1、概述
JG35-39/450鍋爐的工作狀態(tài)如壓力3.8 MPa左右、溫度為440℃左右，其使用壽命至今達(dá)30年，遠(yuǎn)超鍋爐受壓元件的計算壽命（10
5h，受壓元件的高溫機械性能、持久強度嚴(yán)重降低。長期的運行使鋼材的組織發(fā)生改變，碳化物出現(xiàn)球化，應(yīng)力松弛，密封性能減弱。長期在高溫、高壓、磨損下運行使受壓元件存在較大的缺陷：各受熱面管壁厚嚴(yán)重減薄，汽包經(jīng)補焊后又運行20年，現(xiàn)在焊縫兩側(cè)出現(xiàn)多處放射性裂紋，封頭處多腐蝕凹坑，主體結(jié)構(gòu)特別是汽包下的支柱和橫梁嚴(yán)重腐蝕、變形。整體水冷壁管壁厚減薄、局部管疲勞裂紋，嚴(yán)重威脅著設(shè)備的安全運行。鐵廠的生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)、生活用汽緊張，為保證公司生產(chǎn)、生活用汽，保證鍋爐設(shè)備運行的經(jīng)濟、安全、穩(wěn)定，消除因受壓元件的超齡服役、蠕變、疲勞、變形，將可能導(dǎo)致壓力容器、管道斷裂、爆炸等危及設(shè)備和人身的安全事故。因此，鍋爐增容改造勢在必行。
2、改造方案論證
2.1方案比較
2.1.1方案1
拆除4臺35 t/h鍋爐改為3臺75 t/h標(biāo)準(zhǔn)鍋爐。
優(yōu)點：(1)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，方便操作。
(2) 75 t/h鍋爐屬于標(biāo)準(zhǔn)爐型，便于設(shè)計、
制造。
缺點：(1)原有的中間儲倉式制粉系統(tǒng)一臺不能滿
足生產(chǎn)需要，兩臺同時運行，風(fēng)壓不足，而且
熱損失大，電耗高。
(2)土建投資費用每臺約500萬元。
(3)全部投資約l 500萬元。
(4)充分利用原有鍋爐房，在原有4臺35 t/h
鍋爐基礎(chǔ)上改建成3臺75 t/h鍋爐。
2.1.2方案2
在原有鍋爐基礎(chǔ)上改建55 t/h鍋爐。
優(yōu)點：(1)可以大部分利用原有鍋爐的基礎(chǔ)可節(jié)約
投資200萬元。
(2)原制粉系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)需要，可節(jié)約投資
約100萬元。
缺點：(1) 55 t/h鍋爐屬于非標(biāo)爐型，不便于設(shè)計、
制造。
(2)非標(biāo)爐型鍋爐不便于今后的調(diào)整，不便于
找出爐組最佳工況。但借助于計算機監(jiān)控系
統(tǒng)得到解決。
2.2 改造方案的確定
改造后兩套方案的總產(chǎn)汽量能滿足鐵廠近10年發(fā)展的需要。
方案1：每臺鍋爐投資1 500萬元，且在改造時有兩臺鍋爐退出生產(chǎn)，影響生產(chǎn)的協(xié)調(diào)、平衡。
方案2：每臺鍋爐投資1 200萬元，每臺節(jié)約資金300萬元，4臺改造完成后可節(jié)約資金1 200萬元，且改造過程中只有一臺鍋爐退出生產(chǎn)，不影響生產(chǎn)的協(xié)調(diào)、平衡。
在鍋爐總出力相等的情況下，方案2比方案1少投資1 200萬元，經(jīng)過論證采用了第2套方案。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐、生物質(zhì)顆粒燃料等。
3、技術(shù)原理
