中國石油某公司2007年進(jìn)行煉油裝置能量優(yōu)化，原油加工能力從150萬t/a上升至200萬t/a，催化裂化加工能力從60萬t/a提高到90萬t/a，隨著煉油裝置加工量的提高，煉化瓦斯量也相應(yīng)增加。過剩的煉化瓦斯直接經(jīng)火炬排放，為了節(jié)省能源，將動(dòng)力車間長期停運(yùn)的一臺(tái)35t/h煤粉爐改成瓦斯?fàn)t，將過剩的瓦斯引入燃燒，產(chǎn)生中壓蒸汽，進(jìn)汽輪機(jī)組發(fā)電。動(dòng)力車間35t/a煤粉鍋爐（型號(hào)：BG-35/39-M3）是北京鍋爐廠1988年設(shè)計(jì)制造的，1990年投運(yùn)，2001年重催CO余熱鍋爐投運(yùn)后停運(yùn)。
1、改造的原則及內(nèi)容
1.1改造原則
本著鍋爐主體結(jié)構(gòu)和受熱面結(jié)構(gòu)改動(dòng)盡可能小，盡能提高改造后的鍋爐出力，改造后鍋爐燃料全部為瓦斯。改造主要為爐本體、燃燒器、瓦斯凈化及調(diào)壓系統(tǒng)、引送風(fēng)系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、尾部煙道、控制系統(tǒng)等部分組成。
1.2爐本體改造
拆除鍋爐的制粉系統(tǒng)、燃料油點(diǎn)火系統(tǒng)。燃?xì)忮仩t不同于燃煤鍋爐，它需要使用燃燒器將燃料噴入鍋爐爐膛，采用火室燃燒而無須使用爐排設(shè)施。由于燃?xì)忮?爐燃燒后均不產(chǎn)生燃料灰渣，故無須排渣設(shè)施。為了防止?fàn)t膛漏風(fēng)，提高鍋爐效率，需封堵水力除渣槽，將鍋爐底部冷灰斗用耐火澆注料修補(bǔ)封死。
富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐如下所示：
1.3燃燒器的改造
改造選用是4臺(tái)RT-1000型擴(kuò)散式燃燒器，每臺(tái)燃燒器的燃?xì)饬繛?00～1000m3/h，壓力為0.01N0.05 MPa，主要由燃燒噴嘴、風(fēng)門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火器及火焰監(jiān)控組成。RT-1000型擴(kuò)散式燃燒器采用三道旋流葉片，群管多噴頭的擴(kuò)散燃燒方式，瓦斯氣直接從多頭多孔中噴入燃燒室，再與同進(jìn)燃燒室的空氣混合后進(jìn)人爐膛燃燒。燃燒室的中部為旋流風(fēng)，四周為直流風(fēng)，其比例可調(diào)整，能有效地保證燃燒時(shí)火焰的形狀、長度可調(diào)。為了避免爐膛死角存有少量瓦斯殘氣，在燃燒器上專門配有長明燈小火把。點(diǎn)火器裝于燃燒器中的管中，抽裝自如，便于檢查。其風(fēng)門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，摒棄了帶凸輪連桿的伺服機(jī)構(gòu)配備的一體化電動(dòng)執(zhí)行器，可確保風(fēng)門調(diào)節(jié)靈活、可靠。
燃燒器采用四角布置，在爐膛內(nèi)做切向圓燃燒。沒有選擇燃燒器一面墻布置方式，主要考慮原鍋爐煤粉燃燒器為四角布置。如果采用一面墻布置方式，為將4個(gè)燃燒器布置進(jìn)去，前墻水冷壁需做煒彎處理的工作量較多，前爐墻改動(dòng)工作量也較大，且需將四角封堵。采用燃燒器四角布置，只需將每個(gè)角的八根水冷壁做煨彎處理即可，改動(dòng)工作量較小。這樣既保持了原有爐膛的受熱面，又基本保持了爐體的原貌，對(duì)鍋爐爐墻破壞最小。以爐膛中心∮260的理想圓為基準(zhǔn)，對(duì)四角瓦斯氣燃燒器的主火焰中心線作切向圓布置，其優(yōu)點(diǎn)是：
