无锡UG-75-5.3-M3循环流化床锅炉改造

无锡UG-75/5.3-M3循环流化床锅炉节能改造项目建议书淄博嘉周热电有限公司二00七年十二月2第一章项目背景淄博嘉周热电有限公司是国家节能投资公司一九九一年全国热电投标中标项目，是周村城区唯一集中供热热源点。公司始建于一九九二年，一期工程建设规模为3×75T/h循环流化床锅炉和1×C12+1×B6汽轮发电机组，总装机容量18MW，一九九四年六月投产。随着工业热负荷的不断增长，一九九五年建成投运了一台75T/h循环流化床锅炉。为了满足城区居民冬季取暖的要求，于一九九七年将C12抽凝式汽轮机组改造为低真空运行循环水供热，在不增加主设备的情况下，增加取暖面积46万平方米，年利用余热25.1万GJ。为缓解日益增长的用热供需矛盾，二000年建设了二期工程，建成投运了一台75T/h循环流化床锅炉和一台C12汽轮发电机组。二00三年扩建了三期工程，规模为2×130T/h循环流化床锅炉和1×C25汽轮发电机组。现在公司生产规模达到六炉四机，总装机容量为6.6万KW，锅炉总吨位505T/h。年发电能力45000万kwh，年供热能力535万GJ。我公司集发电、供热、循环水供暖为一体，锅炉以当地煤矿生产的劣质煤和煤矸石为主要燃料，自2002年开始一直是省经贸委认定为资源综合利用电厂。我公司的投产运营后，替代了城区原有的锅炉250台（600吨蒸汽），城区的热化系数已接近0.7，节能、环保效果明显。热电联产、集中供热和资源综合利用对周村区的经济发展起了重要的促进作用，对于改善周村城区的大气环境、提高城3市现代化水平和人民群众的生活质量发挥了积极作用，取得了良好的经济效益、社会效益、环保效益和节能效益。4第二章项目建设的必要性我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭约占一次能源比例59%左右，而在我国的发电能源结构中燃煤发电站又占主导地位。节约能源、环境保护意识的增强，推动了循环流化床燃烧技术在我国的发展。循环流化床燃烧技术具有效率高、煤种适应性广、特别适合燃用低热值劣质煤、环保指标好、副产品可再利用、不会对环境造成二次污染等特点。嘉周公司为适应电力市场的竞争和日益严格的节能环保要求，从可持续发展的战略角度出发，在投资建设时选择了新型的、发展中的循环流化床锅炉。我公司1994年投产的三台无锡UG-75/5.3-M3循环流化床锅炉，就是国内第一代流化床锅炉，并在当时取得了很好的经济效益和社会效益。随着国家经济的飞速发展，对能源消耗和环境保护的要求日趋严格，也促进了循环流化床锅炉的完善和发展。我公司使用的无锡UG-75/5.3-M3循环流化床锅炉基于当时的设计水平和要求，其各项参数指标已达不到现在的标准。1994年—2004年十年间，这三台第一代循环流化床锅炉已呈现设备和技术的老化，其主要参数也达不到设计要求：飞灰含碳量为29.1%、灰渣含碳量为3.1%、吨煤产汽量为4.25吨，效率只有70%，造成了煤炭资源的极大浪费，在能源极其紧张的今天，已完全不能适应企业发展和国家节能环保的要求。5第三章项目建设的方案一、项目建设的构想针对无锡UG-75/5.3-M3循环流化床锅炉分离系统分离效率低的不足进行有效的改造：将原来百叶窗分离飞灰不完全通过改为旋风分离全通过提高其分离效率，并改造砖砌炉顶为膜式水冷壁炉顶增加受热面提高锅炉出力。二、项目设计的理论基础和原理1.循环流化床锅炉的特点：一般循环流化床锅炉可分为两个部分。第一部分由炉膛、气固物料分离设备（分离器）、固体物料再循环设备等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器、空气预热器等。燃烧所需要的一、二次风分别从炉膛底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁管，用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。