某公司是開灤集團下屬的自備熱電廠，現(xiàn)擔(dān)負著礦區(qū)生產(chǎn)供電及當(dāng)?shù)仄笫聵I(yè)單位和居民住宅集中供熱，年發(fā)電量85×10⁶kW-h，年供熱量3.8×10⁵ CJ，總供熱面積達4×10⁵m2，屬于國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵發(fā)展建設(shè)的綜合能源利用熱電廠。1989年電廠一期工程投入運行2臺SHF35-39/450鍋爐，1995年二期擴建2臺UG-35/3. 82-M17型高倍率循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐自投入運行以來，故障一直較多，不能長期連續(xù)穩(wěn)定運行。據(jù)統(tǒng)計，每年總的運行天數(shù)不足200天，且鍋爐出力低，造成了設(shè)備能力的浪費，使公司經(jīng)濟效益受到嚴(yán)重影響，居民冬季供熱得不到保證。
1、循環(huán)流化床鍋爐在運行中存在的主要問題
1.1鍋爐出力不足
    正常運行鍋爐蒸發(fā)量只有15 t/h左右，僅為設(shè)計蒸發(fā)量的40%～50%，無法滿足汽輪機組的要求。
    三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，這種生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機、秸稈顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。    由于這種35 t/h循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計爐膛溫度為950℃，燃料為無煙煤，其發(fā)熱量為18330 KJ/kg。而我廠燃用的是煤矸石，其發(fā)熱量一般為9923 kj/kg左右，和設(shè)計燃料相差近50%。在運行中，沸下溫度在850～1050℃之間運行，爐膛出口溫度在800～900℃，有時也超過900℃，燃燒室的各項指標(biāo)均已達到或超過設(shè)計指標(biāo)，但蒸發(fā)量仍達不到設(shè)計要求。據(jù)調(diào)查，此型號的循環(huán)流化床鍋爐均未達到設(shè)計的蒸發(fā)量。其原因分析如下：
    (1)系統(tǒng)運行不正常。UG-35/3. 82-M17型鍋爐為高倍率循環(huán)流化床鍋爐，若回料系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，即使物料分離器捕捉到一定的物料量，也不能穩(wěn)定及時地回送爐內(nèi)，使返送回爐內(nèi)的物料量減少。由于物料濃度變小，傳熱系數(shù)隨之降低，從而影響了爐內(nèi)的傳熱，造成懸浮段載熱質(zhì)及其傳熱量不足，效率降低，鍋爐出力達不到額定值。
    (2)份額分配不合理。UG-35/3. 82-M17型鍋爐布風(fēng)板面積設(shè)計較小，僅484 m2。加之運行中燃用的燃料不能滿足設(shè)計要求，直接影響運行，使物料的平衡和熱量的平衡遭到破壞。循環(huán)流化床鍋爐在每一負荷工況下，均對應(yīng)著一定的物料量、物料梯度分布和物料的粒度特性。因燃料的改變，造成鍋爐燃燒一次風(fēng)量的改變，爐內(nèi)物料的流化狀態(tài)也就發(fā)生了變化，燃燒室上部物料濃度降低，進入分離器的物料量也相對減少，這樣不僅影響分離器的分離效率，也降低了分離器的捕捉量，回送量也隨之減少，必然影響爐內(nèi)的傳熱，從而降低負荷。由于物料量的改變，也影響物料梯度分布變化，物料在爐內(nèi)分布濃度的變化造成懸浮段傳熱量的減少，傳熱系數(shù)降低，鍋爐出力也就降低。
    (3)循環(huán)流化床鍋爐在設(shè)計時沒有考慮埋管，爐膛內(nèi)只布置了膜式水冷壁受熱面，其位置在燃燒室高度2900 mm以上，布風(fēng)板到2900mm高度是用耐火磚砌筑的爐墻，在此沸騰段沒有受熱面。運行中燃用煤矸石時，回料系統(tǒng)運行不正常，造成沒有回料量，使懸浮段的物料濃度減少，熱量也減少，密相區(qū)和稀相區(qū)濃度發(fā)生變化，造成受熱面吸收的熱量不能滿足設(shè)計要求，而鍋爐燃燒過程屬于鼓泡床狀態(tài)下的運行工況，所以造成了鍋爐蒸發(fā)量不足。
1.2兩個回料器不能正常返料。
