引言

作為優(yōu)秀的潔凈煤燃燒技術之一,循環(huán)流化床鍋爐憑借其多種優(yōu)點在我國得到了廣泛應用及迅速發(fā)展。冷渣器作為循環(huán)流化床鍋爐排放底渣的冷卻設備,是工藝系統(tǒng)中的重要一環(huán),直接影響整個機組的經濟性和運行安全性。

國粵（韶關）電力有限公司2×350MW循環(huán)流化床超臨界凝氣發(fā)電機組,主要燃料摻燒煤研石等低熱值燃煤,排渣量大,最高時達到每天共計約2000t。每臺鍋爐設計配套6臺水冷滾筒式冷渣器,而由于種種原因,實際冷渣器設備的排渣出力不能滿足設計值（一臺爐相差30t/h）,機組無法提升到滿負荷狀態(tài),威脅機組的安全穩(wěn)定運行。

1冷渣器特點對比

經過循環(huán)流化床鍋爐的長期實踐檢驗,目前我國電站循環(huán)流化床鍋爐中裝備和應用范圍較廣的冷渣器主要集中在水冷滾筒式和風水聯(lián)合流化床式兩種。部分生產廠家還引進過風冷式鋼帶冷渣器、氣墊床冷渣器等型式,也有廠家基于水冷滾筒式和風水聯(lián)合流化床式兩種冷渣器進行改進,形成了各類優(yōu)化型產品,但都沒有得到廣泛應用。

下面對最主流的兩種冷渣器型式的選擇進行簡單對比說明。

1.1滾筒式冷渣器

滾筒式冷渣器一般由雙層套筒、進出渣口、進出冷卻水接口、傳動裝置、底座和控制部分等組成,根據受熱面的布置差異,又主要可分為百葉滾筒式和多管滾筒式（又稱"蜂窩滾筒"）兩種。其區(qū)別是前者在滾筒內壁上焊接設置了螺旋狀葉片,在葉片轉動過程中,灰渣被帶動從進渣口向出渣口緩慢移動,并通過葉片與筒身的熱傳導,與冷卻水充分接觸換熱:后者類似于一個簡單的管殼式換熱器,灰渣在管內被移動,水在管外流動。進出渣裝置上一般設置負壓風,防止灰塵外冒,污染生產環(huán)境。

1.2風水聯(lián)合式冷渣器

風水聯(lián)合式冷渣器屬于流化床式冷渣器,流化床式冷渣器在我國早期研制鼓泡流化床鍋爐時曾得到過發(fā)展,后來多種其他技術方案基本被廢棄,使用冷風流化、水冷冷卻的風水聯(lián)合式冷渣器得到保留。

風水聯(lián)合式冷渣器由箱式結構、進出渣口、進出風口、進出冷卻水口、壓縮空氣接口、底座、埋刮板輸渣機和控制部分等組成。在進渣管上布置導向風帽,循環(huán)流化床大渣被風輸送進入各分級冷卻室,并被高壓風吹動形成流化狀態(tài),冷卻室中布置用于回收熱量的水冷管束,流化渣體與管束進行充分換熱后排出,被輸渣機帶至下一級。當風管發(fā)生堵塞時可用另一路高壓氣源進行吹掃疏通。

1.3大型CFB的冷渣器選用

長期以來,滾筒式冷渣器在國內中小型機組中應用十分廣泛和成熟,后來也逐步在大容量機組（300MW）中得到了驗證。而近年,循環(huán)流化床鍋爐進一步迅速大型化,不僅350MW級別循環(huán)流化床鍋爐得到日漸廣泛的應用,高達600MW級循環(huán)流化床鍋爐也已經在四川白馬電廠投運,還有貴州威赫電廠660MW清潔高效超超臨界CFB機組、廣東國粵韶關綜合利用發(fā)電（擴建）700MWCFB示范性項目也在籌備之中。

風水聯(lián)合式冷渣器可以使循環(huán)流化床鍋爐排放的約900℃的灰渣冷卻到150℃以下,冷卻能力較強。另外,也可以選擇在室內對未燃盡的顆粒繼續(xù)燃燒,并篩選出細灰和細石灰石顆粒,通過返料風送回爐膛的方式進行選擇性回收。而滾筒式冷渣器存在的問題是底渣處理能力較為有限,面對大型機組排渣量巨大的問題,只能通過增加冷渣器數量解決。因此,部分工程又開始研究嘗試風水聯(lián)合式冷渣器在大型機組中的應用。

