引言近年来，我国环保政策的实施不断升级。在2015年12月召开的国务院常务会议上，针对燃煤电厂的超低排放问题，在原三部委联合下发的《煤电节能减排升级与改造行动计划》基础上提出了更高要求，决定在2020年之前对燃煤电厂全面实施超低排放和节能改造，大幅度降低发电煤耗和污染物排放。目前，我国存在大批量投运的燃用低挥发分无烟煤和贫煤的W型火焰锅炉（以下简称“W炉”）机组。W炉燃烧技术有其固有优势，如煤粉颗粒在燃烧区内有足够行程和停留时间，燃尽率高；采用旋流燃烧器可提高一次风中煤粉浓度，并降低气粉混合物入炉风速，有利于煤粉的着火。但已投运W炉的缺点也逐渐暴露出来：（1）炉内燃烧温度高，容易产生结焦现象。高硫煤还易产生炉膛高温腐蚀和尾部低温腐蚀。（2）炉内不脱硫，尾部采用湿法脱硫。对于高硫煤，为满足超低排放要求需改造为高效湿法脱硫，如双塔双循环等，成本非常高。（3）NOx原始排放浓度普遍在1 200 mg/m3～1 500 mg/m3(6%O2，干烟气)。即使改造为低氮燃烧器，NOx原始排放浓度也普遍在800 mg/m3～1 000 mg/m3(6%O2，干烟气)。若单独采用SCR脱硝工艺，脱硝效率将达到95%以上，不但改造实施成本非常高，氨逃逸率也非常大，带来二次污染、下游设备堵塞等问题。若采用SCR+SNCR，工艺将更加复杂，也不能彻底解决问题。因此，W炉的超低排放与节能改造成本高，难度大，却势在必行，能否满足环保的要求将决定电厂的生存。CFB燃烧技术是目前商业化程度最好的洁净煤燃烧技术。我国现役300 MW亚临界CFB锅炉燃烧无烟煤比例约为20%。从经济实现超低排放的角度，CFB锅炉已成为燃用无烟煤尤其是高硫无烟煤的首选炉型，是已投运W炉实现超低排放改造的方向之一。CFB锅炉的煤质适应性广，燃烧效率高，燃用无烟煤有大量业绩；燃用无烟煤的床温控制到900 ℃～920 ℃，远低于灰熔点温度；加上炉内高浓度的循环灰，可有效避免炉内高温腐蚀；炉内采用石灰石脱硫，减缓尾部低温腐蚀，尾部采用常规湿法脱硫，即现有尾部脱硫塔无须改造即可满足超低排放要求；炉内采用低温燃烧和高效空气分级技术，无烟煤的NOx原始排放浓度可控制到100 mg/m3(6%O2，干烟气)以下，只需要在分离器进口采用SNCR即可满足超低排放要求。针对目前300 MW在运W炉所处的困境，提出一种W炉改造为CFB锅炉的设计方案，可解决W炉目前的问题。1锅炉改造方案1.1锅炉改造设计参数本改造设计方案的依托工程为贵州某燃用高硫无烟煤项目，为典型的300 MW亚临界W型火焰锅炉。300 MW亚临界W炉锅炉主视图如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.012.F001图1300 MW亚临界W炉锅炉主视图锅炉采用双拱形单炉膛，燃烧器布置于下炉膛前后拱上，呈“W”型火焰；尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢结构，全悬吊结构，平衡通风，半露天布置。锅炉改造采用原W炉蒸汽参数，如表1所示。锅炉燃用煤质如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.012.T001表1300 MW亚临界W炉蒸汽参数名称BMCR工况BECR工况高过出口处蒸汽流量/(t/h)1 025900.7压力/MPa(g)17.412.27温度/°C540540低再入口处蒸汽压力/MPa(g)3.8083.380温度/°C331.4315.8高再出口处蒸汽流量/(t/h)851.3754.1压力/MPa(g)3.6323.220温度/°C540540省煤器进口处给水温度/°C280.0270.210.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.012.T002表2300 MW亚临界W炉煤质参数项目设计煤质校核煤质全水分Mt/%7.08.0空气干燥基水分Mad/%1.671.71收到基灰分Aar/%27.020.0干燥无灰基挥发分Vdaf/%9.07.0收到基碳Car/%59.9565.71收到基氢Har/%2.252.36收到基氮Nar%0.940.74收到基氧Oar%0.570.90全硫St,ar%2.292.29收到基低位发热量Qnet,ar/(kJ/kg)21 46524 6681.2锅炉改造设计思想本改造方案将CFB燃烧技术与原W炉已有设备进行最大限度地融合，主要设计原则如下：（1）将W型火焰锅炉改为CFB锅炉，炉内添加石灰石+炉后现有的湿法脱硫，分离器进口设置SNCR，满足锅炉超低排放要求。