350MW CFB锅炉冷渣器改造方案分析

引言

作为优秀的洁净煤燃烧技术之一,循环流化床锅炉凭借其多种优点在我国得到了广泛应用及迅速发展。冷渣器作为循环流化床锅炉排放底渣的冷却设备,是工艺系统中的重要一环,直接影响整个机组的经济性和运行安全性。

国粤（韶关）电力有限公司2×350MW循环流化床超临界凝气发电机组,主要燃料掺烧煤研石等低热值燃煤,排渣量大,最高时达到每天共计约2000t。每台锅炉设计配套6台水冷滚筒式冷渣器,而由于种种原因,实际冷渣器设备的排渣出力不能满足设计值（一台炉相差30t/h）,机组无法提升到满负荷状态,威胁机组的安全稳定运行。

1冷渣器特点对比

经过循环流化床锅炉的长期实践检验,目前我国电站循环流化床锅炉中装备和应用范围较广的冷渣器主要集中在水冷滚筒式和风水联合流化床式两种。部分生产厂家还引进过风冷式钢带冷渣器、气垫床冷渣器等型式,也有厂家基于水冷滚筒式和风水联合流化床式两种冷渣器进行改进,形成了各类优化型产品,但都没有得到广泛应用。

下面对最主流的两种冷渣器型式的选择进行简单对比说明。

1.1滚筒式冷渣器

滚筒式冷渣器一般由双层套筒、进出渣口、进出冷却水接口、传动装置、底座和控制部分等组成,根据受热面的布置差异,又主要可分为百叶滚筒式和多管滚筒式（又称"蜂窝滚筒"）两种。其区别是前者在滚筒内壁上焊接设置了螺旋状叶片,在叶片转动过程中,灰渣被带动从进渣口向出渣口缓慢移动,并通过叶片与筒身的热传导,与冷却水充分接触换热:后者类似于一个简单的管壳式换热器,灰渣在管内被移动,水在管外流动。进出渣装置上一般设置负压风,防止灰尘外冒,污染生产环境。

1.2风水联合式冷渣器

风水联合式冷渣器属于流化床式冷渣器,流化床式冷渣器在我国早期研制鼓泡流化床锅炉时曾得到过发展,后来多种其他技术方案基本被废弃,使用冷风流化、水冷冷却的风水联合式冷渣器得到保留。

风水联合式冷渣器由箱式结构、进出渣口、进出风口、进出冷却水口、压缩空气接口、底座、埋刮板输渣机和控制部分等组成。在进渣管上布置导向风帽,循环流化床大渣被风输送进入各分级冷却室,并被高压风吹动形成流化状态,冷却室中布置用于回收热量的水冷管束,流化渣体与管束进行充分换热后排出,被输渣机带至下一级。当风管发生堵塞时可用另一路高压气源进行吹扫疏通。

1.3大型CFB的冷渣器选用

长期以来,滚筒式冷渣器在国内中小型机组中应用十分广泛和成熟,后来也逐步在大容量机组（300MW）中得到了验证。而近年,循环流化床锅炉进一步迅速大型化,不仅350MW级别循环流化床锅炉得到日渐广泛的应用,高达600MW级循环流化床锅炉也已经在四川白马电厂投运,还有贵州威赫电厂660MW清洁高效超超临界CFB机组、广东国粤韶关综合利用发电（扩建）700MWCFB示范性项目也在筹备之中。

风水联合式冷渣器可以使循环流化床锅炉排放的约900℃的灰渣冷却到150℃以下,冷却能力较强。另外,也可以选择在室内对未燃尽的颗粒继续燃烧,并筛选出细灰和细石灰石颗粒,通过返料风送回炉膛的方式进行选择性回收。而滚筒式冷渣器存在的问题是底渣处理能力较为有限,面对大型机组排渣量巨大的问题,只能通过增加冷渣器数量解决。因此,部分工程又开始研究尝试风水联合式冷渣器在大型机组中的应用。

