480t／h循环流化床锅炉风水联合冷渣器运行问题分析及改造.pdf

第 4 3卷第 2 期 2 0 1 2年 3月 锅 炉 技 术 B0I LER TECH NOLOGY Vo 1 ． 4 3．NO ． 2 M a r ．。2 01 2 【 运行 与 改造】 4 8 0 t ／ h循环流化床锅炉风水联合冷渣器运行 问题分析及改造 陈金利 平顶 山瑞平 电厂 ，河南 平顶 山 4 6 7 5 3 5 摘要 风水 联合冷渣器的事故经常导致 机组降 负荷甚 至停运 ， 给电 厂造成很 大 的经 济损失 。结合瑞 平电 厂的实际情况 ， 针对 冷渣器运行 中出现 的具 体问题 ， 进 行 了理 论分 析和热 力计算 。对 冷渣器 本体 结构和 进渣 管等关键部件提 出了具体 改造 措施 。通过设备改造和调整 ， 冷渣器运行效果 良好 ， 可靠性大大提 高。 关键词 循环 流化 床锅炉 ；风水冷却冷渣器 ；运行 问题 ；改造 中图分类号 TK 2 2 9 ． 6 6 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 2 0 2 0 0 5 9 0 4 0 前 言 冷渣器是循环流化床锅炉 的主要辅助设备 ， 其作用是将锅炉排 出热渣的热量 回收 ， 并且将未 燃 尽 的细 小颗粒 重 新 吹入 炉 内再 次 燃烧 ， 从 而 提 高锅炉的燃烧 效率和热效率 。依据冷却介质 分 类 ， 目前的循环流化床锅炉冷渣器主要有单纯水 冷 式 、 单 纯 风冷 式 和风 水 联合 冷 却 3种 。风 水联 合冷却冷渣器采用凝结水和冷风作为冷却介质 ， 冷却效果好 、 结构紧凑 、 热 量 回收利用 率高。平 顶 山瑞 平 电厂 采用 某厂 生产 的 4 8 0 t ／ h循 环 流 化 床锅炉 ， 配风水联合冷渣器。2 0 0 7年 1月投运以 来 ， 出 现 与 炉膛 连 接 部 位 的 水 冷 壁 磨 损 、 进 渣 管 和冷 渣 器 连 接 部 位 撕 裂 ， 进 渣 管 水 冷 套 泄 漏 、 冷 渣 器 内浇 筑 料 容 易 脱 落 以及 侧 墙 和 顶 板 漏 灰 严 重等问题 ， 这些问题严重制约了风水联合冷却冷 渣 器在 循 环流化 床 锅 炉 的应 用 ， 目前 国 内很 多 电 厂都在 针 对循 环 流 化 床 锅 炉冷 渣 器 进 行 研 究 攻 关 ， 瑞平 电厂经 过科 学 的分 析后 对 风 水 联合 冷却 冷渣器进行 了重新设计 ， 经现场实际应用 ， 有效 的解决 了以上 问题 。 1 冷渣器概况 瑞 平 电厂 的锅 炉为某 厂 生产 的 4 8 0 t ／ h循 环 流 化床 锅炉 ， 每 台锅 炉 炉膛 两 侧 各 对 称 布置 2台 风水联合冷却冷渣器 ， 冷渣器分为 4个风室 、 3个 冷却仓室。每个小仓用耐火砖砌的分 隔墙隔开 ， 3个 冷却 室 内均 布 置 有 用 凝 结 水 冷 却 的水 冷 管 束 ， 冷却水取 自6号低温加热器进 口前凝结水和 热 渣换 热后 再 回到汽 轮 机 6号低 温 加 热 器 出 口。 冷渣器单独配有冷渣流化风机， 冷却风设计压头 为 3 5 k P a ， 3个 仓 的流 化 空气 都 来 自冷 渣 风机 出 口的 冷 风 ； 排 气 从 炉 膛 侧 墙 返 回炉 膛 作 为 二 次 风 ， 运行 中通 过调 节 冷 渣器 旋 转 进 渣 阀来 控 制 冷 渣器进渣量 ， 当渣温被冷却至 1 5 0℃左右时 由刮 板输 渣 机送 入渣仓 。其 主要设 计参 数见 表 1 。 表 1 冷渣 器原 有设 计参 数 项 目 排 渣 量 ／ t h 进渣温度／ ℃ 排渣温度／ ℃ 冷 却水 量／ t h 。 