350 MW CFB鍋爐冷渣器改造方案分析

楊光明

摘 要：分析了國粵（韶關(guān)）電力有限公司2×350 MW循環(huán)流化床超臨界凝氣發(fā)電機組運行中冷渣器出力不足的問題，并總結(jié)了改造措施和注意事項。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;冷渣器;改造

0 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)濟性和運行安全性。

國粵（韶關(guān)）電力有限公司2×350 MW循環(huán)流化床超臨界凝氣發(fā)電機組，主要燃料摻燒煤矸石等低熱值燃煤，排渣量大，最高時達到每天共計約2 000 t。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30 t/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(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行改進，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(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。進出渣裝置上一般設(shè)置負壓風(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)、進出渣口、進出風(fēng)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(dǎo)向風(fēng)帽，循環(huán)流化床大渣被風(fēng)輸送進入各分級冷卻室，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（300 MW）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350 MW級別循環(huán)流化床鍋爐得到日漸廣泛的應(yīng)用，高達600 MW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660 MW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（擴建）700 MW CFB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，并篩選出細灰和細石灰石顆粒，通過返料風(fēng)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(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700 MW CFB擴建示范性項目）做進一步技術(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30 t/h風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器，如圖1所示。

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t1=980 ℃，設(shè)定出渣溫度t2=150 ℃;凝結(jié)水進水溫度t3=36 ℃，設(shè)定出水溫度t4=95 ℃;高壓流化風(fēng)進風(fēng)溫度t5=50 ℃，出風(fēng)入爐溫度t6=350 ℃。

水的比熱容為C水=4.186 8 kJ/（kg·K），熱風(fēng)比熱容為C風(fēng)=1.350 8 kJ/（kg·K），根據(jù)以往經(jīng)驗和其他文獻，渣的比熱容可取C渣=0.8～1.0 kJ/（kg·K），本文取1.0 kJ/（kg·K）。

根據(jù)熱平衡原理：

Q渣=Q水+Q風(fēng)

即：

C渣P渣（t1-t2）=C水P水（t3-t4）+C風(fēng)P風(fēng)（t5-t6）

通過計算比較，即使忽略風(fēng)的冷卻作用，即取Q風(fēng)=0，冷卻30 t/h灰渣所需要的水量也僅約100 t/h，而目前可提供的冷卻水在150 t/h左右。