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1、引言
    水煤漿是70年代石油危機(jī)中發(fā)展起來(lái)的一種新型潔凈代油燃料。由于水煤漿可以和油一樣輸送、儲(chǔ)存和燃燒，燃油鍋爐的改造可基本利用原有設(shè)施，改造工作量少、灰渣處理簡(jiǎn)單，因而具有投資少、改造周期短等優(yōu)點(diǎn)，是以煤代油的理想代用燃料。
    浙江大學(xué)是我國(guó)最早研究水煤漿燃燒技術(shù)的單位，也是國(guó)家水煤漿工程技術(shù)研究中心，在我國(guó)水煤漿燃料的工業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域走在了前列。2003年8月本公司與浙江大學(xué)熱能工程研究所合作，對(duì)中國(guó)石化齊魯股份有限公司橡膠廠2臺(tái)65t/h中壓燃油鍋爐進(jìn)行了改燃水煤漿燃料的改造設(shè)計(jì)，現(xiàn)已投入應(yīng)用，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)能達(dá)到設(shè)計(jì)值。下面就改造設(shè)計(jì)作一些簡(jiǎn)單的介紹。
2、改造前情況及改造后性能參數(shù)分析
    中國(guó)石化齊魯股份有限公司橡膠廠(以下簡(jiǎn)稱“橡膠廠”)2臺(tái)65 t/h中壓燃油鍋爐為無(wú)錫鍋爐廠產(chǎn)品，型號(hào)為F65/39 -Y，室內(nèi)Ⅱ型布置。該鍋爐于1973年6月制造，原設(shè)計(jì)為燃煤粉，鍋爐到廠安裝時(shí)按燃油考慮，安裝后．一直燃用重油和渣油，于1976年12月投產(chǎn)。鍋爐爐膛為矩形截面，尺寸為5945mm×5345mm，燃燒裝置采用四角切圓方式，切圓直徑為+600mm，布置兩組8個(gè)油燃燒器。
    原燃油鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)如下：
    鍋爐額定蒸發(fā)量65 t/h
    額定蒸汽壓力3.82MPa
    額定蒸汽溫度450℃
    排煙溫度140—160℃
    鍋爐熱效率≥89%
    給水溫度104℃
    冷風(fēng)溫度30℃
    熱風(fēng)溫度300—350℃
    改造后的鍋爐要求在燃燒水煤漿時(shí)鍋爐性能保證如下：
    鍋爐出力65 t/h
    主蒸汽壓力3.82MPa
    主蒸汽溫度450℃
    排煙溫度≤155℃
    鍋爐熱效率：燃燒勝利水煤漿時(shí)，設(shè)計(jì)熱效率達(dá)89%以上。
   鍋爐改造設(shè)計(jì)的燃料特性如下：
    (1)設(shè)計(jì)水煤漿燃料（見(jiàn)表1）
    其他特性：重量濃度66%—68%；粘度(u)1200±200mPa．s；平均粒度40～50um;穩(wěn)定性(無(wú)硬沉淀)2—3月。
    (2)校核水煤漿燃料（見(jiàn)表2）
    其他特性：重量濃度68%±2%;粘度u<1200mPa．s；灰熔點(diǎn)DT=1340℃；平均粒度<45um；穩(wěn)定性（無(wú)硬沉淀）3月。
    (3)橡膠廠送鍋爐尾氣
    年平均量2700t；最大瞬時(shí)量l.Ot/h；低位發(fā)熱量Q=14096kJ／Nm3。
3、燃料消耗量
    鍋爐改造后水煤漿消耗量如表3所示。
4、鍋爐本體改造方案
