PDF《循环流化床锅炉冷渣器的性能比较与分析》

第27 卷第

5 期电站系统工程Vol.

27 No.5

2011 年9月Power System Engineering

13 文章编号:1005-006X(2011)05-0013-03 循环流化床锅炉冷渣器的性能比较与分析 山东大学 苏超孙奉仲 宫婷婷 摘要:由于风水联合冷渣器结焦、磨损等问题严重,已逐步被滚筒式冷渣器代替.对这两种冷渣器的技术特点和存在的问题进行了 较为深入的分析和探讨.在余热回收利用过程中,风水联合冷渣器相对于滚筒式冷渣器,拥有诸多优势. 关键词:循环流化床锅炉;

冷渣器;

风水联合冷渣器;

滚筒式冷渣器 中图分类号:TK47 文献标识码:B Comparison and Analysis of Ash Cooler used in CFB Boiler SU Chao, SUN Feng-zhong, GONG Ting-ting Abstract:Because there are many problems of fluidized bed ash cooler, it was replaced by rolling ash cooler then. The features and problems of these two types of ash cooler are analyzed. There are so many advantages of fluidized bed ash cooler that we should solve the problems and continue to use it. Key words: CFB boiler;

ash cooler;

fluidized bed ash cooler;

rolling ash cooler 近些年来, 循环流化床锅炉作为新一代高效清洁煤燃烧 技术,在我国得到了迅猛的发展[1] .但是,随着循环流化床 锅炉技术的不断推广,一系列问题也接踵而至.由于循环流 化床锅炉通常燃用煤矸石等高灰分、低热值燃料,再加上炉 内加钙脱硫过程,导致排渣量急剧增加,排渣物理显热随之 增大,并随着锅炉大型化的发展趋势进一步加剧.按照燃煤 的灰分数量计算, 灰渣所携带的物理显热可达燃料入炉热量 的1%~2%,因此,如何将炉渣携带的这部分高品位热量进 行有效回收显得至关重要.

1 冷渣器简介 冷渣器是保证循环流化床锅炉安全稳定运行的重要部 件,通过冷渣器将锅炉排渣的热量进行回收利用,冷渣器不 能正常工作常常是导致循环流化床锅炉减负荷运行甚至被 迫停炉的重要原因之一.在我国,引进的风水联合冷渣器最 早应用于循环流化床锅炉排渣的余热回收.另外,还有气垫 床冷渣器和射流床冷渣器等多种形式的冷渣器, 不过由于种 种原因,应用都相对较少.此后,又出现了一种全新形式的 冷渣器,即滚筒式冷渣器.它是一种拥有完全自主知识产权 的国产冷渣器,近几年在国内各大电厂陆续投运,得到了快 速推广, 目前已经基本全盘取代了国内原有的风水联合冷渣 器. 1.1 风水联合冷渣器 在我国,经过对国外风水联合冷渣器技术的消化吸收, 共形成

3 种形式的冷渣器,分别是 HG 型风水联合冷渣器、 SG 型风水联合冷渣器和 DG 型风水联合冷渣器.几种冷渣 器整体结构较为相似,其内部都分为 3~4 个小的仓室,热 渣依次通过各仓室并逐级冷却. 下面以 DG 型风水联合冷渣 器为例阐述其主要结构和运行原理. 如图

1 所示,DG 型风水联合冷渣器设有一个进渣口、 收稿日期:2011-04-14 苏超(1986-),男,硕士研究生.济南,250061 一个排渣口和两个出气口.其内共有

4 个小室,沿渣的走向 分别为选择室和第

一、

二、三冷却室,每个小室用分隔墙隔 开,在进入下一小室之前,渣粒绕墙流过.各小室分别有各 自独立的布风装置, 选择室和第一冷却室流化空气来自一次 风空预器后的热风,第

二、三冷却室引入一次风机出口的冷 风.经加热后的流化风携带部分细颗粒进入炉膛,作为二次 风助燃.第

一、二冷却室中布置有水冷管束,其回收的余热 返回锅炉或低加系统. 图1DG 型风水联合冷渣器结构示意图 1.2 滚筒式冷渣器 滚筒式冷渣器主要由我国一些中小型企业自主开发, 目 前在我国循环流化床锅炉上获得了大量应用. 滚筒式冷渣器 由传热滚筒、进渣装置、出渣装置、转动机构、冷却水系统 及控制装置等组成. 它由两个直径不等的内外钢筒套装在一 起, 并构成封闭的水环形空腔, 在内筒内壁焊接螺旋状叶片, 在螺旋叶片间密布纵向叶片.在滚筒的转动下,锅炉排渣在 螺旋叶片形成的沟槽内流动, 并沿滚筒轴线方向冷渣器出口 移动.

