循環流化床鍋爐冷渣器控制策略改進與優化

夏明明

摘要：除灰及除渣系統是火力發電廠不可缺少的組成部分，隨著鍋爐容量增大，產生的灰渣也相應增多， 為了保證除灰除渣系統的安全運行，開展灰渣的綜合利用以及使灰渣處理達到環保標準是目前火力發電廠灰渣處理面臨的首要問題。

關鍵詞：循環流化床鍋爐；冷渣器；儀表與控制；改進與優化

冷渣器設備是循環流化床鍋爐的重要輔機設備，直接影響鍋爐安全穩定運行。從熱工儀表配置及自動保護角度出發，深入分析設備運行過程中存在問題，制定自動控制優化措施，徹底解決了冷渣器在運行過程中安全可靠性差、自動化程度低的技術難題。

一、 兩種冷渣器的性能比較

1. 風水聯合冷渣器的性能優勢。與滾筒式冷渣器相比，風水聯合冷渣器具有許多優點，主要表現在：單臺出力大，可以實現選擇性排渣，傳熱系數高，布置方便，熱風可直接進爐等。以下分析風水聯合冷渣器較為顯著的幾點優勢。（1） 回收熱量的品位高。在水冷方面，風水聯合冷渣器的冷卻水可以采用給水，使得其埋管受熱面甚至可以成為省煤器的一部分，從而作為鍋爐本身的一個部件，對整體熱力系統沒有影響。冷卻水通過換熱，溫度可以提升 50～60 ℃，從而達到 250 ℃左右的省煤器進口水溫。即使有些風水聯合冷渣器設計出水溫度相對較低，其出水溫度比滾筒式冷渣器要高得多，一般都在200 ℃以上。這種情況下的冷渣器能部分代替較高級的低壓加熱器，排擠汽輪機高壓抽汽，提高汽輪機效率。滾筒式冷渣器多采用鋼板套筒水夾套結構，其承壓能力較差，需要控制冷卻水壓力不要太高，一般在 2.5 MPa 以下，其冷卻水溫度提升在 20～30 ℃左右，出水溫度多在 70～80 ℃之間。因此不能將其冷卻水系統作為省煤器的一部分，而只能作為最低級低壓加熱器的一部分來加熱凝結水，這樣一來，熱渣的高品位余熱僅僅只能是代替了部分低壓抽汽，使其余熱回收利用率大打折扣。 （2） 傳熱系數大，體積小。風水聯合冷渣器按照流態化原理設計及運行，類似于鼓泡床流化床鍋爐中所采用的兩相流技術 ，通過氣固流態化傳熱和氣固混合物與受熱面間傳熱達到冷渣的效果。在風水聯合冷渣器中，熱渣被送入后，流化風通過底部的布風板進入。當氣流速度達到臨界流化速度時，渣粒即呈流體的狀態，氣速再增大，煤粒床層中會產生大量鼓包現象，床層出現由含顆粒稀少的氣泡相和含顆粒眾多的乳化相組成的兩相狀態，這時爐膛內的傳熱傳質過程顯著強化，傳熱系數可達100～250 W/（m2·K）。因此，整個冷渣器的體積也較小，布置相對更加靈活。而滾筒式冷渣器由于其傳熱效率相對較低，體積龐大，在鍋爐以下零米平臺上較難布置，在應用滾筒式冷渣器時不得不占用鍋爐房檢修通道和消防通道。（3） 返回細小顆粒。風水聯合冷渣器不僅在節能方面有著突出的優勢，對鍋爐的正常運行及其負荷調節也有較大的幫助。我國正在運行的循環流化床鍋爐中，許多都不能滿負荷運行，部分原因就是循環灰量太少，有些電廠采用打入細沙或已燃過的煤灰等辦法來解決，這無形中增加了鍋爐的運行成本。