冷却 水进水温度／ C 冷渣风压力／ k P a 冷却 风量 ／ Nm。 h 冷风温度／ ℃ 回风温度／ ℃ 冷却 水回水温度／ ℃ 改造 前 冷渣 器示 意 图 4 4 1 一高温床 ； 2 一中温床 ； 3 一低温床 ； 4 一回风管 ； 5 一排渣管 ； 6 一进渣管 ； 7 一旋转阀 ； 8 一进水集箱 ； 9 一冷却水管 ； 1 0 一风室 图 1 改造前冷渣器示意 图 收稿 日期 2 0 1 0一O 32 4 作 者简 介 陈金利 1 9 7 6一 ， 男 ， 主要从事循 环流化 床锅 炉运行 管理工作。 一 ∞ ∞ 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 锅 炉 技术 第 4 3卷 在实 际 运 行 过程 中存 在 的 问题 主要 有 1 排渣量小 ， 排渣温度高， 经常在 2 5 0℃左右运行， 达不到设计值 1 5 0℃， 导致输渣设 备故障频繁； 2 进渣管膨胀节变形 、 进渣管与冷渣器连接部 位 钢板频 繁撕 裂 ， 漏 渣严 重 并 且污 染 环境 ； 3 进 渣 管水冷 频 繁 泄 漏 ； 4 冷 渣 器 出风 和 炉 膛 连 接 部位 运行 一段 时 间后 浇注 料 容 易脱 落 ， 导 致锅 炉 水 冷壁管 磨 损 爆 管 ； 5 冷 渣 器 内部 浇 注 料 容 易 脱落， 浇注料脱落部位钢板容易烧坏 、 冷渣器侧 墙水冷管束穿墙部位漏灰严重； 6 进渣旋转 阀 减速机频繁故障。 2 原 因分 析及 热力计算 2． 1原 因分 析及讨 论 瑞 平 电 厂 设 计 煤 种 低 位 发 热 量 为 1 3 0 2 0 k J ／ k g ， 每小 时 约 需 燃 煤 量 为 1 1 0 t ， 收 到基 灰 分 约为 5 2 ， 按 照 灰 渣 比为 4 6 计 算 ， 则 每 小 时 排 渣 量为 3 4 ． 3 2 t 。由于瑞 平 电厂 为煤 矸 石 综 合 利 用 电厂 ， 在 实际运 行 过程 燃 煤 低位 发 热量 通 常 为 1 0 5 0 0 k J ／ k g 左右 ， 机组满负荷运行 时每小时需 燃 煤 1 4 0 t ， 收 到基 灰分约 为 5 8 ， 锅炉 每小 时 排 渣量约为 4 8 ． 7 2 t 。由此可见实际排渣量 比设计 值 每小 时增 加 了 1 4 ． 5 t ， 冷渣器 经 常超负 荷运 行 ， 导致排渣温度过高， 实际排渣量偏离设计值 。 2． 2冷 渣 器膨胀 问题 循 环 流化床 锅 炉水 冷 壁 为悬 吊布置 ， 运行 时 整体 向下 、 向冷渣器方 向膨胀 ， 而冷渣器为支撑 布置 ， 运 行 时整 体 向上 、 向锅炉 方 向膨 胀 ， 尽管 在 进渣 管 上 有 膨 胀 节 ， 也 只能 将 上 、 下 方 向 的热 膨 胀部 分 吸收 ， 无 法 吸 收左 右 方 向 的热 膨 胀 ， 而 冷 渣器 的进 渣 管 和 冷 渣 器 的 连 接 采 用 的是 焊 接 连 接 ， 因此进 渣管 直接 和 冷 渣器 刚 性 连接 的结果 就 是导 致进 渣管 和冷 渣 器连 接 部位 经 常 撕裂 ， 并 且 造成 进 渣 管 膨 胀 节 变 形 ， 现 场 漏 渣 漏 灰 ， 不 仅 污 染 了环境 而且 影 响了安 全运 行 。 2 ． 3 进渣 管 热应 力 锅炉 负荷 处于 动 态变 化 过 程 中 ， 锅 炉 的 排渣 量 和排渣 温度 也是 一 个 动态 的变化 过 程 ， 冷 渣器 的进渣 管 经 常 要 承 受 这 种 交 变 的热 应 力 。而原 来的进渣管采用在进渣管外加水冷套管 的方法 进行冷却， 冷却水的温度大约在 4 0℃左右， 而管 内的渣温高达 9 0 0℃左右 ， 在这种交变应力和巨 大的传热温差 的作用下水冷套 特别容 易产生裂 缝 ， 从而 导致 泄漏 。 