保证炉内颗粒浓度（也就是物料循环倍率的控制）是循环流化床锅炉效率的一个关键问题，循环倍率的大小与分离装置的分离效率息息相关。2.百叶窗分离器：百叶窗分离器是早期分离装置的一种，该分离器由若干的钢片按一定角度鳞状布置，烟气通过分离器时较大的颗粒由于其质量不同被分离下来，大部分烟气和较小的颗粒则通过钢片之间的空隙进6入尾部烟道，分离下来的大颗粒和部分烟气就进入后部的小型旋风分离器中，进入炉膛循环燃烧。可见，由于烟气并没有全部通过后面的旋风分离器，因而相对分离效率较低。3.旋风分离器：旋风分离器是循环流化床锅炉在结构上的特征之一，其分离性能对循环流化床锅炉的运行和效率有较大影响。旋风分离器的分离效率通常用切割直径来表示，其定义为在给定的颗粒特性和操作条件下分离效率为50%时的颗粒直径。大于此直径的颗粒极有可能在分离器中被分离下来，而小于这一直径的颗粒被分离下来的可能性就小得多。分离器的分离效率和分离器的阻力是评价分离器性能的主要指标。影响旋风分离器性能的因素有烟气温度和分离器尺寸。烟气温度越高效率越低，分离器直径越大其分离效率越低。4.飞灰回送装置（回料器）回料器是将分离器分离下来的物料，从分离器下部的低压侧输送到燃烧室下部的高压侧。经过多年的发展，非机械式回料器成为循环流化床锅炉灰料装置的主要形式，常见的有U型阀和J型阀。输送的动力来自流化后物料的重力，因此分离器与回料器之间的立管高度和料位高度对回送的实现非常重要。5.改造后增加重量对基础载荷的影响：分离器和炉顶的改造总共增加重量约58.5吨，无锡UG-75/5.3-M3循环流化床锅炉设计载荷安全系数为1.27，增加的载荷完全在设计范围以内。76.改造技术的先进性和成熟性：目前，大型的旋风分离器技术已日趋成熟，广泛地运用在循环流化床锅炉中。国内外许多机构不断地在这种技术领域进行研究改造，积累了许多宝贵的经验。旋风分离器的改造，改变了原来烟气不完全通过分离器而造成的分离效率降低、大量可燃物的损失。分离效率提高后，有更多的细颗粒被分离送回炉膛参加循环，床料粒径变细，改变了原分离效率较低时不完全燃烧造成的损失。经过测算，分离器改进后：Ca/S比可降低18%，飞灰可燃物可降低20个百分点。此外，分离效率提高后，炉内颗粒浓度增加，受热面传热系数增加，炉内热负荷增加。类似改造在很多厂家、许多锅炉上进行试验都取得了良好的效果。7.项目设计的单位：该项目由济南锅炉厂设计处进行具体的设计。济南锅炉厂在设计生产循环流化床锅炉方面处于国内领先行列，我公司一期工程以后投产的循环流化床锅炉均由济南锅炉厂设计制造，使用效果很好，能达到较高的负荷和效率。济南锅炉厂设计处此次设计范围包括：改造工程的力学计算、改造工程的热力计算、分离器的效率阻力以及改造项目的图纸等。三、改造方案的介绍：第一项无锡UG-75/5.3-M3循环流化床锅炉分离系统改造无锡UG-75/5.3-M3循环流化床锅炉设计的分离系统为：炉膛出口后为一次惯性返料，在第二三级省煤器之间的中低温区350℃左8右设二级百叶窗分离系统，在其出口处设计两个小型的旋风分离器。因百叶窗分离有部分含有大量可燃物的烟气通过了百叶窗进入了尾部烟道，所以造成了分离效率的降低和燃料的损失。现在要进行的改造是将此级百叶窗分离器和小型的旋风分离器拆除，上级省煤器下移，在低温过热器之后设计两侧转向烟道，烟气包括大量可燃物通过转向烟道全部进入后面的两个旋风分离器，经过旋风分离器的分离，一定颗粒的可燃物被分离下来，由下部的回料器进入炉膛循环燃烧，从而达到较高的分离效率。由于此项目属于改造项目，因受原设备结构的制约，在设计中需要改造过热器和省煤器，且考虑的数据较多。在设计中考虑的主要因素有：分离器的直径、高度、位置，分离器的入口尺寸，分离器的入口烟气流速，分离器的压力损失，进入分离器的颗粒特性等。①分离器的入口烟气流速：进口风速越高，分离效率越高，但运行阻力越大。进口风速过高，气流湍流增加以及颗粒反弹加剧，粗颗粒（≥10μm）粉碎细粉尘增加，二次夹带严重，使效率降低。考虑以上因素此次设计进口风速控制在15—20m/s。