（2）汽包位置不调整，尽量利用原有汽包结构。（3）原来的柱网基本不变，W炉炉膛更换为CFB主循环回路（炉膛、分离器、回料器），尽量利用锅炉原有尾部烟道、受热面，降低改造成本。300 MW亚临界W炉改CFB锅炉示意图如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.012.F002图2300 MW亚临界W炉改CFB锅炉示意图2关键改造技术分析2.1主回路改造300 MW等级CFB锅炉总体布置可选择H型布置（分离器布置在炉膛两侧）或M型布置（分离器布置在炉膛和包墙之间）。若采用M型布置，经核算对比现有锅炉钢架没有足够的空间进行分离器的布置。唯一选择就是采用H型布置，将分离器布置在钢架副跨。主回路改造H型布置示意图如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.012.F003图3主回路改造H型布置示意图炉膛结构采用单炉膛单布风板结构。但在结构布置时发现，单布风板结构的炉膛宽度为保证回料尽量均匀，4个回料点需布置到前后水冷壁的半炉膛中间位置，回料腿水平跨度约10 m，而回料腿至少保证一定的倾角，现有炉膛高度空间不够。如不考虑其他因素，需要将炉膛拔高才能进行回料腿的布置，而目前顶板高度是远远不够的。因此单布风板方案无法满足改造的要求，只能考虑采用双布风板结构。由于采用H型布置，4只分离器只能布置到现有钢架副跨内，考虑到保温和膨胀等因素，分离器设计直径选用合适的炉型尺寸。由于两个分离器中间柱离分离器进口烟道较近，考虑分离器进口烟道刚性梁的布置及保温散热的影响，分离器无法按常规沿炉膛中心线对称布置，只能按相同旋向进行布置。由于炉膛出口烟道位置基本按炉膛中心对称，因此进入两只分离器的循环灰量差异不大。锅炉也可以采用布置外置式换热器结构，受热面的布置更加方便，同时也可以发挥外置床对床温的调节优势，但系统更加复杂。2.2钢结构改造由于CFB炉方案已经将原W炉炉膛彻底更换为主循环回路，钢结构需进行大幅度调整。（1）钢架柱网基本不变，但由于副跨布置了分离器、回料器、分离器出口烟道等，副跨的荷载相比原锅炉增加，需对副跨钢结构进行加强和改造。（2）锅炉层高需进行调整，但由于尾部受热面及吹灰、人孔等基本不变，所以改造应考虑尽量保留原尾部锅炉层高。（3）炉顶大包需要彻底拆除。（4）除汽包外，其余炉顶吊点位置绝大部分已发生变化，顶板需要进行相应修改。（5）原W炉膛高度较低，为了保证燃尽特性及整体布置，考虑将锅炉钢架整体拔高。2.3空预器改造原有空预器采用两台三分仓回转预热器，一次风份额较小。针对空预器有两种改造思路：（1）为使最大减少改造工作量，可将一台空预器用作一次风加热，另一台用作二次风加热，仅需要空预器接口修改。（2）可按常规CFB炉的配置，将空预器彻底更换为四分仓，最大提升空预器各方面性能，降低排烟温度和漏风率。由于改造采用CFB锅炉炉型，预热器进风温度有一定提升，在目前方案情况下，难以保证原有W炉的排烟温度。在不考虑改造空预器前提下，若要降低排烟温度，有如下两种思路：（1）保持目前尾部不变，添加低温省煤器。（2）直接更换为H型省煤器，增加省煤器受热面积。综合考虑改造成本，可选择第一种方案。2.4主要辅机改造由于CFB锅炉与W炉的燃烧原理和运行模式完全不同，除了锅炉本体需进行改造外，相关辅机设备也需相应进行改造。锅炉岛需要对主要辅机设备进行改造：（1）给煤系统。原W炉燃煤采用一级碎煤+磨煤机制粉，煤粉细度要求很高。但对于CFB炉，无烟煤的入炉煤粒度为宽筛分0~8 mm，一般原煤进行两级破碎+筛分进行保证。因此需要对入炉煤系统进行改造。（2）石灰石系统。本项为相比原W炉增设的系统，按常规CFB炉进行配置。（3）启动床料添加系统。本项为相比原W炉增设的系统，按常规CFB炉进行配置。（4）冷渣器系统。本项为相比原W炉增设的系统，需要抽取低加冷凝水作为冷却水。冷渣器采用滚筒冷渣器，布置在锅炉两侧，同时需要对相应炉底除渣系统进行改造。（5）风机系统。由于布风板及炉内大量循环物料存在，CFB锅炉一次风、二次风的风压比W炉要大，且风量分配差异很大，因此一、二次风机需彻底改造；由于CFB锅炉相比W煤粉炉增加了旋风分离器，烟气侧阻力大幅增加，原引风机压头不够，需要进行改造；高压流化风机为CFB锅炉回料器所需新增，按常规CFB炉进行配置。3结语开展300 MW亚临界等级CFB锅炉的超低排放改造，尤其是W炉改造为CFB锅炉的技术需要我国锅炉设备厂家和设计院、电厂业主开展通力合作，为我国W炉实现超低排放改造探寻一条可行之路。