2 ． 4 冷渣 风机 风压 由于冷渣 风机 为 高压 罗 茨风 机 ， 出 口压 头 高 达 3 5 k P a ， 冷却风返 回炉内时携带着大量 的细颗 粒物料 ， 这些物料对炉膛接入部位的浇注料进行 冲刷， 浇注料脱落后水冷壁管很快就被磨损 ， 从 而 导致爆 管 。 2 ． 5 冷 渣器 绝热 外壳 冷 渣器外 壳 由钢 板 和 内衬 浇注 料 构 成 ， 无冷 却介质 。水冷管束穿过侧墙 卧式布置在冷渣 器 小床的上方 ， 运行时随着进渣量 以及进渣温度不 断变 化 ， 冷 渣 器 内部 浇 注 料 的 内外 壁 温 差 大 ， 热 应 力作 用 较 强 。一 段 时 间后 冷 渣 器 的 浇 注 料 很 容易脱落， 热渣直接对外壳钢板进行 冲刷， 造成 漏风漏灰 。此外水冷 管束穿 过冷渣 器侧墙存在 密封 问题 ， 由 于冷 渣 器 内部 风 压 较 高 ， 运 行 一 段 时 间后 密封 很容 易被 破 坏 ， 导 致 烟灰 顺 着管 束 向 外泄漏 。 2 。 6 旋转 进渣 阀 旋转进渣阀的工作环境非常恶劣， 锅炉排渣 温度 大约 在 9 0 0℃ 左 右 并 且 冷 渣 器 漏 出 的细 灰 很容易进入旋转阀的减速机轴承 内， 导致减速机 卡 涩 ， 因此减速 机 的润 滑 问题 和 密封 问题 不 容易 解决 。 2 ． 7 热 力计算 假 设 锅 炉排 出 的热 渣从 9 0 0℃ 降 至 1 5 0℃ 需要放出的热量为 Q， 冷渣器的冷却风吸收的热 量为 Q ， 冷 渣器 的冷 却 水 吸 收 的热 量 为 Q ， 则 有 Q Q Q。 1 实际 运 行 过 程 中 锅 炉 每 小 时 排 渣 量 为 4 8 ． 7 2 t ， 如果锅炉 4台冷渣器运行方式按照 3台 运行 ， 1台备用 考虑 ， 则 每台冷渣器 的排渣量 为 1 6 ． 2 4 t 。贝 0 Q Q Mh C h T1 一 T2 2 冷渣器冷却风的温度从 0℃提高 到 4 5 0℃ 可 以吸收 的热量 Q 为 Q1 一Vlf P l f C lf T4 一 T3 3 冷却水 的吸热量 Q 为 Q2 一M l c 1 。 T6 一 T5 4 式 1 、 2 、 3 、 4 中符号的意义及数值见表 2 。由计算可知 ， 需要 的冷却水 流量为 6 1 ． 1 3 t 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 陈金利 4 8 0 t ／ h循环流化床锅炉风水联 合冷渣器运行问题分析及改造 6 l 表 2 热 力计 算符 号及 数据 表 符 号 代表意义 数值 Q 锅 炉热渣释放热量／ k J h _ 1 1 1 7 ． 2 9 1 0 Q 冷渣 器冷却风吸收热量／ k J h 1 4 ． 5 8 l O Q z 冷渣器冷却水吸收热量／ k J h 1 0 2 ． 7 1 M h 锅 炉 排 渣 量 ／ k g h 1 6 ． 2 41 0 。 C h 。 灰渣 比热／ k g k g ℃ o ． 9 6 3 T 锅炉排渣温度／ ℃ 9 0 0 丁 2 冷 渣器 排渣温度／ ℃ 1 5 o V i i 冷却风流量／ Nm。 h - 1 1 9 1 0 。 P l f 2 0℃时空气密度／ k g Nm 1 ． 2 9 C lf 2 0℃时空气 比热／ k J k g ℃ 1 ． 4 丁 3 冷 却风进 口温度／ ℃ 2 5 冷却 风出 口温度／ ℃4 5 0 Ml。 冷却水流量／ k g h 6 1 ． 1 3 c 】。 水 的比热 ／ k J k g 。 ℃ 4 ． 2 丁 5 冷 却水 进 口温度／ ℃ 4 O 冷 却水 出 口温度／ ℃ 8 O 由表 2可计算可知， 每台冷渣器要满足每小 时 1 6 ． 2 4 t 的排渣 量 ， 并 且排 渣温 度达 到 1 5 O℃ ， 必须保证冷却水量为 6 1 ． 1 3 t ， 而且冷却水回水温 度达到 8 0℃。参考表 2的计算 ， 对冷渣器进行 了一系列的改造 ， 改造后冷渣器参数见表 3 。 表 3 改 造 后冷渣 器 参数 项 目 数值 排 渣 量 ／ t h 进渣温 度／ ℃ 排渣温度 ／ ℃ 冷却水量／ t h 冷却水进水温度／ c 冷渣 风压 力／ k P a 冷却 风量／ N m。 h 冷风温 度／ c 回风温度／ ℃ 冷却水 回水温度／ ℃ 3改造措 施及效果 3 ． 1 改造措 施 3 ． 1 ． 1将 绝 热 型壁 面改造 为膜 式水 冷结 构 借鉴了锅炉膜式水冷壁 的结构， 首先从 改变 冷渣 器的结 构 人 手 ， 将 冷 渣器 的外 壳 由 原来 的绝 热式 改变为膜式 包墙 水冷 壁 和水 冷布 风板 一 体 的 方式 ， 水冷壁管 的母管采用 2 7 3 mmX 7 mm材 质为 2 0 G无缝钢管制成 ， 将管径 由原设计 的咖 5 1 mmX 6 mm 的无 缝 钢管 改 为 6 0 mm5 mm 的 无缝钢管， 增加冷渣器冷却水的通流面积 ， 冷却水 流量每小时最大可达 9 0 t ， 同时水冷管束直接布置 在冷渣器内部 ， 并将水冷管束 由卧式变为立式， 直 管段向下延伸 2 0 c m， 另外在冷渣器内部的水冷管 束上焊接鳍片作为冷渣器的隔墙 ， 这种金属隔墙 不但增大了水冷管束 的传热面积 ， 有利于提高热 渣和水 冷管 束 的 换热 效 率 ， 而 且不 需 要 敷 设 耐 火 浇注料 ， 工艺简单 ， 施工方便 ， 克服 了传统 的砌筑 隔墙浇 注料容易脱 落的 问题 。 3 ． 1 ． 2进 渣管 法 兰及密 封盒 将冷渣器 的进 渣管和冷渣器 的连接采用法 兰加 密 封 盒 的 连 接 方 式 。将 进 渣 管 直 接 插 入 冷 渣器侧板 的套管上 ， 两管之间塞人防火填料 ， 用 法兰密封 ， 保证 了运行过程 中进渣管可 以自由膨 胀 ， 实现了进渣管和冷渣器的软连接， 有效 的解 决 了冷渣 器连 接部 位频 繁撕 裂 的问 题 。 3 ． 1 ． 3进 渣管 冷却 方式 将冷渣器进渣管外部 的水冷套割掉 ， 采用外 缠水冷 蛇 形管 的方 法 ， 仍 然 以凝 结 水 作 为 冷却 介 质 ， 外 部 打 上保 温 ， 塞 入保 温 材 料 ， 有效 的解决 了 水冷 套频 繁泄 漏 的 问题 。 3 ． 1 ． 4 降低冷 渣 风压力 用锅炉的一次冷风代替冷渣流化风 ， 降低 了 冷却 风 的压 力， 并 将 冷 渣 器 的 风 帽 孔 径 扩 大 1 mm， 减小 了冷 渣器 的布 风 板 阻力 ， 同 时 对冷 却 风返 回炉 膛部 位 的水 冷 壁 管加 装 防 磨 瓦 ， 防磨 瓦 外部 打 防火耐 磨 浇注 料 ， 确 保 该部 位 水 冷 壁 管 的 安全 。将旋转进渣 阀改为气 动金属插杆 阀， 在进 入冷渣 器 部位 加进 渣 控 制 风 ， 通过 控 制 风 量 大小 来控制进渣量 。 3． 2 改进 效 果 改造后的风水联合冷却冷渣器示意图见图 2 。 