14 电站系统工程2011 年第

27 卷图2滚筒式冷渣器结构示意图

2 两种冷渣器的性能比较 2.1 风水联合冷渣器的性能优势 与滚筒式冷渣器相比,风水联合冷渣器具有许多优点, 主要表现在:单台出力大,可以实现选择性排渣,传热系数 高,布置方便,热风可直接进炉等[3,4] .以下详细分析风水 联合冷渣器较为显著的几点优势. (1) 回收热量的品位高 在水冷方面,风水联合冷渣器的冷却水可以采用给水, 使得其埋管受热面甚至可以成为省煤器的一部分, 从而作为 锅炉本身的一个部件,对整体热力系统没有影响.冷却水通 过换热,温度可以提升 50~60 ℃,从而达到

250 ℃左右的 省煤器进口水温. 即使有些风水联合冷渣器设计出水温度相 对较低,其出水温度比滚筒式冷渣器要高得多,一般都在

200 ℃以上. 这种情况下的冷渣器能部分代替较高级的低压 加热器,排挤汽轮机高压抽汽,提高汽轮机效率.滚筒式冷 渣器多采用钢板套筒水夹套结构,其承压能力较差,需要控 制冷却水压力不要太高,一般在 2.5 MPa 以下,其冷却水温 度提升在 20~30 ℃左右,出水温度多在 70~80 ℃之间. 因此不能将其冷却水系统作为省煤器的一部分, 而只能作为 最低级低压加热器的一部分来加热凝结水,这样一来,热渣 的高品位余热仅仅只能是代替了部分低压抽汽, 使其余热回 收利用率大打折扣. 另外,在风冷方面,风水联合冷渣器出口风温一般在 450~500 ℃之间,其热风直接进入炉膛,参与锅炉的燃烧 和换热,从而有效地回收利用了炉渣的高品位余热.滚筒式 冷渣器装有负压吸风装置,也具有一定的风冷作用.可是其 冷却风出口一般接于引风系统, 即电除尘入口处, 这样一来, 其吸收的热量就没有被加以利用,这部分约占 5%的热量就 被浪费了. (2) 传热系数大,体积小 风水联合冷渣器按照流态化原理设计及运行, 类似于鼓 泡床流化床锅炉中所采用的两相流技术[1] ,通过气固流态化 传热和气固混合物与受热面间传热达到冷渣的效果. 在风水 联合冷渣器中,热渣被送入后,流化风通过底部的布风板进 入. 当气流速度达到临界流化速度时, 渣粒即呈流体的状态, 气速再增大,煤粒床层中会产生大量鼓包现象,床层出现由 含颗粒稀少的气泡相和含颗粒众多的乳化相组成的两相状 态,这时炉膛内的传热传质过程显著强化,传热系数可达 100~250 W/(m2 ・K).因此,整个冷渣器的体积也较小,布 置相对更加灵活.而滚筒式冷渣器由于其传热效率相对较 低,体积庞大,在锅炉以下零米平台上较难布置,在应用滚 筒式冷渣器时不得不占用锅炉房检修通道和消防通道. (3) 返回细小颗粒 风水联合冷渣器不仅在节能方面有着突出的优势, 对锅 炉的正常运行及其负荷调节也有较大的帮助. 我国正在运行 的循环流化床锅炉中,许多都不能满负荷运行,部分原因就 是循环灰量太少, 有些电厂采用打入细沙或已燃过的煤灰等 办法来解决,这无形中增加了锅炉的运行成本.而风水联合 冷渣器可以将灰渣中的细灰重新送入炉膛, 参加锅炉的灰循 环,较好地解决了锅炉循环灰量不足的问题,维持了炉内粗 细料的平衡, 保证炉膛差压稳定. 以国内某

135 MW 循环流 化床锅炉机组为例[2] , 在机组带负荷初期, 因为启动时间长, 投煤量较少,循环灰量少,大量细颗粒被烟气带走,炉膛差 压偏小,炉内粗细灰量的平衡关系难以正常建立.当保持风 量为额定值时,启动初期的炉膛差压一般为 80~100 Pa 之间, 在保证床温正常的前提下,只能带 70~80 MW 负荷, 而且此时的流化风量己接近带额定值.这种情况下,如果选 用滚筒冷渣器排渣,一般须经过一星期左右的时间, 炉膛差 压才能升至 700~800 Pa;

若采用选择性冷渣器排渣的运行 方式, 一般经 2~3 天炉膛差压即可升到

900 Pa 左右. 因此, 使用风水联合冷渣器可以在保证床温正常的前提下, 提高机 组带负荷的能力. 另外,在风水联合冷渣器返回锅炉的细料中,含有大量 未燃尽颗粒和未反应的钙颗粒, 在送回炉膛后可以继续参与 燃烧和脱硫过程,既提高了煤的燃尽程度,降低了不完全燃 烧热损失, 还促进了炉内脱硫过程, 进一步实现了节能减排. 2.2 滚筒式冷渣器的性能优势 相对于风水联合冷渣器, 滚筒式冷渣器也有其自己的优 势,它具有结构简单,安装方便,易操作;

对底渣粒度要求 不严,可靠性高设备造价低,运行电耗低等优点.其中最突 出的就是较高的运行可靠性和低电耗的特点. (1) 运行可靠性高 滚筒式冷渣器对渣适应性很强, 对底渣粒度基本没有特 殊要求,并且随着滚筒转动速度的变化,可以快速调整冷渣 器的出力,出力是滚筒转速的线性函数.这样,滚筒转,热 渣流进;

滚筒停,热渣停流;

快转快进,慢转慢进.因此, 滚筒式成为保证锅炉连续稳定运行的优良底渣处理系统. 同 时又由于风水联合冷渣器运行中存在的问题一直没有得到 较好解决,使得滚筒式冷渣在国内各大电厂得到迅速推广. (2) 电耗低 以国内某

135 MW 循环流化床锅炉机组为例[2] ,其节能 效果明显. 改造时拆除了两台用于风水联合冷渣器的流化风 机,正常运行时平均电流在

46 A 左右,功率约

354 kW,同 时另有两台运行功率约

8 kW 的埋刮板输渣机一并拆除.换 装两台滚筒式冷渣器之后........