【摘要】本文分析了商丘市神火佛光铝业有限公司发电二厂东锅440T/hCFB锅炉风水冷选择性排灰冷渣器在运行中存在的问题、并简要介绍了改造过程及其改造后的运行情况，论述CFB锅炉选用灵式滚筒式冷渣机的可靠性、技术经济性。循环流化床锅炉以燃烧劣质煤为主，由于燃煤的发热量低，灰分高，排放灰渣量大、温度高，其灰渣物理热较高。结合国内CFB机组的运行状况，提出了综合处理和高效利用灰渣及灰渣余热的系统设计方式，既提高机组效率，又保护环境和充分利用资源。对在建CFB锅炉机组热力系统及冷渣系统的设计和辅机选型有不同的指导，对投运的CFB锅炉冷渣系统改造提供技术支持，以及新型冷渣机的开发方向、关键部件的研究开发都有不同的指导作用。

【关键词】循环流化床锅炉风水冷选择性排灰冷渣器滚筒冷渣机厂用电率
　

0引言河南神火集团商丘市佛光铝业有限公司发电二厂（原河南神火集团铝电工程建设指挥部神火示范电站，以下简称：神火佛光电厂）#1机组采用了东锅440T/h超高压一次中间再热循环流化床锅炉，型号为DG440/13.7-Ⅱ2。自2004年10月25日投产以来，由于风水冷选择性排灰冷渣器在运行中出现了一系列问题，使主机安全经济运行受到限制。且风水冷选择性冷渣器用高压头罗茨风机提供风源致使设备磨损严重，不仅厂用电率较高，且设备可利用小时数低，定期检修及日常维护成本高。神火佛光电厂在对各式冷渣设备调研的基础上，决定选用当时运行较安全可靠、经济的灵式滚筒冷渣机，替代锅炉厂原配套的风水选择性排灰冷渣器。技改项目于2005年6月21日停机小修期间组织实施并完成，2006年3月20日停机大修期间又对进渣口采用不锈钢多波纹膨胀节封闭密封改造。一年多的运行情况表明，使用效果达到了设计目的：运行操作简单可靠、维护工作大大减小，现场环境卫生状况大大改善；至3月20日计划大修停机，锅炉连续运行了174天，没有受冷渣器的困扰，厂用电率下降了0.18；今年4月20日大修结束，一直连续运行，目前设备状况良好，截止9月24日又安全运行157天，突破200天或长周期运行成为可能。此项技术改造使CFB炉长期、安全、稳定运行得到了有力保障。1东锅配套风水冷选择性排灰冷渣器使用情况1.1风水冷选择性排灰冷渣器简介在炉膛的两侧墙，各布置一台非机械式选择性排灰冷渣器。渣从水冷壁侧墙高于床面约200mm处的排渣口排出。在每个进渣管上布置有定向排渣风管，保证渣从炉膛至冷渣器顺利输送，风管内的送风由回料阀高压流化（萝茨）风机提供，以压缩空气作防堵吹扫气源。冷渣器为四分仓结构，中间用带有底部连通通道的分隔墙隔开，各自配有独立的Г型定向风帽及风室布风装置,形成四个流化床，一室为选择室，作事故时排放大块渣，二、三室布置有蛇形水冷管束，四室确保排渣温度≤150℃。冷渣器单独配有两台高压罗茨鼓风机，其额定功率为500KW，一运一备。

炉膛排渣靠排渣风管内送风控制，通过调整风量大小控制冷渣器进渣量，冷渣器出口设有旋转排渣阀，控制排渣量，保持炉膛床压和冷渣器床压稳定。热渣进入冷渣器，经选择室初冷后，在冷渣器内沿一个半∽形流程冷却（如图示），在冷渣流化风的作用下一直处于流化状态，冷却室排气携带部分细颗粒在隔墙顶部中间排出，作为二次风从炉膛侧墙返回炉膛，大部分灰渣从四室底部的旋转排渣阀排出，经埋刮板输渣机和链斗机送往渣仓。

