摘要：为提高煤粉工业锅炉系统运行稳定性，提高能源利用率，对煤粉工业锅炉煤粉储供系统、燃烧系统和热力系统进行技术改造，燃煤锅炉在生产过程中发挥重要作用，其应用也越来越广泛。但燃煤锅炉耗能大、能源损失多、污染严重的弊端也不容忽视，在当前加强节能环保的市场经济环境下，对燃煤锅炉节能技术的优化与改造备受关注。煤粉系统是燃煤锅炉的重要组成部分，是提高燃料质量、提高原料利用率、提高热能转化率的重要装置，对其进行改造对燃煤锅炉实现节能环保具有重要的现实意义。
关键词：煤粉工业；锅炉；节能增效；技术改造
工业锅炉(主要指低参数、小容量蒸汽锅炉和热水锅炉)是为人们所熟知的一种热能动力设备，在现代工业生产和社会生活中具有重要地位。据统计，2014年我国在用锅炉总数64.12万台，工业锅炉总数62.4万台。目前约85%工业锅炉为燃煤锅炉，年耗煤量约5亿t标煤。正是由于工业锅炉结构设计不合理、辅机配套不协调、燃用煤种与设计不符以及人为运行操作不当等原因，造成了我国在用工业锅炉平均运行热效率在55%～65%，与先进国家的燃煤工业锅炉平均运行热效率80%～85%相比偏低，因此燃煤工业锅炉节能、降耗、减排市场潜力巨大。中小容量煤粉工业锅炉是发达国家20世纪90年代中后期研发的成熟产品，实际上我国对小型煤粉工业锅炉的技术研究早在20世纪70年代就已经开始。高效煤粉工业锅炉技术是传统燃煤锅炉的升级换代产品，可以很好地解决我国燃煤工业锅炉现存的低效高污染等问题。经验表明:小型工业锅炉燃烧煤粉是可行的，可达到很高的燃烧效率。若受热面等锅炉组件设计合理，热效率可以很高，接近或达到90%。随着近年来我国对大气污染物排放要求的提高，许多老旧燃煤锅炉将因无法达到环保排放要求而被拆除，另一方面，燃油燃气锅炉的运行成本高，对企业造成的经济压力巨大，同时我国富煤贫油少气的能源结构也使得燃煤锅炉注定无法淘汰。高效环保煤粉工业锅炉的应用及推广成为大势所趋。笔者通过煤粉工业锅炉技术改造前后运行参数和系统出力两方面对比分析，研究技术改造效果，实验结果可对煤粉工业锅炉节能增效技术改造提供参考。
1 燃煤锅炉煤粉系统概述
从基础入手，对燃煤锅炉及煤粉系统的工作原理与技术工艺深入了解和理解，是找出改造切入点并提出改造思路的前提。
1.1燃煤锅炉
从概念出发，燃煤锅炉是通过燃烧煤炭，将热量转化产生高温水蒸汽或水的设备，在工业生产中广泛应用。燃煤锅炉主要由煤粉系统、燃烧器、空气预热器、受热面等部件组成，按结构、燃烧方式、除渣方式等可分为不同种类，不同种类的燃煤锅炉具有不同的工作原理及各自的优缺点。
1.2煤粉系统
煤粉系统是燃煤锅炉燃料加工、供给的重要组成部分，主要由磨煤机及原煤仓、煤粉仓、给煤机、输粉机、给粉机、锁气器、细粉分离器、粗粉分离器等辅助设备构成，煤粉系统可分为直吹式和中间储仓式两种。先进的煤粉系统具有集中制粉、精确供粉的特点和优势，通过燃料接受、燃料储存、煤粉制备、煤粉输送、煤粉燃烧等工艺流程，提高煤炭燃料质量，燃烧效率与热能转化率具有重要影响。煤粉系统具有工作稳定、燃料品质提升显著的优势，但由于其功能与结构的特点，对防火防爆方面具有较高要求。
2工程概况
