气旋 转 上 升 ， 炉膛后墙下部位置有 回灰和松动风吹人 ， 使灰粒 被燃烧器加热后携带热量上升 ， 使炉内热量均衡 ， 在 燃 烧 器上 方水 冷 壁 四周 布置 了 二 次风 ， 增 强 了 炉膛 上部热烟气与空气混合 ， 强化燃烧 ， 降低飞灰的含碳 量 ， 提 高 锅炉 的燃 烧效 率 。 另外在炉膛 内水冷壁敷有卫燃带 ； 敷设高度为 ： 前 、 后水冷壁分别为高 4 2 0 0 、 3 5 0 0 mm， 两侧水冷壁 高为 2 7 0 0 m m， 以保持炉膛温度。 在 低 温 过 热器 后 布 置 一 个百 叶窗 分 离 器 ， 以实 现 粗灰 的中温 分离 ， 分 离下来 的飞灰 通过 灰 斗汇集 ， 再 向下 进入 回灰 阀送 进 炉 膛 ， 实 现 含 碳 粒 子 的循 环 流 化燃 烧 ， 其 优 点如 下 ： ( 1 ) 减轻大颗粒飞灰对省煤器和空气预热器的 磨损 ； ( 2 ) 燃烧效率高 ； ( 3 ) 高效脱硫 ； ( 4 ) N O 排放 低 ； ( 5 ) 负荷调节 比例大及负荷调节快。 3 2流 化床 流化床 由风箱 、 布风板 、 风帽 、 风道 四部分组成。 布风 板 用厚 2 5 m m 的钢 板 制成 。为保 证 布 风均 匀 ， 采用单床布风 ， 布风板上布置风帽， 风帽由中硅耐热 铸铁制成 ， 每个风帽上均钻有 7个孑 L ， 风帽孔有大孔 和小 孔 两种 ， 大孔 风 帽布 置在 布风 板 四周 、 冷渣 口四 周 和落煤 口下面 ， 其余布置小孑 L 风帽， 小孔风速选择 较小 ， 以实现低速流化 ， 减少冷渣对埋管受热面的磨 损 和粗颗 粒 灰 的溢 出。 布风板下安装等压风箱 ， 由 6 mm钢板制作 ， 并 用 7 0 7 0 6角钢每 隔 1米 进行加 固， 在等压风 室 内 ， 可 以设 置热 电偶 和测 量风 压元 件 。 3 3螺旋 给煤 机 本锅炉采用 2台螺旋给煤机 ， 布置在前墙 1 6 5 0 mm标 高处 ， 正 压给 煤 ， 在 给煤 口下 部 送入 一 定 角 度 的二次风 ， 煤矸石在二次风作用下均匀进入流化床 ， 有 利 于流化 和燃 烧 。 3 4多管 煤气燃 烧 器 每台锅炉两侧各安装 + 2 4 0 m m 的燃烧器 4台， 分别安装在标高为 3 4 8 0 m m和 5 7 6 0 m m 的位置 ， 四 角 布置 ， 沿 炉膛 上 、 下 分 层 燃烧 ， 可 以 调 节 不 同层 燃 烧器 的流量来控制炉膛火焰中心的高低 ， 使 炉膛 和 炉膛 出 口温 度调 节更 灵 活可靠 。 3 5凝渣 管 、 过热 器 凝渣 管 烟窗 变大 ， 过 热器 采用 原管 子排 数 ， 只是 低温 过热 器 最前 一 圈管子 与后 面 管圈 高度 拉齐 。 3 6省煤 器 由于 锅 炉燃料 发 生变 化 ， 煤 矸石 灰 份较 大 ， 因此 需将省煤器前后管子节距 由 4 0 mm改 为 4 8 mm， 排 数 由 3 6 mm改 为 3 2 m m， 上 、 下 管 子 排 数 不 变 ， 各 组 之 间距 离 由 6 0 0 m m 改 为 9 0 0 mm， 方便 检 修 。 