冷渣機(jī)技術(shù)的挖潛增效案例

冉友根，謝安民

（貴州輪胎股份有限公司十分廠，貴州 貴陽 550008）

循環(huán)流化床鍋爐具有高效、低污染的優(yōu)點(diǎn)。它的燃燒效率可接近或達(dá)到同容量煤粉爐。可燃用煙煤等及各種劣質(zhì)煤。由于循環(huán)流化床鍋爐大多燃燒劣質(zhì)煤，故灰渣排放量大、灰渣排放溫度高（1 000℃左右），直接排放會(huì)帶走大量熱能，不僅污染環(huán)境而且存在安全隱患。應(yīng)把鍋爐排渣余熱回收作為節(jié)能改造的一項(xiàng)必要措施，循環(huán)流化床鍋爐配備冷渣機(jī)恰好可達(dá)到此目的。

一、安裝冷渣機(jī)前鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)及熱損失

1.運(yùn)行狀態(tài)：

循環(huán)流化床鍋爐因燃用煤質(zhì)較差，故其爐內(nèi)的灰分重、料位上升快。沒有冷渣機(jī)的情況下，只能靠人工進(jìn)行出渣，這會(huì)造成鍋爐料位時(shí)高時(shí)低、出力時(shí)大時(shí)小、鍋爐運(yùn)行不穩(wěn)定、負(fù)荷波動(dòng)大、熱效率低。

2.灰渣熱損失分析：

根據(jù)灰渣物理顯熱Q6的計(jì)算公式：

式中：H——灰渣量，H=煤量×Aar，Aar為灰渣含量，一般在30%左右；

α——排渣量占鍋爐燃燒總灰渣的比例，循環(huán)流化床鍋爐一般取α=0.8；

Cθ——1kg灰渣在溫度為θ時(shí)的顯熱值，其單位為kJ/kg，數(shù)值可查表1。

表1為1kg灰渣在不同溫度下的顯熱值，表2為公司燃煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)。煤質(zhì)越差，灰渣含量越高，灰渣損失也越大，由表1可見，排渣溫度越高，灰渣的顯熱值大。鍋爐排渣溫度一般都在950～1 000℃間，每千克的灰渣顯熱量約為1 000kJ/kg。以一臺(tái)35t/h 循環(huán)流化床鍋爐為例來計(jì)算灰渣的熱損失：每小時(shí)耗煤量約為7 500kg，則灰渣量H=7 500kg×30%=2 250kg；排渣溫度為1 000℃時(shí)，其灰渣的顯熱為1 005kJ/kg，帶入公式（1）得Q6=180.9萬kJ，約相當(dāng)于燃燒91kg發(fā)熱量為1.98萬kJ/kg的煤放出的熱量。

表1 灰渣在不同溫度下的顯熱值

表2 公司燃煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)

二、配備冷渣機(jī)后，循環(huán)流化床鍋爐

運(yùn)行情況分析

1.配備冷渣機(jī)后鍋爐熱平衡分析：

熱平衡是以1kg燃料為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的，通過熱平衡計(jì)算可知鍋爐的有效利用熱量及各項(xiàng)損失，從而計(jì)算鍋爐的效率和燃料消耗量。鍋爐的一般熱平衡方程為

式中：Qr——鍋爐輸入熱量；

Q1——鍋爐有效利用熱；

Q2——排煙損失；

Q3——可燃?xì)怏w不完全燃燒損失；

Q4——可燃固體不完全燃燒損失；

Q5——鍋爐散熱損失；

Q6——排渣物理顯熱損失。

將式（2）兩邊同時(shí)除以輸入熱量Qr后，則為1=q1+q2+q3+q4+q5+q6，此式更直觀地體現(xiàn)出各項(xiàng)熱量占輸入熱量的比例。在分析配備冷渣機(jī)后鍋爐的熱平衡時(shí)，可以把Q1、Q2、Q3、Q4、Q5看成常數(shù)，只分析Q6的變化對(duì)鍋爐熱效率的影響。冷渣機(jī)用鍋爐給水作為冷卻水，鍋爐給水經(jīng)過冷渣機(jī)吸熱后，排渣溫度從1 000℃降到100℃以下，鍋爐給水在冷渣機(jī)內(nèi)的吸熱量為Q6=Hα△Cθ=7 500kg/h×30%×0.8× (1 005-80) kJ/kg=166.5萬kJ/h。因每千克煤的發(fā)熱量為19 800kJ/kg,鍋爐1h總的輸入熱量Qr=燃煤量×發(fā)熱量=7 500kg/h×19 800kJ/kg=14 850萬kJ/h。通過冷渣機(jī)每小時(shí)回收的熱量為166.5萬kJ/h，相當(dāng)于鍋爐每小時(shí)輸入熱量14 850萬kJ/h的1.12%，即通過使用冷渣機(jī)能夠直接提高鍋爐熱效率1.12%。

2.配備冷渣機(jī)后對(duì)鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行分析：

循環(huán)流化床鍋爐正常運(yùn)行，當(dāng)流化風(fēng)量和循環(huán)灰量一定時(shí)，料位厚度變化對(duì)鍋爐負(fù)荷影響極大，圖1為公司4＃爐35t/h循環(huán)流化床鍋爐在未裝冷渣機(jī)前人工間斷放料時(shí)鍋爐負(fù)荷的變化曲線，由圖1可看出鍋爐負(fù)荷是隨料位的變化而連續(xù)變化的，當(dāng)料位上升到某一高度時(shí)，人工短時(shí)間內(nèi)放出大量料灰渣，使料位回到正常料位，由于料位的升高和降低的過程對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)灰量影響很大，循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷又主要是靠循環(huán)灰量來控制，所以料位變化的結(jié)果就是改變了鍋爐的負(fù)荷。若鍋爐運(yùn)行的其他參數(shù)不變，料位越高，循環(huán)灰量越少，所以鍋爐負(fù)荷是隨料位的升高而降低的過程，若鍋爐未配備冷渣機(jī)（靠人工間斷放料），則負(fù)荷是隨料位的升高和降低來回波動(dòng)的過程，負(fù)荷的來回波動(dòng)對(duì)鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行和供汽系統(tǒng)的穩(wěn)定影響很大。配備冷渣機(jī)后鍋爐料位就很容易控制在最經(jīng)濟(jì)的料位。圖2為配備冷渣機(jī)后負(fù)荷變化曲線圖，由圖2可看出，料位變化很小，鍋爐出力的波動(dòng)也隨之減少。同時(shí)因大量未完全燃燒的細(xì)顆粒能穩(wěn)定地參與循環(huán)燃燒，飛灰損失會(huì)降到最低。若在給煤量相同和其他運(yùn)行參數(shù)一樣的情況下，安裝有冷渣機(jī)的鍋爐在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)可使效率提高約2%。

三、冷渣機(jī)的使用情況

1.自冷渣機(jī)正常投用以來，鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定性大大提高，供汽系統(tǒng)穩(wěn)定，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低，冷渣輸送能滿足安全和環(huán)保要求。

圖1

圖2

2.煤耗明顯下降，由于鍋爐配備冷渣機(jī)后總效率可提高約3.12%，公司每年燃煤量約16萬t，則1年節(jié)約煤量為16萬t×3.12%=4 992t，按每噸煤420元計(jì)，則每年可節(jié)約燃煤成本209.664萬元。

[1]容鑾恩.電站鍋爐原理[M].中國(guó)電力出版社，1997（3）.

[2]孔瓏.工程流體力學(xué)[M].中國(guó)電力出版社，1992（12）.

[3]楊世銘.傳熱學(xué)[M].高等教育出版社，1998.