然而,风水联合式冷渣器对来煤粒度要求比较严格,也就是对上游二次破碎设备要求很高。煤种变化大或煤的破碎粒度可能达不到要求,是限制风水联合式冷渣器在大型循环流化床锅炉中应用的主要原因。

1.4冷渣器对比表

下面将滚筒式冷渣器和风水联合式冷渣器的主要特点进行对比,如表1所示。

2本工程冷渣器的应用

通常选择冷渣器型式是基于煤质灰分、破碎粒度、风量、锅炉零米空间、成本等因素考虑。当灰分高、粒度大、用风量高时,宜优先选用滚筒式冷渣器。在中小型机组中,因为风水联合式冷渣器的问题而改为滚筒式冷渣器的案例亦较多。

本工程原用滚筒式冷渣器,冷渣器冷却水取自凝结水,已长期稳定运行并获得一定运行经验。受场地限制,如需增容,需拆除原有冷渣器,工程量大:同时考虑为后续工程(包括700MWCFB扩建示范性项目）做进一步技术储备和对比分析,故本次改造不再采用原滚筒式冷渣器,而是试验性地增设一台具有新型专利技术的30t/h风水联合式冷渣器,如图1所示。

图1本工程冷渣器布置形式(锅炉一侧)

因此,本改造是较为少见的工程案例。

2.1换热分析

进渣温度12=980℃,设定出渣温度12=250℃:凝结水进水温度13=36C,设定出水温度14=95℃:高压流化风进风温度15=50℃,出风入炉温度16=350℃。

水的比热容为C水=4.2868kJ/(kg·K）,热风比热容为C风=1.3508kJ/(kg·K）,根据以往经验和其他文献,渣的比热容可取C渣=0.8～1.0kJ/(kg·K）,本文取1.0kJ/(kg·K）。

根据热平衡原理:

即:

通过计算比较,即使忽略风的冷却作用,即取0风=0,冷却30t/h灰渣所需要的水量也仅约200t/h,而目前可提供的冷却水在250t/h左右。

因此,从热平衡角度而言,本工程是有条件增设一台风水联合式冷渣器的。

2.2改造过程

(2）在适当处新增锅炉排渣口,并做让管焊接、密封盒安装、浇注料衬砌:(2）根据排渣口位置、构架和可用空间,设计风水联合式冷渣器本体、基础、锥形阀、管路、支吊架:(3）埋设基础,加强原平台,组装框架和平台,布置设备和管路:(4）与原输渣系统接驳:(5）与原电气、仪表系统接线和调试等。

2.3注意事项

(2）排渣口温度极高,又处于锅炉最下部,热位移大,补偿器和锥形阀吊架选型需注意,建议采用耐高温的非金属补偿器,并需与锅炉供货商核算验证开孔强度、位移和受力等:(2）热位移较大的管道使用胶管连接可能出现工质泄漏问题,建议使用金属软管连接:(3）如果利用原有滚筒冷渣器平台,需要进行足够的补强:(4）原冷渣器实际出力达不到设计值,相当于原对应设计冷却水没有得到充分利用,因此尚有裕量,否则冷却水量需要核实是否足够支持新设冷渣器:(5）风水联合式冷渣器需要风源,本工程考虑用尚有裕量的高压流化风作为冷渣、运载和流化风,不再新增冷渣风机,排入热二次风道,压缩空气作为吹扫风:(6）两种不同型式的冷渣器合并投运,对运行逻辑和操作控制提出了更高的要求。

3结论与建议

本工程虽然煤质灰分大、研石多,在已有滚筒式冷渣器的前提下,考虑实际空间与物料裕量,增设风水联合式冷渣器在技术上是可行的,也具有一定开创性和借鉴意义。后续根据实际运行情况,可以有效比较两种冷渣器方案在大型循环流化床锅炉机组的应用效果。

建议在投运过程中,尽量保证入炉煤质和粒度的稳定,严密监视出渣量和温度,适当控制入炉煤质,优化调整,保证设备安全、经济、稳定运行。