原鍋爐于1999年我公司設計制造的低溫低壓兩級分離循環流化床鍋爐。自投入使用后，故障一直較多，不能長期連續穩定運行。據統計，每年總的運行天數不超過200天，且蒸汽出氣不足，其設計出力為35t/h蒸發量，而實際出力只有25t/h左右，造成了設備能力的浪費，并嚴重影響全公司供汽秩序的正常。
2、原鍋爐的結構及存在問題和優點
2.1原結構介紹
鍋爐采用兩級分離方式，一級分離器為百葉窗式分離，屬高溫分離器，人口煙溫850—900℃，一級返料倉由隔墻和后墻膜式壁組成；二級分離器為2個旋風分離器，布置于高低溫省煤器間，煙溫約350℃，屬低溫分離器；兩級分離器分離后的細灰通過各自的返料器送入爐膛密相區。該鍋爐水冷壁采用全懸吊膜式壁結構，過熱器置于一級分離器后，省煤器為兩級，均采用鋼管膜式結構。爐膛布風板以上的濃相區爐墻采用耐磨材料澆注的重型爐墻結構，在與模式壁下集箱的交接處采用U型結構相銜接。鍋爐送風分一次風和二次風，分別配置了各自的鼓風機，富通新能源銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的楊木木屑生物質顆粒燃料。
2.2存在問題
1)爐膛四周膜式壁變形嚴重，密相區爐墻與膜式壁間的密封泄漏嚴重。
如前所述，在鍋爐設計時，爐膛濃相區采用全澆注的重型爐墻結構，其上部為膜式水冷壁結構，兩部分爐墻是靠澆注（或磚砌）的U型結構進行密封的。
膜式壁吊掛在爐頂上，受熱后整體往下膨脹，膨脹伸長量有4—5cm，而澆注的密相區部分下部固定，受熱后往上膨脹，在運行中，細灰不斷滲入到膨脹縫內，擠占了膜式壁往下膨脹的空間，影響了自由伸縮膨脹的空間，長期運行后由于膨脹受阻，膜式壁會向外或內扭曲變形，并頂壞澆注的U型密封結構，由于爐膛下部是過路的正壓去區，故會造成此銜接處出現嚴重漏灰、漏煙的現象。
2)-級分離器不能正常工作的問題。一級分離器設計采用的是百葉窗式分離器。整個百葉窗分離器支架焊接在鍋爐水管上，由于水管熱脹冷縮產生變形，焊接在水管上的支架間距也會因此改變，當尺寸變小時，會擠壓斷（碎）很脆的碳化硅百葉窗片；反之則變大，掛不住百葉窗片，出現大面積掉落的情況。百葉窗片的損壞或脫落會產生兩大主要危害：一是百葉窗片的碎片會掉入一級返料器內，蓋住一級返料器內風帽，破壞返料器內正常流化狀態，易造成一級返料器內出現結焦或堵塞，從而影響鍋爐的正常運行；二是百葉窗葉片掉落后，會破壞煙氣的正常流通，局部形成煙氣走廊，在煙氣走廊通過的煙氣速度快，含灰量高，對百葉窗后的過熱器會造成嚴重的磨損，該鍋爐的過熱器就因這種磨損只使用了半年多就全部報廢拆除。
3)二級旋風分離器故障多。鍋爐二級分離器由兩個旋風筒分離器構成。旋風筒分離器由進口段、頂部、中心筒和錐體部分組成。旋風筒入口段和頂部壁面砌有高強耐磨磚，錐體部分四周澆有耐磨澆注料，上部出口和中心筒則由耐磨不銹鋼制成。因高強耐磨掛磚易磨損脫落，掉下的磚會堵住錐體下部的返料器口，造成旋風分離器分離下來的灰不能回到爐膛而在錐體內堆積，后續的延期與灰不能得到正常分離，從而造成中心筒和上部出口外殼等處嚴重磨損，甚至穿孔損壞，以致旋風分離器失效，漏風嚴重。即使對其更換修復，因空間所限也不能保證更換后中心筒的絕對對中心，偏心的后果仍是磨損；其次是旋風分離器失去作用后，煙氣的原始排塵濃度急劇增高，會嚴重磨損尾部受熱面，如省煤器、空氣預熱器，同時加重除塵器負荷，造成煙塵排放濃度超標；再次，該分離器的耐磨澆注料損壞后，都要由供料廠家派人來修復，這樣不但費用高，而且周期長，常出現明知損壞也要強行繼續運行的情況，更加重了分離器的損壞。