4*鍋爐原基礎(chǔ)的基本尺寸：爐膛寬度柱間距5740mm。爐膛深度間距6 000 mm，運轉(zhuǎn)層標(biāo)高6 000 mm。如采用輕型爐墻爐膛深度f前后磚襯間1最大可利用尺寸為5 160 mm，爐膛寬度f兩側(cè)磚襯間1最大可利用尺寸為4 980 mm。理論上水只要吸收足夠的熱量就會形成飽和蒸汽及至過熱蒸汽，鍋爐受熱面只要持續(xù)吸收一定的熱量就會產(chǎn)生穩(wěn)定的飽和蒸汽及至過熱蒸汽。同樣鍋爐在一個有效空間內(nèi)（爐膛內(nèi)）只要持續(xù)加入足夠的燃料使其燃燒，通過改善吸熱介質(zhì)（受熱面、水、蒸汽）的吸熱、傳熱能力，讓介質(zhì)能迅速吸收燃料燃燒所放出的化學(xué)能，并將其傳遞出去轉(zhuǎn)換成其它形式的能f如熱能），燃料就會在該空間穩(wěn)定燃燒。即在一定的容積熱負(fù)荷、截面熱負(fù)荷下，鍋爐能以一定負(fù)荷穩(wěn)定運行。通過計算在4*工業(yè)鍋爐原基礎(chǔ)上增加爐膛高度并增加受熱面，在安全的容積熱負(fù)荷、截面熱負(fù)荷下，實現(xiàn)4*工業(yè)鍋爐額定蒸發(fā)量55 t/h可行。
3.1 煙氣流程
煤粉進(jìn)入燃燒器，在爐膛里與空氣混合、燃燒、燃盡，產(chǎn)生理論燃燒溫度為1 850℃左右的高溫?zé)煔�。高溫�(zé)煔怆x開爐膛后，以橫向沖刷四排凝渣管，再以橫向的方式?jīng)_刷過熱器受熱面，這時的煙溫可降低到573℃左右。煙氣進(jìn)入尾部煙道后，自上而下地流經(jīng)省煤器，空氣預(yù)熱器、最后由引風(fēng)機注入煙囪排入大氣。燃燒所需的空氣由鼓風(fēng)機傳給冷風(fēng)，經(jīng)空氣預(yù)熱器變成熱風(fēng)，熱風(fēng)經(jīng)風(fēng)道入燃燒器噴嘴進(jìn)入爐膛。
3.2汽水流程
除鹽水由水泵加壓，經(jīng)給水操作臺上水，省煤器加熱，通過給水管進(jìn)入汽包。汽包內(nèi)的飽和水分成12個獨立回路進(jìn)行水循環(huán)，有效控制爐組水循環(huán)故障，保證各獨立回路安全穩(wěn)定。由鍋筒水面逸出的飽和蒸汽經(jīng)布置在汽包內(nèi)的汽水分離裝置分離后，先進(jìn)入低溫段過熱器加熱，而后通過減溫器調(diào)溫，再進(jìn)入高溫過熱器加熱到規(guī)定參數(shù)，最后由出口集箱匯集，并入蒸汽母管供給汽輪機（外網(wǎng)）用汽。
4、改進(jìn)內(nèi)容
4.1現(xiàn)場本體改造
4.1.1增加鍋爐的容積 爐墻由重型爐墻改為輕型爐墻，增加爐膛有效橫截面。爐膛高度加高2.5 m。鍋爐的容積有效橫截面和爐膛高度加高增加了鍋爐的容積，為4*鍋爐擴容改造提供了有效空間。
4 .1.2增加受熱面面積 通過改變受熱面管間節(jié)距，使各受熱面面積相應(yīng)增加，從而增加各部分受熱面及總受熱面吸熱量。見表1。
4.1.3燃燒器噴嘴改造將原來的雙蝸殼燃燒器改造成為一、二次風(fēng)集中布置的無煙煤燃燒器。該燃燒器與衛(wèi)燃帶配合，可以燃燒無煙煤、貧煤等難于著火的煤種。燃燒器呈正四角布置切圓燃燒，中間濃煤粉區(qū)域假想切圓直徑移l 060mm中心為假想切圓直徑∮550mm的淡煤粉燃燒區(qū)域，最外面為由側(cè)二次風(fēng)形成的保護性界面。安裝在一、二次風(fēng)管道上的百葉窗煤粉濃縮器都設(shè)有調(diào)節(jié)裝置，利于燃燒調(diào)整及擴大煤種適應(yīng)性。該燃燒器有以下優(yōu)點：
①能夠保證穩(wěn)定、高效燃燒。因中間濃煤粉氣流著火溫度低，著火時間短，所以特別易于穩(wěn)燃，因該區(qū)域形成高溫環(huán)境濃淡汽流的逆向旋轉(zhuǎn)適時混合擾動強烈，煤粉能夠及時著火和燃盡。
②低負(fù)荷適應(yīng)性強。在低負(fù)荷時，仍然可以形成煤粉濃度較高的燃燒中心，鍋爐蒸發(fā)量在50%額定負(fù)荷以上，即可穩(wěn)燃。
③有效地防止結(jié)渣和高溫腐蝕。包圍燃燒中心的二次風(fēng)在背火側(cè)射入爐膛內(nèi)，在水冷壁附近形成較強的氧化性氣氛，使煤灰熔點提高，減少H2S的形成，從而有效地防止結(jié)渣和高溫腐蝕。
④降低NOx排放、保護環(huán)境，由于燃燒初期煤粉濃度較高，氧化物較少，使得由燃料氮轉(zhuǎn)化來的中間產(chǎn)物還原為N，，使燃燒產(chǎn)物滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求。