    UG-35/3 .82-M17型鍋爐有兩個回料系統(tǒng)（慣性室和旋風(fēng)室），自投入運行以來，回料系統(tǒng)一直達不到設(shè)計要求，造成鍋爐燃燒與普通流化床一樣，完全失去了循環(huán)流化床的意義。主要原因分析如下：
    該鍋爐回料系統(tǒng)采用1臺慣性分離器和1臺旋風(fēng)分離器捕集物料，兩個分離器均采用“U”型回料閥進行物料返送。鍋爐投入運行后，兩個回料閥一直不能正常運行。慣性室回料閥因燃用的燃料與設(shè)計不符，其返料風(fēng)速發(fā)生變化，造成回料器運行不正常，同時操作人員沒有掌握“U”型閥的運行經(jīng)驗，造成回料閥積灰結(jié)焦，不能滿足循環(huán)回料量。而旋風(fēng)分離器設(shè)計中回料閥料腿高度不足，回料口出料位置過低，設(shè)計的返料風(fēng)速和風(fēng)壓不能滿足返料要求，造成旋風(fēng)室不能運行，影響了循環(huán)回料量。因兩個回料器不能正常返送物料，造成鍋爐的物料梯度發(fā)生變化，各部的物料濃度分布不合理，從而影響到爐內(nèi)溫度場的均勻性和熱量平衡，造成傳熱量減少，鍋爐蒸發(fā)量不足。
1.3主蒸汽溫度低于額定溫度
    自鍋爐投入運行后，一般情況下蒸汽溫度只有360～400℃，不能滿足汽輪機組的正常運行。通過分析和熱力計算發(fā)現(xiàn)，過熱器高溫受熱面面積設(shè)計不足是造成過熱蒸汽溫度偏低的主要原因。
2、UG-35/3.  82-M17型循環(huán)流化床
  鍋爐改造方案
  根據(jù)同類型鍋爐改造方案的優(yōu)點并結(jié)合我公司燃用煤矸石的實際情況，制定了UC-35/3. 82-M17型循環(huán)流化床鍋爐進行相關(guān)改造的方案。
2.1燃燒系統(tǒng)的改造
    原鍋爐為“品”字型布置，爐膛部分為主燃燒室、慣性分離室，爐膛出口接高溫旋風(fēng)分離器，煙氣經(jīng)連接煙道引到尾部煙道，依次沖刷高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器、空冷器，然后排出爐體。
    此次改造將主燃燒室和慣性室合二為一，形成一個完整的大爐膛，爐膛下部為流化床燃燒區(qū)。為了增加有效燃燒面積，重新制造布風(fēng)室和燃燒床面，用原來隔墻水冷壁向后拉成折焰角，下部與右墻水冷壁匯合。在床內(nèi)布置埋管受熱面，埋管沿爐深方向共布置20排，每排有3根+60×6 mm管子組成，管排上焊有防磨筋片，以延長使用壽命，管排傾斜角為15。，埋管總受熱面積為39.2 m2（見圖1）。
2.2回料器的改造
    旋風(fēng)分離器沿用原件，接口位置不變。對流化器進行更新，采用“J”閥回料器，料腿高度提高2130 mm，利用立管中建立的料位起到回路密封作用，而且能連續(xù)穩(wěn)定地向爐內(nèi)返送物料，實現(xiàn)返料自平衡，返送的動力源為回料上升段和下降段料位差。為保證均勻地向爐內(nèi)返送物料，回料口上移355 mm。
“J”閥回料器系采用鋼板卷制而成，底部風(fēng)箱合理配風(fēng)，保證連續(xù)穩(wěn)定地向爐內(nèi)返送固體物料，確保循環(huán)灰的良好流動，避免回料器內(nèi)因局部死區(qū)而出現(xiàn)結(jié)渣的現(xiàn)象。
2.3高溫過熱器的改造
    為了滿足鍋爐蒸汽溫度要求，在原尾部煙道結(jié)構(gòu)不變的情況下，增加高溫過熱器受熱面積，改變原用的蛇形管尺寸。采用∮42×3.5 mm(12CrlMoV)彎制，管屏用84(1Gr20N114S12)管夾固定，管屏頂部迎風(fēng)面加裝防磨蓋板。過熱器依然采用原有的吊掛方式固定，過熱器集箱全部留用。
3、鍋爐改造的效果
    3號、4號爐經(jīng)過改造后，兩年來的運行實踐證明，改造后的鍋爐具備了長期、高水平穩(wěn)定運行的能力，返料系統(tǒng)及各個改造部分工作正常，鍋爐出力可在設(shè)計出力50%～110%間較好地調(diào)整，汽輪發(fā)電機組滿負荷運行，鍋爐各項指標(biāo)見表1。
4、結(jié)語
    采用上述方案，對UG-35/3. 82-M17型循環(huán)流化床鍋爐進行的改造，解決了原鍋爐存在的問題。改造后由于鍋爐爐膛面積增大，在料層中加設(shè)了39.2 m2埋管受熱面，降低了各部分煙氣流速，煙氣攜帶的飛灰量下降，燃料利用率提高，分離器和循環(huán)回料閥運行正常，滿足了物料的循環(huán)返送。改造后的鍋爐為低倍率循環(huán)流化床，適合于燃用開灤集團的煤矸石種類的燃料。