朱焕青+叶宏海+何麟

摘 要：随着超低排放的推行，如何确保锅炉达标排放，并能保证锅炉安全稳定运行成为电厂、化工厂等关注的焦点，文章结合龙宇煤化工2#锅炉低氮燃烧改造的实际经验，分析了降低锅炉氮氧化物排放的主要手段。

关键词：循环流化床锅炉；低氮燃烧；超低排放

中图分类号：TK229.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）31-0065-02

前言

随着国家对环保工作的重视和人民对生活质量要求的提高，锅炉超低排放改造越来越引起社会的关注，低氮燃烧改造技术是一种发展成熟运行成本低廉的脫硝技术，其运行的经济性已成为发电厂、化工厂等关注的焦点。

低氮燃烧改造通过调整锅炉布风，调整床温及氧气在炉膛内的分布从根源上降低氮氧化物的生成。低氮燃烧改造相比于目前的主流脱硝技术：SCR（选择性催化还原）具有一次性投资费用低、运行成本低、不产生废催化剂二次污染等优势。

1 装置概况

河南龙宇煤化工年产50万吨甲醇和20万吨二甲醚装置，是河南豫东地区最大的煤化工基地，年煤炭消耗量为110多万吨，是把煤转化为甲醇和二甲醚清洁能源的大型化工装置。龙宇煤化工配套的动力装置为3台由四川锅炉厂生产的130t/h 高温、高压循环流化床锅炉，本次改造的就是其中的2#锅炉。

2 改造内容

本次改造主要实施了以下内容：二次风系统改造、烟气再循环改造、分离器改造。

2.1 二次风系统改造

锅炉原设计一次风占总量的60%，二次风占40%。原有二次风喷口数量16个，喷口原设计参数为：（1）前墙二次风口分2层布置，共8个喷口，上4下4，均按照15°喷入炉膛；（2）后墙二次风口分2层布置，共8个喷口，上4下4，均按照15°喷入炉膛，喷口尺寸190×125，风管尺寸200×135，风箱尺寸500×500，单层单侧截面流速为13.91m/s。

锅炉原设计的二次风流量为57795m3/h，二次风机选型流量为88000m3/h。由于管径选取、风口位置选取等原因，实际运行二次风口风速约73m/s，二次风口大小一致、采用均等配风不利于二次风的穿透，且同层二次风口中间布置较少，会造成中心侧的二次风补风更差。现有二次风喷口距离布风板高度分别2.22m、4.22m，原设计浇注料层拐点距离布风板约5.84m，二次风口距离布风板适中，但上下二次风之间空气分级明显不足，不利于低氮燃烧。

针对此种情况，本次改造根据现有煤质核算实际二次风量、二次风速，重新布置二次风喷口位置、确定二次风风箱尺寸、调整二次风的入射角度等，在合理配风、分级燃烧基础上，大幅提高二次风穿透性，解决炉膛中心区严重缺氧问题，提高燃料燃尽效果和脱硫反应效率，实现均温燃烧下的高效低氮。

（1）改造后的二次风喷口分为两层布置，喷口数量调整仍为16个，上层二次风采用前4后4布置，下层二次风采用前4后4布置。

（2）改造后二次风率适当调整至50～55%，实际供给风量增加至67925～74718Nm3/h。

（3）改造后二次风喷口面积由0.38m2调整至0.527m2，新增喷口尺寸：上层8个选用Φ260×10，下层8个选用Φ190×10。上下二次风比例约为2：1，其中下二次风安装8只吹扫管，选用Φ51×5钢管嵌套其内。铸造喷口，并铸造相应大小头变径至Φ273，选择类310s的耐温抗变形材质。

（4）上层二次风标高定为9.8m，下层二次风标高定为7.8m。布风板面积为17.4m2，对应料层高度为0.44～0.54m，8倍料层膨胀高度为3.53～4.34m。