A 8 9 1 0 1 一进渣管膨胀节 ； 2 一进渣管 ； 3 一外缠 水冷 管 ； 4 一高温 床 ； 5 一 冷 渣器 隔墙 ； 6 一中温 床 ； 7 一低 温 床 ； 8一回风 管 ； 9 一冷 渣器 后 墙 ； 1 O 一布风板 ； 1 1 一排渣 管 ； 1 2 一水冷 管束 ； 1 3 一 风室 ； 1 4 一 进 渣 口； 1 5 一密封盒 ； 1 6 一冷却水联箱 ； 1 7 一膜式水冷壁 ； 1 9 一冷渣 器侧墙 ； 2 O 一冷渣器外壳 ； 2 1 一冷渣器顶棚 图 2 改造后 的风水联合 冷却 冷渣 器示意 图 ∞ 加伽∞ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 锅 炉 技术 第 4 3卷 瑞平 电厂 的风水 联 合 冷却 冷 渣 器改 造 后 ， 经 过运行观察， 完全可以控制排渣温度在 1 5 0℃ 以 下 ， 并且有 效 的解决 了风水 联 合冷 却 冷 渣器 存 在 的问题 ， 不仅提高了锅炉的燃烧效率和热效率而 且改 善 了现场 的环 境 ， 同 时也 为 国 内 的冷 渣器 设 计和使用单位提供了可以借鉴的经验。 4 结 语 1 实 际运 行 中冷 渣 器 出 力 超 过 设 计 出力 值 ， 冷渣器壁面没有必要 的冷却设施等问题导致 冷渣器 在运行 中不能达到 正常 的冷却效果 ， 泄 漏 、 磨损 严重 。 2 对 冷渣 器 的实 际运 行参 数进 行 了热力计 算 ， 重 新 核定 了冷 渣 器 的冷 却 风 压 及 冷却 水 量 。 对 冷 渣器本 体及 附件 进 行 了有 效 的 改造 ， 改 造 措 施 为 采 用膜 式 水 冷 壁 替 代 原 有 的 绝 热壁 面 ， 增 加冷渣器内部冷却面积 ， 在进渣管上加装法兰加 密封盒 ， 利用风量控制冷渣器的进料量等 。 3 经 过 一 系 列 的 改 造 后 ， 该 冷 渣 器 完 全 可 以达 到 设 计 的 冷 却 效 果 ， 排 渣 温 度 小 于 1 5 0 ℃ 。燃烧 效 率 及 锅 炉 效 率得 到 一 定 的 提 高 。 瑞 平 电厂 对 某 厂 生 产 的 4 8 0 t ／ h循 环 流 化 床 锅 炉 风 水 联 合 冷 渣 器 的改 造 是 较 为 成 功 的 ， 运 行 效 果 良好 。 参 考文献 [ 1 ]岑可法 ， 倪明江 ， 骆中泱 ， 等．循环流化床 锅炉理论设计 与运 行 [ M] ．北京 中国电力 出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 2 ]陈干锦 ， 蔡康 忠， 倪晓辉 ， 等．上 海 F L E C T E CH 循环 流化 床锅炉 的技术特点[ J ] ．锅 炉技术 ， 2 0 0 3 ， 3 4 3 ． [ 3 ]雍玉梅 ， 吕清刚．1 3 0 t ／ h循环流化 床锅炉燃烧系统的数值模 拟[ J ] ．锅炉技术 ， 2 0 0 3 ， 3 4 5 ． [ 4 ]姜义道 ， 于龙 ， 左国华 ， 等．1 3 5 Mw等级 循环流 化床锅 炉运 行状况研 究[ J ] ．热力发电 ， 2 0 0 4 1 2 2 9 3 0 ． [ 5 ]钱志永 ， 朱 云鹏 ， 熊体华．国产 1 3 5 Mw循 环流化 床锅炉 的调 试及运行[ J ] ．华北 电力技术 ， 2 0 0 5 1 4 7 ． [ 6 ]王文选 ， 赵长遂， 王风君 ， 等．循环流化床锅炉设 计中若干 问 题探讨[ J ] ．锅炉技术 ， 2 0 0 1 ， 3 2 1 O 2 7 ～3 o ． [ 7 ]尹斌 ， 章明J I I ， 宋玉宝， 等．C F B锅 炉流化床冷 渣器试验研究 口] ．锅炉技术 ， 2 0 0 1 ， 3 2 1 0 1 7 ～2 O ． [ 8 ]刘升 ， 李广平 ， 张宏彪．风水 联合式 冷渣器 在工程 实践 中的 应用 [ J ] ．