4)過熱器和省煤器損壞問題。鍋爐過熱器集箱位于眾多導汽管和頂棚管之間，布置過于緊湊，造成了不便于檢修的問題。在鍋爐投用后，曾出現一級分離百葉窗片掉落的故障，使含有高濃度灰的煙氣發生短路，對局部過熱器管造成了嚴重磨損，并出現損壞，因無法對被磨壞的過熱器管進行常規性的悶堵，最終被迫采取拋掉全部過熱器的處理方法，才使鍋爐 得以繼續使用，但只能產生飽和蒸汽，降低了蒸汽品質；另外，由于我公司燃煤含硫量偏高，因此低溫省煤器受低溫結露腐蝕嚴重，該爐低溫省煤器使用不到兩年，因管子損壞，也被拋掉。以上問題從根本上影響了鍋爐的穩定運行，更導致了鍋爐產生蒸汽無法達到設計出力和溫度，造成了設備能力的下降。
2.3原爐型結構具有的優點
該爐型為兩級分離循環流化床鍋爐，根據近幾年的運行經驗來看有如下明顯優勢。
1)負荷調節幅度大，調節速度快。由于我公司用汽設備的特點決定，整個供汽系統的負荷極不穩定，波動較大，正常情況下，高低峰甩汽負荷相差在20~ 30 t/h。由于我公司現有7臺鍋爐，有6臺是循環流化床鍋爐，而流化床鍋爐運行時無法像鏈條爐那樣可以通過隨意啟停來調整負荷，故日常運行鍋爐的臺數很難適應外界負荷的變化，運行臺數多了，在外界用汽量低時，系統壓力太高，安全無法保證；運行臺數少了，在外界用汽量高時，又無法滿足生產工藝要求。而根據近幾年的運行經驗看，該爐正好可緩解此供需矛盾。眾所周知，循環流化床鍋爐在爐膛內的傳熱與爐膛內的顆粒濃度成正比，如圖1所示。在一定的爐膛受熱面積條件下，，鍋爐蒸發量，因此爐膛內的灰濃度p與蒸發量Q也一定為正比關系，即循環流化床鍋爐在運行中，可通過調整爐膛內灰濃度的大小來調節鍋爐出力。
因此實際運行中，調節負荷除可按常規的調整風、煤量大小來適應負荷外，還可利用該爐型兩級分離結構，根據負荷的大小可快速決定二級分離器分離出的細灰是否返回爐膛，以改變爐膛內灰濃度來改變負荷。對我公司驟升驟降的用汽負荷特性而言，該爐型的這一特點正好滿足用汽負荷需快速適應的要求，在該爐運行的幾年中，這一優勢已得以證明。一般結合常規調節方法，是否投入二級返料灰可調節負荷為設計出力的20qo—30%。
2)-級返料穩定可靠。該鍋爐的一級返料倉位水冷隔墻式，四周為全膜式壁結構，具有水冷作用。煙氣經一級分離器分離下的灰溫度較高，一般只比爐膛密相區溫度低幾十度，約在850．900℃。對于一級返料器而言，由于需要空氣將返料器床上細灰流化后，才可將一級分離器分離下的灰順暢返入爐膛密相區繼續循環燃燒，但對于無水冷作用的一級返料倉來說，灰溫在返料器流化時，因溫度較高，若返料風量控制不好，易造成在此處燃燒，從而出現超溫結渣，堵塞返料器，嚴重時會使返料器失效。但對該爐型而言，由于有水冷作用，一級返料會在進入返料器流化時，溫度一般只在750℃左右，處于相對安全范圍，從而避免了結渣之害。所以，對于鍋爐的正常運行來說，此優勢是十分重要的。
3)操作簡單、方便。相對于我公司另一種兩床循環流化床鍋爐而言，該爐型啟、停爐快，運行中，操作程序少，簡單，且受煤質變化影響不像雙床爐那樣敏感，司爐工易于掌握。
3 總體改造方向的確定
根據前述該爐型的結構及有優點和存在問題，并結合我公司現有鍋爐爐型的使用情況和用汽負荷波動大的特點，我們在前期的工作中經過慎密的討論，認為此次改造大修的方向，確定為只限于再原型結構基礎上進行相關的改造工作，即仍保持兩級分離循環流化床鍋爐的結構，但對于其存在的問題，必須予以徹底根治。通過運用現有鍋爐技術來對原鍋爐的局部結構進行改進，不采用像改造其它鍋爐時，對原結構的全盤否定而重新選型的方式。這樣，首先可保留該爐型具有的優勢，其次又可解決原鍋爐所存在的問題；再次還可根據原鍋爐各部件情況，在改造中，最大限度地利用原有部件，這對降低改造大修費用來說是十分重要的。應該說，確定保持原鍋爐兩級分離循環流化床鍋爐結構的改造方向，是相當重要的一步，它是確定具體的改造方案和實施設計、施工等后續工作的依據和前提。