本次技术改造工程对象是某煤粉工业锅炉集中供汽项目，2台30t/h工业煤粉锅炉，锅炉型号DHS30-1.6/245-AIII，锅炉设计给水温度104℃，排烟温度131.2℃，设计效率90.8%。该项目在借鉴德国先进技术及成功经验基础上，总结多次工程试验结果，自主研发设计高效清洁的煤粉工业锅炉热力生产系统。该系统具有集成化高、自动化高等特点，在节能降耗、清洁排放方面具有突出优势。由于系统试运行过程中仍存在部分待改进问题，针对这些问题进行技术改造，以提高系统运行稳定性。
3技术改造方案
3.1工艺流程设计
采用煤粉厂集中制粉式工艺，来自制粉厂的密闭罐车或吨袋经气力输粉装置与煤粉储罐入料口对接，通过压缩空气系统在氮气防爆保护下注入储煤罐储存使用。原料煤粉通过强制卸料装置，在螺旋给料机作用下被送入涡流式多级燃烧器，在炉膛内燃烧形成高温火焰，与锅炉水冷壁管进行辐射换热，同时锅炉尾部配置省煤器加强换热。利用刮板捞渣机对炉膛积灰落入炉底进行湿式处理，在炉膛内设置选择性非催化还原（SNCR）脱硝，同时在尾部烟道省煤器部位设置选择性催化还原（SCR）脱硝，之后采用布袋除尘器除尘，气动乳化法脱硫，通过整个烟气处理系统，可达到洁净排放的目的。自控系统对全系统运行监控，实时实现检测、控制、报警等功能。全系统包括压缩空气系统、氮气保护系统、燃料储供系统、燃烧系统、烟气净化系统、除灰渣系统、热力系统和自控系统。
3.2主要设备选型及结构设计
该项目2台30t/h锅炉系统配置按设备列表可分为10个集成设备单元，即压缩空气站、惰性气体保护站、煤粉储供单元、燃烧器单元、锅炉本体单元、除尘单元、飞灰收集及储存单元、热力单元和自控单元。另外，按照当地环保要求选配脱硫和脱硝设施。30t/h高效煤粉工业锅炉系统配置如下：
表130t/h高效煤粉工业锅炉系统配置
3.3运行状况分析
（1）给粉系统改造：煤粉下料不均，造成炉膛出口压力波动较大。给料螺旋内部采用了机械密封，但密封效果不佳，主要由于煤粉粒度小，且易发生卸料冲击，煤粉易通过机械密封进入轴承，从而损坏轴承，故障率高。需解决卸料冲击问题及密封问题。螺旋若卡死，只能停炉，终止连续运行，进而无法保证连续稳定供汽。（2）燃烧器煤粉管弯曲、变形、开裂;运行中预燃室上封头变形、鼓包开裂;点火油枪的油嘴经常出现脱落现象。（3）排渣管下灰改造：排渣系统设计不理想，导致排渣不畅。除渣机刮板刮不到灰渣，无法除渣。（4）设计增加空气预热器：锅炉整体受热面布置设计不合理，且尾部受热面布置相对较少，导致排烟温度较高，造成热量损失。（5）锅炉给水调节系统程序优化：目前汽包的水位调节是根据水位反馈调节变频器的频率，与除氧器的调节方式相似，水位低时，频率加至最大值，水位高时，频率降至最低值，流量波动太大，水位亦不稳定。（6）增加给水流量累积：目前给水流量表只能体现瞬时流量，不能体现累积量，无法判断汽水平衡及水耗。在锅炉受热面发生泄漏时缺少判断依据，缺少给水量，无法做到精细化管理。
3.4改造方案设计
