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锅炉清洁化改造技术总结高建新（中国石化集团北京燕山石油化工有限公司热电厂，北京市 ）摘要：介绍了某炼化企业两台 （循环流化床）锅炉改烧天然气项目情况。改造内容：根据原 锅炉的设计状况，结合天然气的燃烧特性，重新核算和布置各受热面，调整换热面积和比例。结果表明：与 年同期相比，年燃料消耗减少燃用煤和焦共 万 ，增燃天然气 万 ，综合厂用电量降低 亿 ，折合年减排二氧化碳共计约 万 ；年减少辅料用量 万 ，间接减排二氧化碳约 万 ，合计减排约 万 二氧化碳。锅炉改烧天然气项目的按期完成，实现了企业减煤降碳和清洁绿色生产的预期目标。改造后，锅炉仍存在炉膛振动幅值突增、炉膛负压波动偏高等问题，需进一步通过技术攻关解决。关键词：锅炉清洁化天然气改造节能降碳在“双碳”目标下，某炼油企业积极响应政策要求，坚持“生态优先、绿色发展”理念，于 年启动实施两台 （循环流化床）锅炉（号炉和 号炉）清洁化改造，年完成国内首台 锅炉改烧天然气项目，全面实现煤、焦清零目标任务 。改造的必要性一是绿色发展需要。以天然气替代石油焦，实现锅炉燃料清洁化，基本消除 、烟尘污染；采用最新的低氮燃烧技术和高效 （选择性催化还原）脱硝技术进一步降低 排放，锅炉烟气中各项污染物排放控制达到世界领先水平，彻底消除原 锅炉三废治理难题 。二是安全生产需要。该公司锅炉装置长期处于高负荷运行状态，锅炉一旦关停，蒸汽系统几乎没有富裕负荷，其他燃气锅炉一旦出现故障，将直接影响公司炼油化工生产链运行安全。三是节能降碳需要。由于灰垢减少，热传导效率提高以及燃烧所需风量的减少，实施天然气改造后，各项损失将大幅降低，锅炉设计效率由 增至 以上。四是节约资源需要。原有 锅炉分别于 年 月和 年 月建成投运，为 型 锅炉。主要设计参数：主蒸汽温度 ，主蒸汽压力 ，如被迫实施政策性关停，将构成数亿元固定资产损失。五是降低成本需要。锅炉具有燃料适应性广、烟 风系统阻力高、受热面磨损较为严重等特点 ，且系统复杂、工艺流程长、自用消耗大、厂用电率和自用汽率较高。而天燃气锅炉辅助系统少，没有灰渣、除尘和大功率风机等设备，实际运行和维护成本低。改造难点与改造原则此次改造的主要目的是选用适宜改造技术路线，保证锅炉安全、稳定、高效运行，并利用现有设施，减少改造投资，同时有效缩短改造工期。改造难点燃料种类不同。原 锅炉燃料为 固体燃料 煤、石油焦，改造后锅炉新燃料以天然气为主，并作为废气资源回收利用设施，消纳炼化装置产生的甲烷氢和干气。炉型结构不同。锅炉结构的典型特点是拥有循环回料系统，包括旋风分离器、阀、回料管等，炉膛内有大量悬吊结构的水冷屏和汽冷屏。而天然气锅炉一般为室燃炉，呈典型的 状结构。两者在水汽系统和风烟系统流程上存在较大差异。收稿日期：。作者简介：高建新，高级工程师，本科，年毕业于内蒙古工学院电厂热能动力工程专业，主要从事热电厂生产运行、设备和技术管理，机组新技术应用、可靠性研究，清洁能源应用、综合能源服务等工作。联系电话：，：。燃烧形式不同。锅炉采用流态化燃烧，主要结构包括燃烧室（密相区和稀相区）和循环回路（旋风分离器和返料系统）两大部分。炉膛床温通常是某个恒定温度区间（一般在 ），物料经 次循环，反复与受热面进行对流和辐射换热。改造成天然气锅炉后，其燃烧和热力特性将发生彻底改变，燃烧方式变为悬浮燃烧，天然气经燃烧器喷入炉膛，着火迅速，燃尽时间短，热值更高，过量空气系数更小，烟气总量更少，炉膛中心温度一般能达到 ，甚至更高 。换热比例不同。由于 锅炉炉膛温度较低，其辐射换热占比较低。而天然气锅炉炉膛温度较高，其辐射换热占比较大，同等条件下一般能增加 倍。因此，此次改造需对原 锅炉受热面等重新进行设计核算和布置调整。