4 改造方案的初步設想
明確了鍋爐的改造方向，對于原爐型存在問題，我們就必須針對性地提出解決方案。通過對廣泛收集的同類爐型資料進行分析，并對各鍋爐廠具有該爐型的用戶進行了大量調研工作，針對原鍋爐存在的問題，我們提出了初步設想方案。
1)解決膜式壁運行中變形和漏灰的辦法，就是把整個膜式壁往下延伸，抱住爐膛密相區和布風板，整個爐膛密相區形成—個整體，被吊掛起來，可自由網下膨脹，可解決水冷壁受阻變形和泄漏的問題。
2)把一級分離器由百葉窗分離器改為槽形分離器。槽形分離器由多排錯列槽鋼構成，利用慣性分離的機理，帶灰粒子的煙氣遇到槽鋼時，灰粒子由于慣性作用繼續按原來的氣流方向運動，碰撞到槽鋼擋板而被分離下來，分離下來的灰沿后墻流人以及分離倉，構成一級分離返料系統。槽形分離器布置在爐膛出口，由耐高溫耐磨材料制成，同時具有結構簡單、檢修量小和阻力小的優點。槽形分離器整體懸掛在爐頂，可自由向下方伸長，不受鍋爐管子遇熱膨脹的影響，故工作穩定。
3)考慮二級分離器改用多管旋風分離器結構。根據調研情況和在我分廠的幾臺鍋爐運行情況看，用多管旋風分離器代替旋風筒分離器應該是可行的。多管分離器由若干個耐磨不銹鋼套管和旋風子組成，每一個不銹鋼套管和一個旋風子就組成一旋風式分離器，分離收集下來的細灰可通過二級返料器輸入爐膛密相區。與旋風分離器相比，多管旋風分離器結構緊湊、占用空間少、阻力小、分離器內無掛磚和耐火澆注材料，若使用中有損壞的，其所有套管和旋風子都能方便更換，哪一個磨損了就換哪一個，這樣，修理、維護的問題就可得到解決。
4)考慮將過熱器集箱升至眾多導汽管以上，這樣即使使用中由于過熱器局部受到損壞，也可方便地查找，并進行悶堵工作。而對于省煤器，考慮將低溫省煤器換成耐磨耐腐的鑄鐵省煤器，以解決低溫腐蝕問題。
5 實際改造方案的確定
1)改造工作范圍的確定。根據改造方向要求，我們可以最大限度地留用原有部件。我們針對各受熱面進行了相關檢測工作。該爐主要受熱面的管壁厚度是有相當裕量的，因此我們認為除結構需要調整外，可保留大部分膜式壁和對流管，只對變形部分作適當校正即可。
2)設計階段。根據前述的初步改造方案設想，我們盡最大限度保留原鍋爐部件，既少動原結構，又要解決問題的要求。設計修改為將密相區由四周膜式水冷壁向下延伸月4cm，內澆耐磨澆注材料，布風板固定于四側下集箱上，與這個爐膛一起懸吊于頂部鋼梁上，這樣，受熱面增加了約37m2，布風板面積增大約0.6m2，可增加鍋爐出力15%；一、二級分離器已按初步設計方案進行了改進，其中二級分離器布置在對流管和高溫省煤器之間，可有效防止尾部受熱面受到煙氣的磨損；過熱器集箱移至上部導氣管之上，可方便地開展檢修工作；低溫省煤器也已改成鑄鐵省煤器，可有效防止低溫腐蝕的侵害；一、二級風合用原鼓風機，取消了二次風機；其它部分基本保持了原鍋爐結構。總之，該設計應該是最符合我們的初步設想的。
6 改造效果
1)運行效果良好。改造后鍋爐具備了長周期、高水平穩定連續運行的能力，一、二級返料系統及各個改造部分工作正常，鍋爐出力可在設計出力的50%一110%間較好調節。基本達到設計要求，為冬季及今后高壓蒸汽供汽系統的穩定運行打下了堅實基礎。
2)節約成本。由于采取了合理的改造方向，大幅降低了改造費用。實際節約鍋爐管材近40t。大修改造后風機的運行電耗大幅度下降，鼓風機改造前電流400A，改造后320 A；引風機改造前電流500 A，改造后250 A。取消二次風機減少電流80A，如此每小時可節約運行電耗260 kwh。從上述情況來看，即降低了系統造價又減少了運行成本。
