130 t/h循环流化床锅炉燃气化改造技术

陆飞，刘诚诚，刘真(陕西北元集团锦源化工有限公司，陕西 神木 719319)

1 项目概况

陕西北元集团锦源化工有限公司(以下我“我公司”)发电机组共有两台130 t/h的循环流化床锅炉，该机组于2010年10月18日投入使用。2020年榆林市人民政府以及神木市政府分别下发了关于火电行业落后产能淘汰的工作实施方案。该公司两台130 t/h循环流化床锅炉不能够满足方案中关于“余气掺烧固体燃料机组的供电标煤能耗不能高于400 g标煤/kW·h”的具体需求[1]。按照相关文件的要求，公司经过多方面的考察与实地调研，开展改造论证会等方式，决定将该两台锅炉改造成为使用纯燃气的锅炉。该项目于2020年11月开始改造，已于2021年3月进入试运行阶段，目前锅炉设备运行状态良好，一切正常，有效提升了企业的经济效益。

2 改造简介

被改造的两台锅炉的主要设备参数：锅炉型号为TG-130/ 3.82-M1，额定蒸发量为130 t/h，过热蒸汽压力为3.82 MPa，过热蒸汽温度为450 ℃，给水温度为150 ℃，锅炉低位计算效率为88.7%，属于CFB锅炉类型，燃烧种类包括煤泥、焦沫以及煤沫混合物。

(1)针对两台130 t/h循环流化床锅炉，将其由传统的燃煤锅炉改造为使用燃气锅炉系统，具体改造包含锅炉本体改造、增加燃烧器和锅炉房里燃气管道、冷热风道改造、送风系统改造、相关热控及电气系统改造、炉墙、保温和脱硝系统的设计、制造、购置、运输、安装及调试等。

(2)煤气供气系统和入炉之前的煤气增压、净化改造，包括煤气系统整体安全附件、设备、材料等设计、制造、采购、运输、安装及调试等。

(3)两台130 t/h循环流化床锅炉改造所关系到的安全、环保、消防、职业卫生、通风、照明、光暖、土建、架构等开展配套设计与改造。

(4)当前的煤气管线直径是1.2 m，如果不能满足相应锅炉改造的要求，可以提高改造全套煤气管线的煤气增压以及净化，包括对新增煤气系统全部的安全附件、设备以及材料等进行设计、生产、购置、运输、安装以及调试等。

3 改造具体情况

3.1 锅炉本体

锅炉使用燃料为兰炭尾气与电石尾气混合两种，点火燃料是兰炭尾气或者电石尾气，煤气发热值不高，因此使用西热专利技术燃气燃烧器X-NG25-M1，在燃烧器出口处加设稳燃装置旋流式煤气燃烧器进行辅助，保障煤气的充分燃烧。二级省煤器使用螺旋翅片管的方式，高低省之间配备两层SCR，三级空气预热器是管式，构架为钢结构。汽包内部使用旋风分离器，集中下降管。过热汽温调节采用喷水减温装置[2]。炉膛采用膜式水冷壁，平台为栅格结构。燃气为兰炭尾气81 810 m3/h，电石尾气12 200 m3/h，兰炭尾气热值按照7 115.9 kJ/m3、电石尾气热值按照11 301.8 kJ/m3计算，将电石尾气折算成兰炭尾气后，合计可利用煤气101 186 m3/h。

电石煤气是由5#、6#电石炉的母管引出DN600的管道至1#电石炉处混合集箱，然后又由1#电石炉、2#电石炉各引出DN600的管道以及3#、4#电石炉母管引出一根DN600的管道全部到混合集箱，最后由混合集箱引出DN800的管道至增压风机入口，分成DN600的管道进入2台增压风机，2台增压风机出口DN600的管道进入DN800母管到锅炉后墙，在锅炉后墙由DN700的管道分别引至锅炉4.5 m处，经变径成DN500的管道进入1个电石燃烧器进入炉膛燃烧。

兰炭尾气是由焦化炉到气柜的管道上引出DN1600的管道至增压风机入口，然后分别经过DN1200的管道进入3台增压风机，3台增压风机再由DN1200的管道进入DN1600的母管到锅炉后墙，然后分成2根DN1200的管道分别到1#、2#锅炉的后墙，然后分成DN500的管道到5台燃烧器，进入炉膛燃烧。

3.2 燃烧系统改造

锅炉布置 6 台燃烧器，每层布置 3 台共两层。其中，2#为电石燃烧器，燃用电石尾气，设计工作压力为0～0.25 MPa、设计流量为12 100 Nm3/h；其余 5 台为兰炭燃烧器，燃用兰炭尾气，设计工作压力为0～0.25 MPa、设计流量为13 000 Nm3/h。为使烟气更好地顺着炉壁向上爬升，1#、4#燃烧器旋流方向为顺时针，2#/3#/5#/6#燃烧器旋流方向为逆时针。兰炭预电石尾气分别作为独立气源送往锅炉进行燃烧。

在燃烧器支管煤气快切阀处部署一台电液驱动快切阀，快关时间为3 s。并且在每个燃烧器管道前装一台阻火器，保证隔离清理不影响锅炉正常使用。依据兰炭与电石尾气的热值与气量的不同，分别配备两种燃烧器，设有自动点火、熄火保护等措施，燃烧器选用国内最为成熟并且自动化比较高的西热和武锅品牌，满足锅炉在130 t/h满荷运载的需求。