    本次改造的總體意圖就是在保證鍋爐安全可靠運(yùn)行及鍋爐性能參數(shù)的情況下盡量減少投資費(fèi)用。根據(jù)橡膠廠提供的有關(guān)技術(shù)資料和提出的技術(shù)要求，我們對(duì)65 t/h鍋爐改燒水煤漿燃料進(jìn)行了熱力計(jì)算。改造的2臺(tái)65t/h鍋爐雖然安裝后一直燃油，但它的原始設(shè)計(jì)是燃煤粉的，所以這次改造的原始資料包括原煤粉鍋爐的技術(shù)資料和后燃油鍋爐的技術(shù)資料兩個(gè)方面。通過(guò)對(duì)原始資料的分析和計(jì)算，確定了鍋爐本體的改造方案，富通新能源主要生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    改造中鍋爐總體結(jié)構(gòu)基本不變。原設(shè)計(jì)煤粉爐中的運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高為7000mm，鍋筒標(biāo)高為20000mm，而在鍋爐房現(xiàn)場(chǎng)燃油鍋爐的運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高為6000mm．鍋筒標(biāo)高為19000mm。這次改造中保持運(yùn)轉(zhuǎn)層仍為6000mm，整個(gè)鍋筒部分（含內(nèi)件、吊裝等）均不變，鍋筒標(biāo)高仍為19000mm；鍋爐的整體構(gòu)架不變；爐膛部分除與燃燒器和吹灰器相關(guān)部分作修改外，其余不變；受熱面（過(guò)熱器、減溫器、省煤器、空氣預(yù)熱器）等也作相應(yīng)改動(dòng)；鍋爐的尾部除塵增加了靜電除塵器。
4.1爐膛改造方案
    (1)根據(jù)水煤漿燃燒器組及燃?xì)馊紵�器的高度和寬度，�?duì)原水冷壁開(kāi)口作相應(yīng)改變；
    (2)為了強(qiáng)化水煤漿著火，爐膛燃燒器區(qū)域布置18m2衛(wèi)燃帶，其中高度為860mm，厚度為50mm。采用連片布置，材料為碳化硅，衛(wèi)燃帶布置見(jiàn)圖2；
    (3)在燃燒器附近開(kāi)設(shè)打焦孔，每組燃燒器開(kāi)設(shè)兩個(gè)打焦孔。根據(jù)橡膠廠提出的安裝位置要求開(kāi)設(shè)吹灰孔。
4.2燃燒器
    在原燃燒器位置安裝水煤漿燃燒器。設(shè)計(jì)燃燒器共5層，一次風(fēng)2層，二次風(fēng)3層，自上而下分別為上二次風(fēng)、上一次風(fēng)、中二次風(fēng)、下一次風(fēng)和下二次風(fēng)。燃燒器四角切圓布置，切圓直徑為∮600mm。兩層一次風(fēng)燃燒器中均布置水煤漿噴嘴，正常運(yùn)行時(shí)投用8個(gè)水煤漿噴嘴。一臺(tái)鍋爐布置4個(gè)燃?xì)馊紵�器，由橡膠廠提供，布置在上二次風(fēng)燃燒器噴口中。在4個(gè)下二次風(fēng)燃燒器噴口里設(shè)置4個(gè)點(diǎn)火油槍，點(diǎn)火油槍由橡膠廠提供，點(diǎn)火油采用輕柴油。
    鍋爐啟動(dòng)時(shí)，處于下二次風(fēng)噴口的點(diǎn)火油槍首先投用；鍋爐運(yùn)行到30%～50%負(fù)荷時(shí)，再逐個(gè)投入水煤漿燃燒器；待水煤漿能穩(wěn)定燃燒時(shí)，停用點(diǎn)火油槍。燃用水煤漿時(shí)，鍋爐最低負(fù)荷約為50%。
4.3水煤漿噴嘴
    采用由浙江大學(xué)研制的撞擊式多級(jí)霧化型水煤漿噴嘴。水煤漿噴嘴的主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。當(dāng)鍋爐改造完成進(jìn)行調(diào)試時(shí)，調(diào)節(jié)霧化蒸汽流量約為滿負(fù)荷下水煤漿流量的25%。當(dāng)鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，即使鍋爐負(fù)荷以及水煤漿流量發(fā)生變化，但霧化蒸汽的流量不變，仍然保持為滿負(fù)荷下水煤漿流量的25%。
4.4受熱面改造方案
    根據(jù)熱力計(jì)算，65t/h鍋爐改燃水煤漿后，爐膛熱負(fù)荷有所增大，爐膛出口煙溫有所提高，要求的減溫器調(diào)溫能力加大，原使用的面式減溫器的調(diào)溫能力只有25℃，不能滿足鍋爐的性能要求。經(jīng)與用戶協(xié)商，采取更換面式減溫器，同時(shí)把低溫過(guò)熱器管系的縱向排數(shù)由原來(lái)的10排改為8排，減溫器最大調(diào)溫能力為50℃。減溫器集箱規(guī)格為+426mm×25mm，材質(zhì)為20G/GB5310，傳熱面采用+16mm×3mm螺旋管。