(1)4個(gè)燃燒器火焰在爐內(nèi)形成切向旋焰，利于瓦斯在爐內(nèi)最大限度燃盡；
(2)保證了相鄰火焰及對(duì)角火焰無干擾現(xiàn)象；
(3)可滿足大負(fù)荷。
1.4鍋爐引、送風(fēng)系統(tǒng)的改造
由于鍋爐爐膛為微正壓燃燒，高溫過熱器后為微負(fù)壓燃燒，因瓦斯波動(dòng)鍋爐負(fù)荷隨之變動(dòng)很大，鼓、引風(fēng)機(jī)決定使用變頻控制轉(zhuǎn)數(shù)，這樣不僅便于對(duì)鍋爐的燃燒進(jìn)行控制，而且可降低能耗。
1.5煙道系統(tǒng)改造
由于瓦斯量冬季和夏季區(qū)別較大，鍋爐負(fù)荷會(huì)隨之發(fā)生很大的變化，瓦斯氣中還含有H2S，鍋爐尾部可能會(huì)產(chǎn)生低溫結(jié)露腐蝕，所以必須確保排煙溫度要高于140℃。最后一組省煤器，在改造時(shí)煙道做旁路連接，將低溫空氣預(yù)熱器摘除，以應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化造成的腐蝕。熱電偶采集點(diǎn)布置在高溫空氣預(yù)熱器前后，根據(jù)溫度的不同采取不同的短路措施。旁路控制裝置采用電動(dòng)執(zhí)行器。在低負(fù)荷時(shí)（20t/h）打開旁路，用煙道門的開度來控制尾部的煙氣溫度。煙道及風(fēng)機(jī)機(jī)組系統(tǒng)，煙道兩組可相互間切換也可同時(shí)并開。由于瓦斯氣燃燒后，煙氣較為潔凈，為減少煙道阻力，將原水膜除塵器予以短路。
1.6燃?xì)獾拿撘骸⑦^濾及減壓
因?yàn)橥咚箽庵泻幸后w及雜質(zhì)，必須經(jīng)過脫液和過濾才能送人減壓器，否則會(huì)影響減壓器的使用。脫液采用旋風(fēng)分離脫液罐，脫液指標(biāo)為≤10g/3。瓦斯氣脫液后經(jīng)過濾器，進(jìn)入減壓器。因瓦斯氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)較大考慮到燃燒的安全性，確保安全平穩(wěn)的氣源進(jìn)入燃燒裝置，故設(shè)置二級(jí)調(diào)壓。瓦斯管網(wǎng)進(jìn)氣壓力0.4～0.6 MPa，經(jīng)一級(jí)調(diào)壓系統(tǒng)調(diào)壓后穩(wěn)定在0.15MPa。在每個(gè)燃燒器前，增設(shè)一組二級(jí)調(diào)壓器，將瓦斯氣出口壓力降至0.05～0.09MPa，過濾及減壓裝置在配備時(shí)采用一備一用方式。
1.7鍋爐控制系統(tǒng)改造
燃?xì)忮仩t不同于燃煤鍋爐，噴入爐內(nèi)的燃?xì)馊绻c空氣的體積比達(dá)到爆炸極限就會(huì)爆炸，因此燃?xì)忮仩t均需采用自動(dòng)化的燃燒與控制系統(tǒng)。