1.1风水冷选择性排灰冷渣器存在的问题由于我国电站锅炉燃“百家煤”的现状，实际入炉煤粒度很难满足设计要求。神火佛光电厂设计燃料粒度为0-9mm，平均粒度1.8mm。实际进炉煤粒径9mm以上的占10-20，且多是硬度较大的煤矸石或石块。当渣粒度较小或渣量较少时，排渣基本没问题；一旦渣粒大，将造成流化不良。锅炉运行过程中当大量排渣时，造成一室流化不良而堵塞，由于灰渣中含有未燃尽碳粒子，灰渣堆积后造成再燃，致使一室灰渣温度升高产生结焦现象，结果导致冷渣器无法正常运行，只能从一室下部事故排渣管捅渣，造成现场环境污染。归纳主要存在以下问题：1)进渣管高压排渣冷风频繁作用下，造成排渣口处浇注料脱落或严重磨损，致使水冷壁磨损而发生爆管现象（发生1次，停机处理）。2)由于风机容量及系统设计限制，冷渣器的调节性能比较差，处理大块的能力明显不足，导致堵渣、灰渣复燃结焦现象。值班员花费大量精力、时间对冷渣器进行调整、捅渣。3)风帽磨损严重，导致定向风帽发挥不了定向作用，局部造成死区，导致结焦现象。4)冷渣器内部耐火耐磨材料脱落，影响炉渣的流化、排渣。5)床内水冷管束会因磨损产生泄漏。6)冷渣用风量大、风压高，占用厂用电率高。7)对煤质及制煤系统可靠性要求高。8)运行操作量大，监盘任务重；维修维护工作量大，费用高。2灵式滚筒冷渣机选型和冷渣系统设计与系统安全经济性分析2.1冷渣机的工作原理及结构特点LGT型系列灵式滚筒冷渣机是适应循环流化床锅炉向大容量方向发展的要求而设计开发的第三代产品。它由百叶式传热滚筒、进渣装置、出渣装置、转动机构、旋转接头、防窜装置、冷却水系统、电控装置、基础构架等组成。在工作时由变频器调速，通过减速机驱动链条带动滚筒低速转动，冷渣器内筒壁上焊接有一条沿轴向螺旋形导向叶轮和沿叶轮相领间隔布置的45度径向倾斜叶片，整个叶轮型线由数个形状一样的小叶片组成，各相领叶片间留有热膨胀间隙，构成很多个具有携带功能的换热单元，炉渣从马蹄形弯管进入冷渣器内筒，在径向倾斜叶片的携带作用下运转至滚筒顶部然后落下，且在螺旋形导向叶片的作用下被缓慢带往出渣口，经埋刮板输渣机和链斗机送往渣仓，或直接由车接拉走；冷却水由旋转水接头内套筒进水、水冷筒体及筒体外部回水管、回水集中管、旋转水接头内外套间回水，与灰渣逆向流动，将灰渣物理热带走，回水可回收利用；在进、出渣装置上安装有负压吸尘管，接至电除尘器入口烟道，利用引风机产生的负压防止滚筒内灰尘外冒污染环境，并具有一定的风冷作用，至此，完成冷渣换热全过程。水源可取自工业水、化学除盐水、软化水或凝结水。LGT型冷渣机结构特点：1)进渣管通径大而不易堵塞，对灰渣粒度变化不敏感；2)增加了叶片的密度和叶高，延长滚筒长度，传热效率高，水量满足，保证额定出力时排渣温度在150℃以下；3)进渣口采用齿形密封和反螺旋防漏技术，密封效果好，使用寿命长；4)进出渣口密封处均设计有负压吸尘装置，有效防止灰尘外冒，且兼具风冷作用；5)进、出水管集中一体的灵式旋转水接头（类似双水内冷发电机的转子内冷水旋转接头），密封简单，效果好，不漏水，检修维护方便，费用低；6)冷却水分散回水管布置在筒外，防止因水管磨损而造成泄漏，滚筒安全可靠，便于维修；7)滚筒水平调节装置简单，支撑圈和支撑轮长期磨损，滚筒下降，可方便的调节滚筒高度，延长支撑轮和支撑圈的使用寿命，且支撑圈与筒体是螺栓连接，支撑圈、支撑轮易于更换；8)正常运行时，进渣管路没有任何控制部件，排渣量利用转速控制，与冷渣机转速在出力范围内成线性对应关系，利用变频调速实现出力自动跟踪锅炉渣量，易于实现床压自动控制。9)有冷却水超温报警、断水停车（并报警）、超压泄放等安全保护。10)“以人为本”的设计思想，滚筒内径考虑检修工作人员的空间需要，直径在1500mm，便于内部检修；2.2冷渣机的选型及系统设计2.2.1神火佛光电厂440T/hCFB炉燃用无烟煤，其煤的资料如下：名称符号单位数值设计煤种校核煤种收到基碳Car53.9534.04收到基氢Har2.511.86收到基氧Oar4.134.97收到基氮Nar0.590.53收到基硫St.ar0.420.46收到基灰分Aar32.7549.72收到基水分Mar5.658.42干燥无灰基挥发分Vdar9.310.05低位发热量Qnet.v.arMJ/kg20410.712391小时耗煤量t/ht/h66.528109.598小时渣量t/ht/h13.0437.65小时灰量t/ht/h9.216.29备注：1、锅炉机械未完全燃烧热损失:q4=3.0；2、灰渣比:设计煤种灰:渣=41.5:58.5；校核煤种灰:渣=30.3:69.7；2.2.2除渣系统出力计算:根据GTL型冷渣机的工作特性考虑，按校核煤种时锅炉MCR下排渣量的120,除渣系统出力45.18t/h。