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）電力有限公司2×350 MW循環流化床超臨界凝氣發電機組運行中冷渣器出力不足的問題，并總結了改造措施和注意事項。

關鍵詞：循環流化床鍋爐;冷渣器;改造

0 引言

作為優秀的潔凈煤燃燒技術之一，循環流化床鍋爐憑借其多種優點在我國得到了廣泛應用及迅速發展。冷渣器作為循環流化床鍋爐排放底渣的冷卻設備，是工藝系統中的重要一環，直接影響整個機組的經濟性和運行安全性。

國粵（韶關）電力有限公司2×350 MW循環流化床超臨界凝氣發電機組，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，實際冷渣器設備的排渣出力不能滿足設計值（一臺爐相差30 t/h），機組無法提升到滿負荷狀態，威脅機組的安全穩定運行。

1 冷渣器特點對比

經過循環流化床鍋爐的長期實踐檢驗，目前我國電站循環流化床鍋爐中裝備和應用范圍較廣的冷渣器主要集中在水冷滾筒式和風水聯合流化床式兩種。部分生產廠家還引進過風冷式鋼帶冷渣器、氣墊床冷渣器等型式，也有廠家基于水冷滾筒式和風水聯合流化床式兩種冷渣器進行改進，形成了各類優化型產品，但都沒有得到廣泛應用。

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。其區別是前者在滾筒內壁上焊接設置了螺旋狀葉片，在葉片轉動過程中，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，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，灰渣在管內被移動，水在管外流動。進出渣裝置上一般設置負壓風，防止灰塵外冒，污染生產環境。

1.2? ? 風水聯合式冷渣器

風水聯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展，后來多種其他技術方案基本被廢棄，使用冷風流化、水冷冷卻的風水聯合式冷渣器得到保留。

風水聯合式冷渣器由箱式結構、進出渣口、進出風口、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。在進渣管上布置導向風帽，循環流化床大渣被風輸送進入各分級冷卻室，并被高壓風吹動形成流化狀態，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。當風管發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中小型機組中應用十分廣泛和成熟，后來也逐步在大容量機組（300 MW）中得到了驗證。而近年，循環流化床鍋爐進一步迅速大型化，不僅350 MW級別循環流化床鍋爐得到日漸廣泛的應用，高達600 MW級循環流化床鍋爐也已經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、廣東國粵韶關綜合利用發電（擴建）700 MW CFB示范性項目也在籌備之中。

風水聯合式冷渣器可以使循環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，也可以選擇在室內對未燃盡的顆粒繼續燃燒，并篩選出細灰和細石灰石顆粒，通過返料風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量解決。因此，部分工程又開始研究嘗試風水聯合式冷渣器在大型機組中的應用。

然而，風水聯合式冷渣器對來煤粒度要求比較嚴格，也就是對上游二次破碎設備要求很高。煤種變化大或煤的破碎粒度可能達不到要求，是限制風水聯合式冷渣器在大型循環流化床鍋爐中應用的主要原因。

1.4? ? 冷渣器對比表

下面將滾筒式冷渣器和風水聯合式冷渣器的主要特點進行對比，如表1所示。

2 本工程冷渣器的應用

通常選擇冷渣器型式是基于煤質灰分、破碎粒度、風量、鍋爐零米空間、成本等因素考慮。當灰分高、粒度大、用風量高時，宜優先選用滾筒式冷渣器。在中小型機組中，因為風水聯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水，已長期穩定運行并獲得一定運行經驗。受場地限制，如需增容，需拆除原有冷渣器，工程量大;同時考慮為后續工程（包括700 MW CFB擴建示范性項目）做進一步技術儲備和對比分析，故本次改造不再采用原滾筒式冷渣器，而是試驗性地增設一臺具有新型專利技術的30 t/h風水聯合式冷渣器，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 ℃，設定出渣溫度t2=150 ℃;凝結水進水溫度t3=36 ℃，設定出水溫度t4=95 ℃;高壓流化風進風溫度t5=50 ℃，出風入爐溫度t6=350 ℃。

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

根據熱平衡原理：

Q渣=Q水+Q風

即：

C渣P渣（t1-t2）=C水P水（t3-t4）+C風P風（t5-t6）

通過計算比較，即使忽略風的冷卻作用，即取Q風=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。