本次改造選用的是西門子PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐吹掃、置換、瓦斯系統(tǒng)漏檢、點(diǎn)火、燃燒整個(gè)過程全自動(dòng)控制。西門子PLC系統(tǒng)對(duì)鍋爐蒸汽壓力、蒸汽溫度、給水壓力、瓦斯氣壓、煙道溫度等主要參數(shù)實(shí)施自動(dòng)跟蹤與控制，對(duì)火焰監(jiān)視、氣閥開啟等實(shí)施自動(dòng)跟蹤與控制，對(duì)鍋爐全系統(tǒng)實(shí)施自動(dòng)吹掃、自動(dòng)點(diǎn)火、熄火保護(hù)、負(fù)荷調(diào)節(jié)全過程自動(dòng)化。確保運(yùn)行時(shí)先投引風(fēng)機(jī)后投鼓風(fēng)機(jī)、鍋爐在超壓時(shí)切斷燃料、低水位或超高水位切斷燃料、每個(gè)燃燒器熄火時(shí)切斷此燃燒器的氣源。確保在全部燃燒器熄火時(shí)先切斷鼓風(fēng)機(jī)后切斷引風(fēng)機(jī)，并留信號(hào)給汽輪機(jī)，在超高水位、低水位、超壓、超溫、每個(gè)燃燒器熄火時(shí)報(bào)警。
閥組系統(tǒng)、檢漏裝置、智能型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、火檢儀均由PLC系統(tǒng)控制。閥組系統(tǒng)主要由測試燒嘴、放散閥、阻燃瓦斯切斷閥、點(diǎn)火瓦斯氣切斷閥等組成。測試燒嘴和放散閥是互為配合的兩個(gè)裝置，如果測試燒嘴測得瓦斯火焰正常，燃燒良好，說明該瓦斯氣是在安全使用的范圍內(nèi)，如果測試燒嘴火焰異常．并伴有爆破聲說明瓦斯氣含氧量超標(biāo)，如果將其送人燃燒氣燃燒就有可能發(fā)生意外，這時(shí)就需要打開放散閥，放出不符合使用要求的瓦斯氣，放到一定程度時(shí)，繼續(xù)測試，直至合格。程序控制器檢漏儀配合對(duì)2個(gè)氣動(dòng)切斷閥間進(jìn)行檢漏。智能型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥可根據(jù)負(fù)荷情況與燃燒系統(tǒng)中的電動(dòng)風(fēng)門相匹配，通過改變調(diào)節(jié)閥片角度來增減瓦斯氣量。
通過紫外線火焰監(jiān)控設(shè)備和快速切斷閥構(gòu)成熄火保護(hù)系統(tǒng)。在火焰監(jiān)控上，選用的是可用于感應(yīng)火焰強(qiáng)弱的國產(chǎn)火檢儀，但在安裝位置的確定上遇到了其他爐型上從未遇到的難題，因?yàn)槿紵魉慕遣贾茫瑫r(shí)燃燒時(shí)這就要求火檢儀只能檢測自己的火焰，必須避開相鄰及對(duì)角火焰對(duì)它的干擾，因燃燒器安裝相當(dāng)緊湊，火檢儀既不能水平安裝（否則看到爐膛及對(duì)角火焰），更不能垂直于本燃燒室（爐墻很厚且破壞爐內(nèi)水冷壁管），且紫外線探測儀只對(duì)根部火焰感應(yīng)最強(qiáng)，經(jīng)過反復(fù)摸索與實(shí)踐，75°角度探視燃燒室內(nèi)火焰可達(dá)到理想效果。
鍋爐通過安在過熱器后的氧化鎬探頭測得鍋爐內(nèi)的氧含量，根據(jù)氧含量調(diào)整空燃比，自動(dòng)調(diào)整進(jìn)風(fēng)量。
2、改造效果
經(jīng)過一年多的運(yùn)行觀察，鍋爐改造后運(yùn)行平穩(wěn)，完全可適應(yīng)瓦斯組份、熱值、壓力、氣量的波動(dòng)，產(chǎn)生的中壓蒸汽并入發(fā)電機(jī)組，年發(fā)電500萬度以上，年可節(jié)約電費(fèi)200萬元以上。將瓦斯廢氣引入鍋爐燃燒，變廢為寶，不但能源得到了充分利用，大大降低直排火炬造成的環(huán)境污染，且具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