然而,風水聯(lián)合式冷渣器對來煤粒度要求比較嚴格,也就是對上游二次破碎設備要求很高。煤種變化大或煤的破碎粒度可能達不到要求,是限制風水聯(lián)合式冷渣器在大型循環(huán)流化床鍋爐中應用的主要原因。

1.4冷渣器對比表

下面將滾筒式冷渣器和風水聯(lián)合式冷渣器的主要特點進行對比,如表1所示。

2本工程冷渣器的應用

通常選擇冷渣器型式是基于煤質灰分、破碎粒度、風量、鍋爐零米空間、成本等因素考慮。當灰分高、粒度大、用風量高時,宜優(yōu)先選用滾筒式冷渣器。在中小型機組中,因為風水聯(lián)合式冷渣器的問題而改為滾筒式冷渣器的案例亦較多。

本工程原用滾筒式冷渣器,冷渣器冷卻水取自凝結水,已長期穩(wěn)定運行并獲得一定運行經驗。受場地限制,如需增容,需拆除原有冷渣器,工程量大:同時考慮為后續(xù)工程(包括700MWCFB擴建示范性項目）做進一步技術儲備和對比分析,故本次改造不再采用原滾筒式冷渣器,而是試驗性地增設一臺具有新型專利技術的30t/h風水聯(lián)合式冷渣器,如圖1所示。

圖1本工程冷渣器布置形式(鍋爐一側)

因此,本改造是較為少見的工程案例。

2.1換熱分析

進渣溫度12=980℃,設定出渣溫度12=250℃:凝結水進水溫度13=36C,設定出水溫度14=95℃:高壓流化風進風溫度15=50℃,出風入爐溫度16=350℃。

水的比熱容為C水=4.2868kJ/(kg·K）,熱風比熱容為C風=1.3508kJ/(kg·K）,根據以往經驗和其他文獻,渣的比熱容可取C渣=0.8～1.0kJ/(kg·K）,本文取1.0kJ/(kg·K）。

根據熱平衡原理:

即:

通過計算比較,即使忽略風的冷卻作用,即取0風=0,冷卻30t/h灰渣所需要的水量也僅約200t/h,而目前可提供的冷卻水在250t/h左右。

因此,從熱平衡角度而言,本工程是有條件增設一臺風水聯(lián)合式冷渣器的。

2.2改造過程

(2）在適當處新增鍋爐排渣口,并做讓管焊接、密封盒安裝、澆注料襯砌:(2）根據排渣口位置、構架和可用空間,設計風水聯(lián)合式冷渣器本體、基礎、錐形閥、管路、支吊架:(3）埋設基礎,加強原平臺,組裝框架和平臺,布置設備和管路:(4）與原輸渣系統(tǒng)接駁:(5）與原電氣、儀表系統(tǒng)接線和調試等。

2.3注意事項

(2）排渣口溫度極高,又處于鍋爐最下部,熱位移大,補償器和錐形閥吊架選型需注意,建議采用耐高溫的非金屬補償器,并需與鍋爐供貨商核算驗證開孔強度、位移和受力等:(2）熱位移較大的管道使用膠管連接可能出現工質泄漏問題,建議使用金屬軟管連接:(3）如果利用原有滾筒冷渣器平臺,需要進行足夠的補強:(4）原冷渣器實際出力達不到設計值,相當于原對應設計冷卻水沒有得到充分利用,因此尚有裕量,否則冷卻水量需要核實是否足夠支持新設冷渣器:(5）風水聯(lián)合式冷渣器需要風源,本工程考慮用尚有裕量的高壓流化風作為冷渣、運載和流化風,不再新增冷渣風機,排入熱二次風道,壓縮空氣作為吹掃風:(6）兩種不同型式的冷渣器合并投運,對運行邏輯和操作控制提出了更高的要求。

3結論與建議

本工程雖然煤質灰分大、研石多,在已有滾筒式冷渣器的前提下,考慮實際空間與物料裕量,增設風水聯(lián)合式冷渣器在技術上是可行的,也具有一定開創(chuàng)性和借鑒意義。后續(xù)根據實際運行情況,可以有效比較兩種冷渣器方案在大型循環(huán)流化床鍋爐機組的應用效果。

建議在投運過程中,盡量保證入爐煤質和粒度的穩(wěn)定,嚴密監(jiān)視出渣量和溫度,適當控制入爐煤質,優(yōu)化調整,保證設備安全、經濟、穩(wěn)定運行。