2.2.3参考锅炉设计规范和安装现场位置，确定冷渣机设计选型计算原则：l正常运行时，二台同时运行或一运一备，故障检修时单台运行可满足锅炉出全力。l按校核煤种下锅炉MCR时排渣量的120计算,除渣系统出力45.18t/h。2.2.4确定冷渣机的设计出力，单台出力45.18t/h。2.2.5灵式冷渣机选型，由于20t/h灵式滚筒冷渣机为当时最大出力产品，要保证冷渣设备的安全出力，需设计为二运一备运行方式，单台出力20t/h。由于现场安装位置的限制，锅炉左右侧只能各布置一台冷渣机，只能降低最大出力时的安全系数，选择灵式LGT150-20×8500型冷渣机，其技术参数为：筒体长度8500mm，内筒直经150cm，内外筒水流通道间隙20mm，出力20t/h，物料进口温度≤1000℃，物料出口温度≤150℃，筒体转速0.5～9r/min，冷却水入口温度45℃，冷却水出口温度：≤85℃，电机功率18KW/h。当燃用设计煤种时，系统完全满足设计要求。单台运行，一台检修时，燃用校核煤种，锅炉50MCR下仍可不投油安全稳定运行，这本是CFB锅炉的优点之一，冷渣机本身事故率低、抢修时间短，系统仍是安全经济的。2.2.6冷渣机冷却水水质选择及其系统设计2.2.6.1冷却水量计算及水压要求每吨渣冷却水量W随进出渣温差（T1－T2）、进出水温差（t2－t1）变化而相应增减。可按如下公式计算：W＝0.24（T1－T2）÷（t2－t1），单位m³水/t渣。进水压力根据用户需求定，冷渣器进水量100t/h时，水阻0.05Mpa。2.2.6.2水质选择及系统设计优缺点比较的几个方面　l用水量l出水温度l灰渣物理热利用量l系统引接方式l系统辅助设备复杂度及成本l系统可靠性l系统运行维护成本　2.2.6.3采用工业水及系统工业水水质差，若采用循环水，则应控制出水温度小于60度，出水温度较高时，需定期除垢，检修维护工作量大，维护成本高，灰渣物理热不能利用。系统水源选作汽机循环水，水量按5m3水/t渣，需水量在65t-180t，从汽机侧循环进回水母管引接即可。2.2.6.4采用软化水及系统软化水水质好，允许出水温度高达90℃，一般不需要除垢，可长期运行。软化水需经水处理，运行成本较高，由于软化水水质不符合汽机补水要求，故灰渣物理热不能利用。水量按3m3水/t渣，需水量在38t-100t，系统需从化水软水箱经水泵引接，回水若循环利用，需另加工业冷却水系统。2.2.6.5采用除盐水及系统除盐水水质比较好，允许出水温度高达90℃，不需要除垢，可长期运行。除盐水需经水处理，运行成本较高，由于除盐水水质符合汽机补水要求，故灰渣物理热可部分利用。水量按3m3水/t渣，需水量在38t-100t，除盐水补水泵容量不足，系统需从化水除盐水箱经水泵引接，回水补入除氧器，由于补水点选在除氧器，利用的热量部分被消减，且该水量远大于锅炉补水率，多余水若循环利用，需另加工业冷却水系统。2.2.6.6采用凝结水及系统凝结水水质很好，允许出水温度高达90℃，不需要除垢，可长期运行，凝结水从轴封加热器后通过冷却水泵升压后进入冷渣器冷却灰渣，加热后的凝结水回到七号低压加热器凝结水出口母管，进入汽水循环系统，故灰渣物理热可全部利用。但进水温度高，吸热温差降低。水量按3.5m3水/t渣，需水量在43t-128t。由于改变了汽机的回热系统设计，利用的热量部分被消减，但消减率很低。经全面分析比较，采用凝结水引入的系统方式综合安全经济性最优。