改造原则根据原 锅炉的设计状况，结合天然气的燃烧特性，重新核算和布置各受热面，调整换热面积和比例；对锅炉燃烧系统进行重新设计、安装，拆除原有燃烧装置及相关烟风道，封堵原循环回路，在水冷壁重新开孔布置加固安装天然气低氮燃烧器和附属管线、平台及附件；在空气预热器（空预器）区域设置 脱硝装置，设置低温省煤器；增设一套烟气再循环系统，改造后的锅炉采用再循环烟气参与主蒸汽温度调节。最终达到如下性能：在额定给水温度（）条件下，过热蒸汽温度和压力达到额定值，锅炉额定连续出力达到 ；在额定工况下，过剩空气系数保持设计值，锅炉保证热效率 （按低位发热量，含低温省煤器及空预器），锅炉炉膛出口 排放质量浓度不超过 （标准状态，干烟气，氧体积分数 ，以 计），脱硝装置后，符合 锅炉大气污染物排放标准 、颗粒物的质量浓度分别不大于 、；锅炉在 额定负荷范围定压运行时，其温度、压力、流量、水位、炉膛负压、氧量、壁温、膨胀等符合设计值，无超温现象，减温水量不超过设计值，锅炉在 额定负荷范围定压运行时，过热蒸汽能维持额定汽温（在 额定负荷时，锅炉主汽温度不低于 ）；锅炉炉内配风均匀，燃烧稳定，炉膛压力波动小于 ，在任何负荷下炉膛及燃烧器均不能出现晃动和振动，燃烧器在最大输出热功率下运行时，其自振动振幅不大于 ；锅炉的烟、风、汽、水、燃料、控制等系统所有阀门、挡板及执行机构开关试验灵活，其开度、方向及位置指示正确。锅炉热工自动和联锁保护，满足装置安全运行需要。具体改造情况 汽水系统改造 辐射受热面改造由于天然气锅炉炉膛温度较高，火焰中心温度普遍在 以上，为 锅炉的 倍，因此，需适当减少原锅炉炉膛内部受热面积。水冷屏改造：将水冷屏中间垂直段减少约 ，底部整体上移，并改造其进口连接管、前墙密封、疏水管道等。屏式过热器改造：将屏式过热器中间垂直段减少约 ，底部整体上移，并改造其进口连接管、前墙密封、疏水管道等。水冷壁改造：拆除炉膛内下部敷设的耐磨材料，割除布风板上风帽，保留开孔、耐磨材料，再循环烟气由此引入炉膛。风室水冷壁、两侧墙、前后墙水冷壁原有开孔进行封堵（一、二次风，给煤，回料孔等，仅保留人孔）。中下部侧墙水冷壁根据新增燃烧器开孔大小做让管管屏；在水冷壁中部新增看火孔用于观察火焰；在炉膛出口左右侧新增红外线烟温测量装置。对流受热面改造由于 锅炉以对流换热为主，原锅炉对流受热面布置较多，而改造后天然气锅炉炉膛出口温度较高，但相应烟气量减少，因此综合上述因素，对原锅炉对流换热面进行了适当减少。低温过热器改造：原锅炉低温过热器有 组管屏，割除低温过热器中间 组管组，上下管组通过散管连接。省煤器改造：割除省煤器下组 圈管子，通过散管连接进口集箱至省煤器蛇形管组。增设低温省煤器：为降低排烟温度，在脱硝出口烟道后增设低温省煤器，加热除盐水。低温省煤器整体悬吊在脱硝装置钢结构梁下，为螺旋肋片管结构。风烟系统改造旋风分离器改造：将旋风分离器中心筒保留，拆除 阀和回料管线，旋风分离器下部出口的回料孔用钢板封堵密封，钢板采用 材质。增设烟气再循环系统：包括设置再循环风机、双密封挡板、膨胀节、循环烟道等。通过调节烟气量分布，调整炉膛温度，调控辐射吸热量和对流受热面吸热比例，参与实现对主汽温度的调节功能。再循环风机实施变频调速，以实现自动调节功能。增设 脱硝装置：拆除原管式空预器，增设 层 脱硝催化剂，氨气喷射混合系统采用“涡流式混合器”专利技术，同时对脱硝壳体（烟道）、支撑、钢结构和平台重新设计安装。空预器改造：号炉在低温省煤器下增设一组卧式管式空预器，空预器管束规格为 ，错列布置，管外喷涂陶瓷，烟气从上而下走管外，空气水平走管内，冷风中间进风、两侧出热风。烟道改造：对原最下组管式空预器后烟道和灰斗进行改造，并拆除电袋除尘器、输灰系统等设施。