3 7空气 预热 器 锅炉 给水温度 由 1 0 4改为 1 5 0 o C， 需对应增加空 气预热器换热面积， 同时也减少 了空气预热器的磨损， 3 4 有色冶金节能 口设备节能 空气预热器 由原 面积 6 4 0 Il l 变为 8 4 0 2 m ， 预 热空气 温度相应调整为 1 7 6 5 ， 排烟温度 1 3 8 。 3 8安全 技 术措 施 ( 1 ) 安装 防爆装 置。在每 台锅 炉 的炉膛 上面和尾 部烟道安装 自重式 防爆 门， 防爆面积 I0 0 2 5 m 。 m 。 ( 2 ) 锅 炉点 火前 ， 关 闭煤 气 阀 ， 对 炉膛 和 尾 部 烟 道进 行 吹扫 ， 确认 无残 存煤 气后 方 可点火 。 ( 3 ) 待锅 炉运 行正 常 后 ， 徐 徐 打开 煤 气 阀 ， 同时 减少 煤矸 石量 ， 使 煤矸 石 与煤气 混合 充分 燃烧 ， 达 到 最佳 比例 为 止 。 ( 4 ) 在 燃 烧 器 上 配 熄 火 自动 断 气 装 置 ， 锅 炉 房 内 ， 安 装煤 气 泄漏 自动 报警装 置 。 4 锅炉改造前后节能效果对 比 ( 1 ) 锅 炉 在 2 0 0 6年 实 施 了上 述 改 造 方 案 。 改 造前燃烧优质烟煤： Q ：= 2 0 3 7 3 k J k g ， 而改造后燃 烧劣质煤矸石： Q ：=l 1 7 6 9 k J k g ， 锅炉热效率由 8 2 提高到 8 6 2 6 ， 增加了 4 2 6 。按煤 、 煤气各 占锅 炉 出力一 半 负荷计 算 ， 煤一 焦炉 煤气 混燃 锅炉 比 ， j p ( 上接 第 3 0页 ) 挂 式 ， 工作 时水 冷 壁 向下 位 移 。直 升 烟 道 与 炉膛 的 衔 接 采用 波纹 可 伸缩 密封装 置 。 4 新 型焙烧装置与传统 的流态化焙烧 炉的 比较 共 同之处 ： 都 为 流态 化 焙 烧 。都 由风箱 、 风 帽 、 气体分布板 、 溢流 口、 本床 、 炉膛组成 。 不 同之处 新 型焙 烧装 置 断面 为矩形 ， 传统 流 态 化焙 烧炉 为 圆形 ； 新型 焙烧 装置 本 床 、 炉 膛为 等截 面 直筒 形 ， 传 统 流态 化焙 烧炉 为扩 大形 炉膛 ； 新 型焙 烧 装置没有拱顶 ， 传统流态化焙烧炉有一个球形拱顶 。 相 比之 下 新 型 焙 烧 装 置 结 构 简 单 。尤 其 是 砌 体 ， 用标准的直形砖 即可 。而传统流态化焙烧炉砌 体 多 为异 形非 标砖 ， 尤 其 是 炉膛 扩 大 段 和 大 平 方 炉 拱 顶 砖 。 我 国 目前 用 于锌 精矿 流态 化焙 烧 的沸腾 炉最 大 的为 1 0 9 m ， 炉膛直径 1 5 8 3 m， 球形拱顶的牢靠性 显得尤为重要 ， 对拱顶砖型的设计、 砌筑的要求都非常 高 。而笔 者设计 的新型 焙烧装置 ， 要增 大面积 ， 原则上 只要在长度方 向上延伸 即可 ， 不增加结构 的复杂性 。 单 纯燃 烧煤 矸 石 锅 炉 节 约 煤 矸 石 5 5 6 6 k g h ， 可 燃 烧焦炉煤气 3 5 8 2 m h ( Q j =1 7 5 8 9 k J k g ) 或高炉 煤气 1 7 6 6 5 I l l h ( Q ：=3 3 4 4 k J k g ) 。因此 ， 3台混 燃 锅炉 每年 节 约标准 煤 约 5万 t ， 减少焦 炉 炉气 排放 9 4 X 1 0 m 或高 炉煤 气 4 5 X 1 0 n l 。 ( 2 ) 通过 以上 设计 、 改 造 和 调试 ， 锅 炉运 行 达