系统只需二台100容量的泵并联，一运一备。不仅使系统简单化，也减少了不必要的设备投资。经过热计算后，此种方案在技术上是可行的。冷渣器起到了一个加热器的作用，灰渣物理热被充分利用，降低了机组的热耗，提高了机组的运行经济性。按设计煤种计算，冷渣机所用凝结水流量为43t/h，则凝结水每小时回热热量为：q=（85-45）×43000=40×43000=1720000KJ/h以一台机组每年平均等效运行小时7500小时计算，因采用凝结水作冷却介质而节约标准煤为：M=1720000×7500÷29310=440122Kg=440t若燃用校核煤种，年节约标准煤1320t。综合以上计算结果，采用凝结水作冷却介质的系统设计方式，一台机组每年至少可以节约资金20-65万元，给电厂带来较好的经济效益。2.2.7锅炉一、二次风机出力校核改造前必须充分考虑除去冷渣流化风风源对总送风量及一、二次风量配比的影响，炉内流化风量对床温、流化、换热的影响，并经校核；一、二次风机出力校核。锅炉用风机为成都风机厂生产的高压离心通风机，一次风机型号：G5-29-11N25D，二次风机型号：G5-29-11N21D。风量调节靠风机入口的风门挡板控制。改造前，额定负荷时各计算风量与运行参数如表：项目单位设计计算风量运行风量风门实际开度总功率一次风Nm³/h245.7×10³260×10³332450KW/h二次风Nm³/h168.51×10³84×10³421058KW/h冷渣流化风Nm³/h31.39×10³30×10³一运一备354KW/hJ阀回料风Nm³/h4.94×10³4.5×10³二运一备132KW/h总送风Nm³/h430.54×10³378.5×10³备注：播煤风及给煤密封风均取自一次风冷渣风机拆除，冷渣风风量应有一、二次风机提供，考虑冷渣流化风的作用等同于二次风作用，该风量主要应有二次风机提供，一次风机仅作细调。根据二次风机设计及运行参数，经校核，二次风机完全可满足锅炉二次风总风量的需要。二次风总风量增加，提高了二次风速，二次风的穿透力增强，有利于物料混合，炉膛温度场均匀。3灵式滚筒冷渣机的改造过程简述有关技改系统的设计工作由厂家及佛光电厂专业人员共同设计，于5月底完成，经电厂各级部门审核。技改项目于2005年6月21日停机小修期间组织实施，工期14天。由于工期紧，改造任务重，前期准备工作必须提前完成，如冷渣器基础制作及两台冷渣流化风机和播煤风机拆除、基础平整，在停机前完成，并经验收交付安装。原冷渣器拆除占了工期的60，必须给予重视，冷渣机安装必须给后期调试留足1天半时间，否则，工期没有保证。整个项目结束于2005年7月4日机组投运止。此次设计，冷渣机基础台板布置在2.25米高度，炉膛出渣口进渣管设计保留原出渣25^o44＂的倾角，出渣口采用裤叉形布置。一个分支直接到刮板输渣机，经链斗输渣机到渣仓，由汽车运输至砖厂或填矿区塌陷区；另一分支作备用，在刮板输渣机故障停机时，保证冷渣机运行不受影响，灰渣直接进入普通三轮车车箱，装满拉到制砖厂或填矿区塌陷区，避免先放渣到地上，再清渣装车。考虑出渣口水冷壁管束防磨要求，炉膛与冷渣管的三维膨胀需要，出渣管与炉膛接口焊接处在运行中不能受外应力作用，防止应力爆管发生，故保留了原风水冷渣器的第一道膨胀节，有力保证了系统的安全。考虑可能发生冷渣机故障或进渣管堵渣情况，出渣管设计了旁路危急排渣通道，直接排至锅炉零米的排渣池内，保证系统的安全。考虑可能发生出渣流化不良或进渣管微堵情况，降低冷渣机的出力，出渣管保留了三路原风水冷渣器的输渣风，运行中发生出渣不畅时，可通过风力输送，降低运行人员的工作量。冷渣机的启停、水量调节，水温信号、水泵运行状态监视与调节直接进入DCS。操作员可远方操作，也可就地操作。2006年3月20日至4月20日停机大修期间对冷渣机进渣口采用不锈钢多波纹膨胀节封闭密封改造，现场环境卫生状况基本得到彻底改善。