3.3 煤气管道改造

严格按照煤气锅炉国家设计标准及行业煤气系统管线布局设计，结合我公司实际煤气管线布局情况，新增三台Q=60 000 m3/h,H=12 kPa的增压风机进行兰炭尾气的增压，同时兼用原有的2台Q=25 000 m3/h,H=12 kPa兰炭尾气增压风机，并采取增压风机开放式的部署。对于煤气管道的改造，兰炭尾气采用DN1600管通过之前的增压机房输出到锅炉房外边，再利用分支管输送到燃烧器；电石尾气将原有的两路DN600汇集为DN800输送到锅炉房外边，再送入燃烧器，再加一路DN800输送到白灰煤气风机房中[3]。管道阀组采用电动蝶阀以及电动盲板阀(优先选用平移式)。

3.4 脱硝系统

我公司此次改造的脱硝系统使用SNCR与SCR相结合的方式，充分利用原有脱硝车间设备，保持原有SNCR的喷枪位置不动，对SCR的位置进行重新规划。选择性催化剂还原(SCR)技术指的是通过向烟气里边注入还原剂(最常使用的是氨及氨水)，在催化剂以及适宜的温度等作用下，还原剂和烟气里边的氮氧化物(NOx)发生化学反应，但是不与烟气里边的氧发生氧化反应，进而生成没有毒的氮气及水。相关反应如下： NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (1)

6NO2+8NH3→7N2+12H2O (2)

通过使用 SCR脱硝技术，脱硝还原剂为20%的氨水。根据 SCR脱硝技术，脱硝所需要的反应剂是氨气，氨水经过滤计量后进入气化器，在经过吸热后气化并过热，经气相口输出，进入氨空混合器和稀释空气进行充分混合后，将氨气浓度降低到 5%以下送入喷氨格栅。通过将SCR催化效率提升至90%以上，保障氮氧化物能够实现超低排放(35 mg/Nm3，干基3% O2)标准。

3.5 控制系统及自动化联锁保护改造

3.5.1 控制系统

为提高自动化水平进行DCS改造，对DCS系统画面进行重新组态；其中包括新增的煤气燃烧系统、现场仪表(包括原仪表的改造及新增仪表)、新增系统阀门实现远程以及就地联合控制。燃烧器控制采用就地加DCS远程控制双重手段，燃烧器配备了就地控制柜，燃烧系统远程控制点使用硬接线技术进入新DCS控制站，控制系统I/O依据高于实际需求量的20%为基础进行配置，目前主机控制系统是和利时。并且将新控制站接入原DCS系统，在新控制站主控单元实现冗余控制。

3.5.2 自动化水平及联锁保护改造

此次改造实现了锅炉自动点火，依照煤气流量和压力进行负荷的自动调整，达到锅炉给水、减温水、炉膛燃烧、负压(送风、引风、煤气量)、机炉自动协调控制系统、连定排水自动排污等系统的自动化调节，并开发燃气锅炉自动化一键启停功能(自动吹扫、点火启动)，最大程度上降低员工工作量[4]。此外，还设置锅炉从点火燃烧到正常运行的各系统、各环节的异常运作情况的提示、报警和联锁保护功能 (包含但不限于锅炉MFT 跳闸系统、炉膛安全监控系统FSSS、燃烧器控制系统BCS及各种运行指标的超温、超压、超速、设备跳停等)，针对重要的检测点采用三取二的方式。

并且，为了保证生产安全，随时观测炉膛燃烧情况，此次改造对每台锅炉新增一套炉膛工业电视用孔，用来配备火焰监视系统，显示器安装在目前公司新建的集中控制室。在热工检测主要包括对工艺系统的运行参数、辅机的运行状态、电动、气动和液动阀门的启闭状态和调节阀门的开度、仪表和控制用电源、气源、水源及其他必要条件的供给状态和运行参数、必要的环境参数等的检测。

针对热工保护设计有防止误动和拒动的措施，保护系统电源中断或恢复不会发出误动作指令；炉、机跳闸保护系统的逻辑控制器单独冗余设置；保护系统有独立的I/O通道，并有电隔离措施；冗余的I/O信号通过不同的I/O模件引入；触发机组跳闸的保护信号的开关量仪表和变送器单独设置，当确有困难而需与其他系统合用时，其信号首先进入保护系统；机组跳闸命令不通过通信总线传送[5]。在信息化方面DCS系统能自动生成报表并能按需求实现打印功能；且预留OPC通讯接口实现上层管理通讯功能。

3.6 燃气泄漏报警设置

依据国家关于有毒有害、易燃易爆气体的最新有关标准开展改造工作。在现有的19台有毒气体声光报警仪的基础上，新增加10台报警音量高于105 dB的报警仪，并且研发并部署单独的在线监督控制应用系统，保证做到实时的在线监督管理，并对于监控视频数据保留30 d。

4 结语

通过此次项目改造，锅炉能够带在负荷30%～110%情况下稳定运转，且热效率高于90.5%(在130 t/h的工况下)。改造以后，锅炉的氮氧化物初始排放浓度不高于350 mg/Nm3，经过脱硝工艺之后在烟囱口处的氮氧化物浓度低于35 mg/Nm3，氨逃逸量控制在3.0 mg/L之下，并且SCR催化剂的脱硝效率高于90%，达到烟气的超净排放。在添加SCR反应器以后，对锅炉烟气一侧阻力的增加并不高于1 kPa。从改造试运行以来，设备运行状况良好，锅炉在纯燃气工况下能长周期、满负荷、安全、稳定的运行。