    根據(jù)熱力計(jì)算，原鍋爐的省煤器受熱面保持不變，省煤器出口為非沸騰水。
    用戶根據(jù)鍋爐的使用情況，要求在改造中更換上級(jí)空預(yù)器和中級(jí)空預(yù)器（下級(jí)空氣預(yù)熱器在以前的大修中已更換過(guò)）。根據(jù)熱力計(jì)算，為了保證一定的熱風(fēng)溫度和排煙溫度，保持空氣預(yù)熱器幾何尺寸不變，管子采用+40mm×1.5mm螺旋槽管。
    改造后鍋爐的熱力計(jì)算匯總?cè)绫?。
4.5熱風(fēng)管道
    從上級(jí)空氣預(yù)熱器出口至水煤漿四角燃燒器的一、二次風(fēng)管進(jìn)口屬本次鍋爐本體的改造范圍。改造中充分利用了原有的熱風(fēng)管道，只把原來(lái)進(jìn)油燃燒器的分叉風(fēng)管進(jìn)行了更換。
4.6吹灰和防磨
    根據(jù)用戶提供的吹灰器位置，負(fù)責(zé)在爐膛水冷壁區(qū)域預(yù)留吹灰孔。吹灰器系統(tǒng)由橡膠廠負(fù)責(zé)采購(gòu)、安裝和調(diào)試。
    由于水煤漿含有10%左右的灰分，同時(shí)與煤粉爐比較，煙氣流速有所提高。為了減少煙氣對(duì)受熱面的磨損，在省煤器入口的前兩排直管上和彎頭迎風(fēng)面都設(shè)置防磨蓋板，其中上級(jí)省煤器防磨蓋板的材質(zhì)為lCr20N114Si2，下級(jí)省煤器防磨蓋板的材質(zhì)為Q235 - AF。在更換的上級(jí)空預(yù)器和中級(jí)空預(yù)器煙氣入口處均安裝有防磨套管。
4.7其他改造
    根據(jù)改造要求，對(duì)鍋爐的操作平臺(tái)、扶梯和部分管道等作相應(yīng)改動(dòng)。
5、煙風(fēng)阻力計(jì)算
    根據(jù)煙風(fēng)阻力計(jì)算，鍋爐全燒水煤漿時(shí)鍋爐本體空氣側(cè)阻力（不含燃燒器阻力）為1435Pa，鍋爐本體煙氣側(cè)阻力為1520Pa。燃燒器設(shè)計(jì)阻力為1500Pa，鍋爐尾部電除塵器的阻力為50Pa。
    考慮空氣溫度為20℃時(shí)，在滿負(fù)荷下燃用勝利水煤漿所需的空氣量為75440m3／h（取旺=1.2）�？紤]排煙溫度為150℃時(shí)，得到的煙氣量為155485m3/h(取a=1.4)。
    鍋爐原有的引風(fēng)機(jī)型號(hào)為Y4 - 73 - 11No.20D，風(fēng)量為1660001T13／l1，風(fēng)壓為2050Pa;原有的鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)為G4 - 73 - 11No.16D，風(fēng)量為90000m3/h，風(fēng)壓為3700Pa，基本滿足改造鍋爐的要求。
6、煙氣露點(diǎn)
    燃用勝利水煤漿時(shí)，考慮煙氣中水蒸氣、硫酸蒸汽和飛灰的影響，計(jì)算得到煙氣露點(diǎn)為100℃左右。~鍋爐改造設(shè)計(jì)中取用的排煙溫度為155℃，一般不考慮下級(jí)空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕問(wèn)題。
7、結(jié)束語(yǔ)
    通過(guò)實(shí)際運(yùn)行，改造后鍋爐的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)能達(dá)到設(shè)計(jì)值，而且投資少，改造周期短。值得引起注意的是鍋爐的吹灰系統(tǒng)，應(yīng)針對(duì)不同受熱面的不同特點(diǎn)，建立合理的吹灰周期，同時(shí)也要加強(qiáng)重點(diǎn)部位的局部吹灰，以保證鍋爐安全可靠地運(yùn)行。