②分离器入口尺寸：分离器入口尺寸决定了进口风速，进口风速如果控制在15—20m/s，根据现场的结构尺寸，考虑系统阻力的因素，计算入口尺寸为2000mm×700mm③转向烟道及旋风筒、中心筒尺寸：这些部位的尺寸与整个系统的阻力有直接关系，而且也与分离效率也有很大关系，旋风筒直径太大分离效率降低，旋风筒直径太小则阻力增加。设计系统压力9为800—1000pa，考虑结构空间和分离效率，计算后转向烟道尺寸为2400mm×1600mm，旋风筒直径为2250mm，中心筒直径为1180mm。④改造后的分离效率：按以上数据计算改造后分离效率将达到90%以上。改造前后锅炉结构对照如下：第二项无锡UG-75/5.3-M3循环流化床锅炉炉顶改造无锡UG-75/5.3-M3循环流化床锅炉原设计炉顶为砖砌结构，不但损失了一部分受热面而且易造成炉顶的塌陷。改造方案为：拆除原来的砖砌炉顶，设计订制膜式水冷壁炉顶，与原来炉膛水冷壁焊接构成一个整体。这样不但增加了受热面，提高了锅炉出力，而且增了炉膛的密闭性。10第四章项目施工的计划和组织一、施工单位的确定在全国范围内向具备相应资质的单位发放招标书，由具备相应施工资质的单位进行投标，由中标单位担当项目的施工。二、施工工期在资金、材料、人员到位的条件下预计一台炉改造工期为35—40天。三、施工的条件由于生产规模的扩大，供热能力的增加，预计改造的每台炉均有至少60天的停炉时间，因而完全具备施工的时间。11第五章项目建设投资预算一、设计费用：15万元二、单台炉改造安装费用:160万元三、单台炉改造更换相应的辅机费用：30万元四、本次单台炉改造的直接材料费用：（见表一）材料规格数量单位单价（元）合计价格(元)旋风筒钢结构23.55吨10000235500棕刚玉浇注料50吨4658.12232906普通可塑料35吨2136.7574786.25不锈钢盘圆φ6500公斤11.885940耐热不锈钢盘圆φ6500公斤28.03414017耐热不锈钢盘圆φ16800公斤28.03422427.2珍珠岩砖7000块1.087560超轻微珠砖7000块1.7912530磷酸盐砖7000块7.0549350耐火砖5000块1.5175胶泥25吨4358.97108974.25方木30捆501500密度板35张451575模式壁炉顶380003800012高温过热器6.2吨35000217000低温过热器11.88吨32000377600省煤器10.3吨15000154500不锈钢护罩3.85吨35000134750珍珠岩50立方74.353717.5石棉绒3000公斤1.544620合计总金额1697328.2（表一）五、项目改造共需投资费用：（见表二）项目一台炉改造费用（万元）三台炉改造费用（万元）设计费用1515安装费用160480辅机费用3090直接材料费用169.73509.198电除尘180540气力输灰120360合计674.731994.19（表二）13第六章项目实施后的效益分析根据测算，改造后锅炉各项指标将大大提高，飞灰含碳量可降低到8%，灰渣含碳量可降低到1.7%左右，吨原煤产汽量提高到5.9吨，效率将达到80%以上。按每台炉每天消耗200吨标煤，热效率提高约15个百分点，每年运行6000小时计算，每台炉每年可节煤7500吨。14第七章项目的实施一、改造工程的实施根据无锡UG-75/5.3-M3循环流化床锅炉节能改造方案，2005年，我公司首先在#2炉进行改造试验，成功后再在其他炉上推广。在改造过程中，除方案中确定的分离系统改造和炉膛改造外，又增加了除尘除灰系统改造。该型锅炉原来使用的是水膜除尘器，除尘效率低，造成排烟浓度和黑度不达标。同时，水膜除尘器使用的是水力输灰，除尘器收集下来的飞灰全部用水冲到污水处理系统，经过沉淀、加药澄清处理后，抓斗行车抓出，汽车外运。由于工艺所限，无法实现污染物排放稳定达标，而且水力输灰用水量大，占地面积大，容易造成二次污染，飞灰无法综合利用。为此，借这次整体改造机会，将水