中国电力 ， 2 0 0 3 ， 3 6 4 7 1 7 3 ． An al y s i s a n d Mo di f i c a t i o n o f Op er a t i o n P r ob l e ms o f W i n d - wa t e r Co mb i n e d As h C o o l e r f o r 4 8 0 t ／ h CF B B o - l e r CHEN J i n - i i P i n g d i n g s h a n Ru i p i n g P o we r P l a n t ，P i n g d i n g s h a n 4 6 7 5 0 0，Ch i n a Abs t r a ct The t r o ubl e o f wi n d wa t e r c o m b i ne d a s h c o ol e r ha s of t e n l e a d e d t o u ni t o pe r a t i ng i n a l ow c a pa c i t y or of f t he l i n e，wh i c h c o ur e s 1 a r g e e c o no mi c pe na l t y t o Po we r Pl a n t ． De t a i l a na l y s i s a n d c a l c u l a t i on h a d b e e n e xe c u t e d f o r t he o pe r a t i o n c o nd i t i o n o f Ru i pi n g Powe r Pl a n t ． M od i f i c a t i o n ha d b e e n p r o po s e d f o r c o ol e r b od y a n d s l a g t ub e i nl e t ，Af t e r t he mod i f i c a t i on，o bv i o us e f f i c i e nc y i s g a i n e d a n d t he r e l i a bi l i t y o f c oo l e r ge t g r e a t l y r a i s e d． K e y wo r d s Ci r c u l a t e d F l u i d i z e d Be d b o i l e r ； wi n d wa t e r c o mb i n e d a s h c o o l e r ； o p e r a t i o n p r ob l e m ；mod i f i c a t i o n 几种参考文献的书写格式 其 中空格 、 标点符号 、 字母 照写 连续 出版 物 [ 标引序号]作者．文题[ J ] ．刊 名， 年 ， 卷 期 起 始页码 一终止页码． 专 著 [ 标引序号]作者．书名[ M] ．出版地 出版 者， 出版年． 译 著 [ 标引序号]作者．书名[ M] ．译者．出版地 出版者 ， 出版年． 论文 集 [ 标引序号]作者．文题[ A] ．编者．文 集I t ] ．出版地 出版者 ， 出版年．起 始一终止 页码 学 位 论 文 [ 标引序号]作者．文题[ D ] ．所在城 市 保存 单位 ， 年份． 专 利 [ 标 引序号]申请 者．专利名I- P -1 ．国名 专利号 ， 发布 日期． 技 术 标 准 [ 标 引序号]技 术标 准代 号， 技术标准名称[ s ] ． 技 术 报 告 [ 标 引序号]作者．文题[ R ] ．报告代码及 编号， 地名 责任单位 ， 年份． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m