（5）前、后墙的二次风喷口长度约400mm，喷口采用耐热不锈钢，新增16个喷口所对应支管均采用Φ273×5碳钢管，并配DN250蝶阀。上层喷口对应支管无需安装膨胀节，下层喷口对应支管需安装相应膨胀节。

（6）上层二次风喷口下倾角度适定为10°、下层二次风喷口定为20°（其中前后墙下层的两边4个喷口，需水平向内倾斜15°）。

（7）上下二次风箱之间，在前后墙的两头各安装1只Φ273×5的碳钢连接管，共4只。

（8）下层二次风口内嵌套Φ51×5钢管，风源取自热一次风即可，母管选择两只Φ159×5管，并配备DN150蝶阀。

2.2 烟气再循环改造

在锅炉一次风机入口处增设烟气再循环系统。主要作用是利用锅炉烟气含氧量较低的特点，通过烟气引入一次风机，后进入一次风室，在保证流化效率的前提下，降低一次风及密相区氧量抑制床温；同时适当提高二次风率，来补充被代替的一次风氧量，为二次风合理的空气分级创造条件。即在维持锅炉整体运行氧量不是太低的水平上大幅降低NOx排放。在循环流化床燃烧条件下，温度每降低10℃，NOx的排放量减少20mg/m3，通过分级燃烧和烟气再循环，炉床的整体温度水平将有所降低，从而使床温控制在最佳低氮脱硝温度。

2.3 分离器改造

循环流化床锅炉的燃烧、传热都离不开大量循环灰的参与，锅炉普遍存在的燃烧效率低、炉膛带负荷能力差、炉膛出口温度较低等问题，很大程度上是由于循环分离返料系统引起。根据锅炉设计参数，分离器入口流速偏低，分离效果较低，加之锅炉实际运行炉膛出口温度低，入口流速更加降低（较设计值低约20%），另外分离器中心筒设计也不合理，通过适当增大入口流速及入口形状，可有效提高分离效率，增加循环灰量，有利于降低床温、提高炉膛出口温度。

旋风分离器切向进口截面为0.94×3.39m2，分离器内径为Φ4000mm，分离器入口截面积为6.37m2。原设计额定负荷下的总烟气量为222670m3/h（α=1.26，氧含量为4.5%，排烟温度140℃），即147188Nm3/h；原设计炉膛出口温度为900℃、α=1.22，折算烟气量为586777m3/h，按此核算出原设计分离器进口喉口风速为25.3m/s，而锅炉实际运行负荷低于额定负荷，且炉膛出口烟温不到900℃，炉膛出口实际烟气量更小，分离器入口流速略低于设计值。

分离器中心筒插深及筒径设计不合理，也会造成分离效率下降，循环灰量少。该设计分离器内径为Φ4200，中心筒的筒径设计为变径形式，从Φ2000过渡到Φ1850，总体分离效果差。原筒内流速最大约为30m/s，中心筒缩口处可继续调整至Φ1650，中心筒插深可不变。

最终改造方案为：保持分离器入口截面宽度不变、截面高度从3.39m缩减到最小3.15m，即入口底部浇注料高度方向加厚240mm（采用耐磨耐高温可塑料），整形段需在分离器入口烟道膨胀缝后进行。中心筒缩口处可继续调整至Φ1650。中心筒材质选择Cr25Ni20（310s），并选相应材质的支撑加固肋板等。

3 改造效果

改造后的运行效果见表1。

4 结束语

龙宇煤化工2#锅炉实施低氮燃烧改造后，已实现锅炉在低氮燃烧工况下连续运行60天以上，目前锅炉烟气排放指标均控制在50mg/m3以下，满足超低排放的控制要求，改善了当地的大气环境，对同类型锅炉实施低氮燃烧改造具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]杨建华.循环流化床锅炉设备及运行[M].中国电力出版社，2010.

[2]赵红伦，等.循环流化床锅炉高效低氮燃烧一体化技术[EB/OL].百度文库资料.

[3]冯俊凯，等.锅炉原理与计算[M].科学出版社，1992.

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[6]龙宇煤化工3x130t/h锅炉操作规程[S].endprint