（1）将供粉系统和燃烧系统进行彻底改造，供粉系统更换为电站锅炉标准配置内闭式圆盘给料机，型号为GF-6，供粉量4500kg/h，功率为4.0kW。（2）燃烧器及其相关燃烧系统的合理设计是实现煤粉锅炉高效清洁燃烧的根本保证，因此对燃烧系统的升级改造至关重要。本次改造将燃烧系统更换为公司自主研发的全自动高效低氮燃烧器，将原燃烧器、预燃室拆除，改造给粉管、二次风道、点火系统、火检系统、自控系统。（3）将矩形下灰管更改为喇叭口结构以利于灰渣的顺利下排。（4）设计加设空气预热器，增强尾部换热，降低排烟温度。（5）对给水流量、平衡容器、蒸汽流量仪表增加自控反馈调节程序，采用三冲量调节，方便锅炉系统稳定运行。（6）在给水管路上加装给水累积流量表，给水管公称直径100mm。
4改造结果分析
4.1运行参数对比分析
锅炉系统运行参数对比分析选取炉膛出口压力、炉膛温度和排烟温度3个参数，系统连续运行70h对应曲线如图1所示。
从图1a中可知，改造前炉膛出口压力波动很大。其主要原因在于锅炉供粉不稳定，导致燃烧不稳定，炉膛内压力波动较大。平衡通风0压点受供粉不稳定影响而波动。通过改造内闭式圆盘给料机，使系统稳定供粉，炉膛出口压力控制在-100Pa左右，最大波幅130Pa。
从图1b中可知，炉膛温度选取炉膛出口测点，改造前炉膛温度较低，最高不超过700℃。主要由于系统设计问题，运行负荷较低，燃料燃烬率低，锅炉热效率低。经检测改造前原飞灰残碳量达18%底渣含碳量大于5%。改造后，炉膛温度有了明显提升，稳定在880.7～1007.9℃，温度场区间稳定，换热效果增强。经检测飞灰含碳量低于5%，底渣含碳量小于1%。
从图lc中可知，改造前排烟温度大于150℃，热效率低，热量损失大，尾部烟道易损。其主要原因是燃料燃烧不完全，导致后燃，从而排烟温度升高，同时尾部受热面布置较少，排烟温度降不下来。改造后，通过对燃烧器改造，并加增空气预热器，排烟温度控制在130～140℃，进入设计范围，运行可靠。
4.2锅炉出力对比分析
锅炉系统出力水平对比分析选取设定运行负荷为额定负荷的80%螺旋给料频率控制在30～42Hz条件下的蒸汽流量，在系统连续运行70h内对应曲线如图2所示。
分析图2可知，改造前，实际蒸汽流量低于20t/h，主要由于原燃烧器设计不合理，给料不稳定，燃烧效率低，导致系统出力无法达到要求，负荷实际运行值与设定值相差较大。通过对燃烧器、螺旋给料机及系统的技术改造，提高了系统的稳定性和系统出力，改造后的蒸汽流量控制在22～25t/h，达到设定运行负荷值要求，系统运行稳定，实测热效率89.07%。
结语
燃煤粉工业锅炉在高效率、环保、运行成本、小容量适应性、煤种适应性等方面，与其他燃煤工业锅炉的洁净煤粉技术相比较，具有较大的绝对优势，燃煤粉工业锅炉已有大量成功运行业绩，燃煤工业锅炉的最新研究成果也在推广应用，这些都表明，燃煤粉工业锅炉是适合我国能源消费结构和适应当前节能减排形势的，具有广阔的发展前景。
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作者简介：
郑建鹏（1983.05.30）男，黑龙江省双鸭山人，毕业于哈尔滨电力职业技术学院，单位：宁夏宁鲁煤电有限责任公司灵州电厂，锅炉检修班技术员。研究方向：锅炉检修、技改
论文作者:郑建鹏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：锅炉论文; 系统论文; 煤粉论文; 燃煤论文; 工业锅炉论文; 炉膛论文; 技术改造论文; 《电力设备》2017年第16期论文;