2. 滾筒式冷渣器的性能優勢。相對于風水聯合冷渣器，滾筒式冷渣器也有其自己的優勢，它具有結構簡單，安裝方便，易操作；對底渣粒度要求不嚴，可靠性高設備造價低，運行電耗低等優點。其中最突出的就是較高的運行可靠性和低電耗的特點。（1） 運行可靠性高。滾筒式冷渣器對渣適應性很強，對底渣粒度基本沒有特殊要求，并且隨著滾筒轉動速度的變化，可以快速調整冷渣器的出力，出力是滾筒轉速的線性函數。這樣，滾筒轉，熱渣流進；滾筒停，熱渣停流；快轉快進，慢轉慢進。因此，滾筒式成為保證鍋爐連續穩定運行的優良底渣處理系統。同時又由于風水聯合冷渣器運行中存在的問題一直沒有得到較好解決，使得滾筒式冷渣在國內各大電廠得到迅速推廣。（2） 電耗低。以國內某 135 MW 循環流化床鍋爐機組為例 ，其節能效果明顯。改造時拆除了兩臺用于風水聯合冷渣器的流化風機，正常運行時平均電流在 46 A 左右，功率約 354 kW，同時另有兩臺運行功率約 8 kW 的埋刮板輸渣機一并拆除。換裝兩臺滾筒式冷渣器之后，同時運行時功率之和約為 20 kW。因拆除流化風機而減少的鍋爐進風量由一、二次風機承擔，使一、二次風機運行功率增加約 111 kW。那么本次換裝冷渣器使鍋爐輔機運行功率降低了 354+8-111-20=231 kW，按統計期間機組平均負荷率 80%（108 MW）計算，廠用電率降低了 0.21%。

二、技改措施

1.對落后的儀表進行更新升級，將每臺冷渣器出口冷卻水電接點壓力表更換為測量精度高、性能可靠的壓力變送器，將壓力信號送至DCS系統，運行人員可在監控畫面上實時監視壓力大小變化，在冷卻水壓力信號超限時，可通過聲光報警信號提示運行人員注意，及時采取調整措施。由于原冷渣器冷卻水出水溫度保護二次表可靠性差，經常存在保護誤動、拒動現象，通過優化方案，將冷渣器冷卻水出水溫度信號直接送入DCS系統，減少中間環節，實現溫度信號的遠程顯示、報警及聯鎖保護功能。原冷渣器出、入口隔離門全為手動閥門。在每次冷渣器事故處理和檢修時，運行人員必須就地手動操作閥門，存在人身安全的風險，而且工作量大。為了提高冷渣器控制的自動化水平，降低人員勞動強度，在每一臺冷渣器入口的冷卻水管道上增加閥門電動裝置，保證在事故狀態下可靠地將故障的冷渣器進行系統隔離。在冷渣器冷卻水母管金屬軟管發生爆管時，冷卻水進、回水母管的壓力變化不大，運行人員無法及時、準確地判斷就地金屬軟管是否破裂，無法及時有效的處理異常情況。在進行技術論證后，在冷渣器入口冷卻水管道上加裝流量計，對冷卻水流量大小進行實時監控，同時，通過邏輯判斷，設置低流量保護措施，在事故狀態下，可靠地停止冷渣器運行。由于冷渣器入口冷卻水管道具有直管段較短、管道變徑等特點，積極引進新型V錐式流量計，V錐式流量計是一種差壓式流量計，它是通過節流取差壓來反映流量大小的裝置。V錐式流量計的測量原理與其他差壓式儀表相似，但結構不同，懸掛在管線中心的V型椎體具有獨特的整流功能。流體在節流元件的作用下，流場將經過“非穩定流—穩定流-橫流”的變化過程，在節流元件的上游部分達到差壓式流量計測量原理所需要的理想條件，從而本質上保證了測量的精度。同時，與V錐式流量計配套使用的是3051性高精度差壓變送器，改造后，每臺冷渣器入口冷卻水流量測量數據的準確，性能也非常穩定，運行人員可以在DCS畫面上實時監控冷卻水流量大小變化。根據運行規程和冷渣器廠家提供的技術資料，對冷渣器冷卻水流量設置低流量保護措施，在運行冷渣器冷卻水流量達到低保護定值時及時聯鎖停止冷渣器運行。某電廠完成冷渣器就地熱控儀表和控制裝置設備改造后，對冷渣器DCS控制方案進行了完善與優化，充分考慮冷渣器在斷水、堵渣等故障發生的各種情況，完善的控制邏輯。

總之，為了提高冷渣器的系統效率，在使用上要盡量和鍋爐本體以及電廠的熱力系統做到一體化設計，否則冷渣器只能作為降低熱污染和減輕出渣勞動強度的作用.甚至在極端情況下，流化床冷渣器的效率可能為負值，不僅不節能，反而消耗了更多的能量。

參考文獻：

[1]郝瑜.探討循環流化床鍋爐冷渣器控制策略改進與優化.2017.

[2]李武.淺談循環流化床鍋爐冷渣器控制策略改進與優化.2017.

（作者單位：新疆圣雄能源股份有限公司）