4.2相關(guān)設(shè)施、工藝改造
4.2.1 一鍋蒸汽母管改造 將一鍋蒸汽母管分為二段，使每段擁有兩臺爐組的進(jìn)汽量，并使各段蒸汽用戶負(fù)荷與鍋爐產(chǎn)汽相匹配。減少了過去蒸汽過多通過分段門而造成的能量損失。將一鍋蒸汽母管與二鍋蒸汽母管間的管道加粗，并縮短聯(lián)通管間的距離，最大限度地降低管道的沿程阻力，提高蒸汽熵、焓。將外網(wǎng)低壓汽的接口移至一鍋蒸汽母管的最北端，這樣由于外網(wǎng)低壓汽上部分用戶常年用汽，從而使母管末端始終有蒸汽通過，消除了過去母管的最北端因溫差而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，利于管道長周期運行。
4.2.2 除氧器改造 改造后的除氧器參數(shù)全部實現(xiàn)自動化控制，保證除鹽水品質(zhì)。消除過去因人為調(diào)整不及時，造成受熱面氧化、腐蝕、熱阻增大的現(xiàn)象，提高了受熱面的使用壽命和傳熱系數(shù)。
4.2.3 增設(shè)就地點火系統(tǒng)和聲波清灰系統(tǒng) 點火系統(tǒng)使鍋爐點火的安全系數(shù)提高，而聲波清灰系統(tǒng)的運行使受熱面更為清潔，傳熱加強，提高了鍋爐的熱效率。
4.2.4給水系統(tǒng)改造。采用給水粗調(diào)、微調(diào)相結(jié)合方法，使鍋爐汽包水位更加穩(wěn)定、可靠。
4.2.5增設(shè)鍋爐自動控制系統(tǒng)。在本臺鍋爐改造中。采用哈爾濱工業(yè)大學(xué)中遠(yuǎn)工控有限公司開發(fā)的HIC –1000分布式控制自動系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)替代了所有常規(guī)熱工二次儀表（數(shù)顯表、指針表、記錄儀、單回路控制器、手操器及輔助裝置等），實現(xiàn)了一臺55 t/h鍋爐的熱工部分、制粉系統(tǒng)、電氣部分的自動監(jiān)視與控制。
5、經(jīng)濟效益
4*鍋爐改造投產(chǎn)后，10個月來運行穩(wěn)定，經(jīng)濟效益顯著。經(jīng)濟效益計算如下：
5.1 4*鍋爐改造完成后，每年可多產(chǎn)蒸汽
7 000x(55-35)=14.0萬t式中：
7 000-鍋爐一年的運行時間，／h
55-改造后鍋爐的額定負(fù)荷，t/h
35-改造前鍋爐的額定負(fù)荷，t/h
5.2 4*鍋爐改造完成后，每年多產(chǎn)蒸汽可多發(fā)電
14.Ox103÷4.53=3 090.51萬kWh式中：
4.53-生產(chǎn)每度電所耗蒸汽，kg/kWh
5.3每年創(chuàng)經(jīng)濟效益
3090.51x0.25=772.63萬元式中：
0.25 -發(fā)電效益，元/kWh
5.4設(shè)備年折舊費
918.21x0.006 67x12=73.49萬元式中：
918.21-購置設(shè)備投資，萬元
0.0066-月折舊系數(shù)。
12-每年12個月。
5.5實際年創(chuàng)經(jīng)濟效益
772.63-73.49=699.14萬元
6、結(jié)論
4*爐改造后實現(xiàn)了鍋爐的水位、汽溫及燃燒自動調(diào)節(jié)，HIC-1000分布式控制系統(tǒng)的投入，全面取消了常規(guī)儀表以及電氣操作系統(tǒng)，在熱動系統(tǒng)中首次實現(xiàn)鍋爐燃燒全自動。尤其為55 t/h的非標(biāo)鍋爐及75 t/h以下鍋爐的燃燒自動化投入運行提供了現(xiàn)實依據(jù)。同時為我廠鍋爐經(jīng)濟、高效運行奠定了基礎(chǔ)，降低了維護、運行人員的勞動強度，消除了人為誤操作，強化了燃燒，提高了鍋爐熱效率，為今后鍋爐的改造提供了實踐經(jīng)驗。