燃烧设备改造在炉膛右侧墙增设天然气燃烧器，并在两侧设置燃尽风，增设气体燃烧系统、气体管道和风管道。燃烧器每层布置 只低氮燃烧器，号炉分为 层共 只，而 号炉则分为 层共 只。每只燃烧器设有独立的风箱，在风箱的进风口上设有风门挡板，调节由电动执行器完成，每只燃烧器的风量均可单独控制。燃烧器中心风和一次风通过手动调节装置进行调节，燃烧器二、三次风风门挡板通过电动执行器进行调节。为了进一步减少 排放及增强炉内混合燃烧，在锅炉的左侧墙和右侧墙上各布置有一层燃尽风和一层贴壁风，全炉共计布置 只燃尽风调风器和 只贴壁风调风器。锅炉控制及联锁保护系统改造为提高自动化水平，在依托原 （分布式控制系统）架构的基础上，对 画面进行重新组态，新增天然气燃烧系统、现场仪表、新增系统阀门实现远程以及就地联合控制。此次改造设计了锅炉自动点火、给水、减温水、炉膛燃烧及负压（送风、引风、燃气量）、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 。联锁保护方面设计了主汽压力高、汽包液位、炉膛压力、燃烧器火焰全失、送风机全停、引风机全停、燃气压力低低、主燃气系统速断阀关闭、手动 （主燃料跳闸）等功能，满足安全运行基本要求。其他部分完善锅炉构架及平台扶梯，在涉及需门孔、测量、操作、维护等位置均设有能通畅行走和具有良好刚性、防滑性的栅格平台；连接改造后的锅炉构架，采用全焊接方式。在旋风分离器下部封堵位置开孔，引入吹扫风，防止启动阶段分离器下部残留气体复燃。改造的成绩与不足号炉和 号炉先后于 年 月和 年 月完成燃料清洁化改造，实现国内首创 锅炉改烧天然气项目，达到减煤降碳和清洁绿色生产目标。减煤降碳效果明显。与 年同期相比，年燃料消耗减少燃用煤和焦共 万 （其中煤炭 万 、石油焦 万 ），天然气增燃 万 ，综合厂用电量降低 亿 ，综合供热比由 提升至 ，折合年减排二氧化碳共计约 万 。年减少石灰石等辅料用量 万 ，间接减排二氧化碳约 万 ，合计减排约 万 二氧化碳。污染物减量排放。改造后锅炉环保指标优异，同比减排灰渣、石膏等固体污染物近 万 ；大气污染物排放优于环保超洁净排放标准，脱硝前实测 排放质量浓度小于 ，脱硝后 的质量浓度稳定小于 ，远低于北京锅炉大气污染物排放质量浓度不大于 的限值，排放减量化率超过 。企业资源充分再利用。通过天然气改造项目投入，实现固定资产保值增值，避免近 亿元资产减值损失。改造后，锅炉仍存在炉膛振动幅值突增、炉膛负压波动偏高等问题，制约了锅炉带负荷能力，对锅炉安全、经济运行构成一定影响，需进一步通过技术攻关解决。结束语应用可靠的锅炉设计和低氮燃烧技术、脱硝技术对 锅炉实施天然气改造。该项目实施过程中有效克服改造技术难度大、施工周期短、疫情影响等不利因素，按期完工投入运行。经过实际运行检验，满足生产需要，平均减烧煤、焦 ，实现煤碳、石油焦使用清零目标。参考文献 杜海平，赵书萱，肖婧 坚守安全底线 夯实发展根基 燕山石化公司高质量推进安全管理实录 中外企业文化，（）：国静芳，高艳秋 燃煤锅炉改燃气锅炉项目节能减排分析 中国资源综合利用，（）：路春美，程世庆，王永征 循环流化床锅炉设备与运行 北京：中国电力出版社，：曾伟西 锅炉设备与运行 北京：水利电力出版社，：程建军 安化公司 循环流化床锅炉技术改造的效果 化工管理，（）：（编辑焦瑞）（，）：，：，照片为中石化广州工程有限公司作为专利商和承包商承担的天津渤化化工发展有限公司 万吨 年甲醇制烯烃装置，是在总结陕西蒲城首套 大型化工业装置成功经验基础上进行工艺与工程技术再创新建设的一个甲醇制烯烃项目。年 月，该装置投产成功，再次验证了具有自主知识产权的 系列技术的先进性、成熟性和可靠性，为我国氯碱化工与煤基甲醇制烯烃绿色化耦合、高端化发展开辟了一条新的技术路线。（拍摄者李建永）