350MW CFB鍋爐冷渣器改造方案分析

引言

作為優(yōu)秀的潔凈煤燃燒技術(shù)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(yīng)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(shè)備,是工藝系統(tǒng)中的重要一環(huán),直接影響整個機組的經(jīng)濟(jì)性和運行安全性。

國粵（韶關(guān)）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(dá)到每天共計約2000t。每臺鍋爐設(shè)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(shè)備的排渣出力不能滿足設(shè)計值（一臺爐相差30t/h）,機組無法提升到滿負(fù)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(jīng)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(yīng)用范圍較廣的冷渣器主要集中在水冷滾筒式和風(fēng)水聯(lián)合流化床式兩種。部分生產(chǎn)廠家還引進(jìn)過風(fēng)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(fēng)水聯(lián)合流化床式兩種冷渣器進(jìn)行改進(jìn),形成了各類優(yōu)化型產(chǎn)品,但都沒有得到廣泛應(yīng)用。

下面對最主流的兩種冷渣器型式的選擇進(jìn)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(jìn)出渣口、進(jìn)出冷卻水接口、傳動裝置、底座和控制部分等組成,根據(jù)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(nèi)壁上焊接設(shè)置了螺旋狀葉片,在葉片轉(zhuǎn)動過程中,灰渣被帶動從進(jìn)渣口向出渣口緩慢移動,并通過葉片與筒身的熱傳導(dǎo),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(nèi)被移動,水在管外流動。進(jìn)出渣裝置上一般設(shè)置負(fù)壓風(fēng),防止灰塵外冒,污染生產(chǎn)環(huán)境。

1.2風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器

風(fēng)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(shù)方案基本被廢棄,使用冷風(fēng)流化、水冷冷卻的風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器得到保留。

風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器由箱式結(jié)構(gòu)、進(jìn)出渣口、進(jìn)出風(fēng)口、進(jìn)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(jìn)渣管上布置導(dǎo)向風(fēng)帽,循環(huán)流化床大渣被風(fēng)輸送進(jìn)入各分級冷卻室,并被高壓風(fēng)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(jìn)行充分換熱后排出,被輸渣機帶至下一級。當(dāng)風(fēng)管發(fā)生堵塞時可用另一路高壓氣源進(jìn)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(nèi)中小型機組中應(yīng)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(jìn)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(yīng)用,高達(dá)600MW級循環(huán)流化床鍋爐也已經(jīng)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(guān)綜合利用發(fā)電（擴(kuò)建）700MWCFB示范性項目也在籌備之中。

風(fēng)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(nèi)對未燃盡的顆粒繼續(xù)燃燒,并篩選出細(xì)灰和細(xì)石灰石顆粒,通過返料風(fēng)送回爐膛的方式進(jìn)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(shù)量解決。因此,部分工程又開始研究嘗試風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器在大型機組中的應(yīng)用。

然而,風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器對來煤粒度要求比較嚴(yán)格,也就是對上游二次破碎設(shè)備要求很高。煤種變化大或煤的破碎粒度可能達(dá)不到要求,是限制風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器在大型循環(huán)流化床鍋爐中應(yīng)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(fēng)水聯(lián)合式冷渣器的主要特點進(jìn)行對比,如表1所示。

2本工程冷渣器的應(yīng)用

通常選擇冷渣器型式是基于煤質(zhì)灰分、破碎粒度、風(fēng)量、鍋爐零米空間、成本等因素考慮。當(dāng)灰分高、粒度大、用風(fēng)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(fēng)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(jié)水,已長期穩(wěn)定運行并獲得一定運行經(jīng)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(kuò)建示范性項目）做進(jìn)一步技術(shù)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(shè)一臺具有新型專利技術(shù)的30t/h風(fēng)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(cè))

因此,本改造是較為少見的工程案例。

2.1換熱分析

進(jìn)渣溫度12=980℃,設(shè)定出渣溫度12=250℃:凝結(jié)水進(jìn)水溫度13=36C,設(shè)定出水溫度14=95℃:高壓流化風(fēng)進(jìn)風(fēng)溫度15=50℃,出風(fēng)入爐溫度16=350℃。

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

根據(jù)熱平衡原理:

即:

通過計算比較,即使忽略風(fēng)的冷卻作用,即取0風(fēng)=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(shè)一臺風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器的。

2.2改造過程

(2）在適當(dāng)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(jù)排渣口位置、構(gòu)架和可用空間,設(shè)計風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器本體、基礎(chǔ)、錐形閥、管路、支吊架:(3）埋設(shè)基礎(chǔ),加強原平臺,組裝框架和平臺,布置設(shè)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(diào)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(xiàn)工質(zhì)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(jìn)行足夠的補強:(4）原冷渣器實際出力達(dá)不到設(shè)計值,相當(dāng)于原對應(yīng)設(shè)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(shè)冷渣器:(5）風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器需要風(fēng)源,本工程考慮用尚有裕量的高壓流化風(fēng)作為冷渣、運載和流化風(fēng),不再新增冷渣風(fēng)機,排入熱二次風(fēng)道,壓縮空氣作為吹掃風(fēng):(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(jié)論與建議

本工程雖然煤質(zhì)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(shè)風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器在技術(shù)上是可行的,也具有一定開創(chuàng)性和借鑒意義。后續(xù)根據(jù)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(yīng)用效果。

建議在投運過程中,盡量保證入爐煤質(zhì)和粒度的穩(wěn)定,嚴(yán)密監(jiān)視出渣量和溫度,適當(dāng)控制入爐煤質(zhì),優(yōu)化調(diào)整,保證設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運行。