4灵式滚筒冷渣机使用情况及存在问题4.1灵式滚筒冷渣机使用情况冷渣机投运后，首先解决了锅炉排渣困难的问题，没有发生冷渣器内结焦、堵塞等现象。冷渣机运行状况良好，采用凝结水，冷渣器入口温度48.5℃，出口温度设定上限85℃，实际运行维持在65℃左右，排渣温度70℃以下，可直接用手抓。#1CFB炉改造完毕投入运行后，燃烧工况发生了变化：一、二次风量增大致使一、二次热风温度降低约10^oC；排烟温度略有降低，约5^oC；从排渣颜色观察，渣含碳量有所降低，没有实测。改造后，额定负荷时各风机运行参数如表：项目单位设计计算风量运行风量风门实际开度总功率一次风Nm³/h245.7×10³269.5×10³402483KW/h二次风Nm³/h168.51×10³93×10³591128KW/hJ阀回料风Nm³/h4.94×10³4.5×10³二运一备132KW/h总送风Nm³/h430.54×10³367×10³备注：播煤风及给煤密封风均取自一次风通过改造前后主要辅机运行参数比较，节能效果比较明显，本次改造使锅炉辅机运行功率降低了（冷渣机运行功率9KW*2）251-18=233kW,按135MW负荷计算，厂用电率降低了0.18。冷渣机改造后，大大消减了燃煤煤质及制煤系统的影响和制约。可采用低价值的混煤作燃料，降低发电成本，估计仅此一项，每年可节约成本上千万元。4.2灵式滚筒冷渣机需完善之处经使用验证，灵式滚筒冷渣机具有很多优点，但在神火佛光电厂一年多的运行中发现有以下几点需改善。1)锅炉排渣口至冷渣机入口铸不锈钢管段在高温下的磨损性，提高其使用寿命问题；或准确预测其使用寿命，确定更换计划的适时性。2)锅炉排渣口至冷渣机入口进渣管安装角度及其结构设计（材质、弯曲半径、直径等）需优化，保证渣的流动性良好，使冷渣机的出力不受该段管路阻力的制约。3)出渣口灰渣落下时与水冷管相撞，造成出渣口处管子加速磨损，发生泄漏现象，可考虑改变出渣口处叶片安装角度或水冷管避开落渣点、错位布置或作防磨处理；4)针对不同的炉型，充分计算三维膨胀问题，合理选择现有技术手段、优化处理。5)筒体无保温措施，凝结水吸热量通过筒体散热造成二次热损失。6)细颗粒灰渣，不能返回炉膛参与循环，对可磨性低的煤，细料分布成份要求多，增加制煤控制难度。5结论两年多的运行情况表明，CFB锅炉配套的风水联合冷渣器在运行中存在着很多问题，影响了锅炉的安全稳定运行。采用滚筒冷渣机解决了主机受制于辅机的瓶颈问题和煤质受限问题，使机组运行的安全经济稳定性明显提高了一个档次。佛光电厂此项改造取得了良好的经济效益，改造是非常成功的。参考资料：[1]　岑可法等.循环流化床锅炉原理设计及运行.北京：中国电力出版社，1998.[2]　全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网技术交流资料汇编《一》《二》《三》《四》，北京：中国电力企业联合会科技服务中心，2003.[3]　阎维平，洁净煤发电技术，北京：中国电力出版社，2002.[4]　刘德昌，流化床燃烧技术的工业应用．北京：水利电力出版社，1998.[5]　440t/h超高压再热CFB锅炉说明书，东方锅炉股份有限公司，2000.[6]　N135-13.24/535/535型135MW中间再热凝汽式汽轮机产品说明书及热力性能数据，上海汽轮机有限公司，2002.[7]　车长源，锅炉风机节能技术，北京：中国电力出版社，1999.作者：孙庆生作者单位：商丘市神火佛光铝业有限公司发电二厂单位地址：河南省永城市高庄镇神火佛光铝业公司发电二厂邮编：476600Email地址：ftmc@163.com作者简介：孙庆生（1979-），男，河南南阳人，助理工程师，从事发电企业CFB机组的建设、生产技术管理与设备技术改造工作。