流化床式冷渣機(jī)問題與改進(jìn)

1、流化床式冷渣機(jī)問題與改進(jìn)陳迪雄（佛山市啟皓能源科技有限公司）內(nèi)容摘要 循環(huán)流化床鍋爐是適應(yīng)煤種性強(qiáng)、燃燒效率高、環(huán)境污染小的一種爐型，冷渣機(jī)是循環(huán)流化床鍋爐重要組成部份，主要解決鍋爐爐渣的排放與冷卻。它的應(yīng)用對降低爐渣的熱污染、減輕排渣勞動強(qiáng)度、回收高溫爐渣的物理熱量以及提高鍋爐效率都起到重要作用。關(guān) 鍵 詞 流化床式冷渣機(jī)；氣槽式冷渣機(jī)；改造在流化床鍋爐的發(fā)展過程中，大顆粒的沉積形成的爐底渣帶來的流化質(zhì)量的惡化，燃燒與脫硫效率的降低，結(jié)焦等問題仍未徹底解決，是循環(huán)流化床鍋爐大型化過程中必須解決的一個新課題。與飛灰收集及其返回裝置一樣，爐底渣的排放與冷卻裝置應(yīng)成為流化床鍋爐不可分割的組成部份。

2、130t/h以上中大型流化床鍋爐大多使用各種類型的流化床式冷渣機(jī)，國內(nèi)大型鍋爐制造廠家引進(jìn)國外技術(shù)制造銷售流化床式冷渣機(jī)，此外，國內(nèi)還有科研院所開發(fā)制造的流化式冷渣器。從已投入運(yùn)行的幾臺流化床式冷渣器使用情況來看，它們的共同缺點是體積高大，動力消耗高，冷卻的渣溫很高、達(dá)不到設(shè)計要求，特別是在運(yùn)行中常發(fā)生結(jié)焦問題令用戶頭痛，且投資較多。一 流化床式冷渣機(jī)問題與分析：1Ahlstrom公司底灰冷卻器四川內(nèi)江發(fā)電總廠高壩分廠引進(jìn)芬蘭Ahlstrom公司設(shè)計制造的410t/h Pyroflow型單汽包自然循環(huán)、常壓循環(huán)流化床鍋爐，其底灰冷卻器實際相當(dāng)于一個小的循環(huán)流化床鍋爐。既有流化風(fēng)嘴、進(jìn)料口、上部

3、煙氣出口、底部排灰口，又有水冷壁。冷卻介質(zhì)有兩種：一種是從底部流化風(fēng)嘴來的130oC左右的再循環(huán)煙氣，另一種是底灰冷卻器筒壁四周布置的水冷壁內(nèi)的除氧水。自1996年投運(yùn)以來底灰除渣系統(tǒng)存在的問題一直困擾該電廠的正常穩(wěn)定運(yùn)行，主要出現(xiàn)問題如下：1） 化床底灰冷卻器入口管（即爐膛排灰管）堵塞及結(jié)焦該爐的爐膛排灰管共有六個（見右圖），兩側(cè)墻各布置一個，后墻布置四個。底灰排出的動力及排灰量的大小都是通過脈沖壓縮空氣來控制。從運(yùn)行情況來看，排灰管堵塞相當(dāng)嚴(yán)重，分析其原因是由于排灰管上部的壓縮空氣管被堵，僅靠排灰管下部進(jìn)入的空氣不能保證足夠的輸送風(fēng)量所致。排灰管結(jié)焦是因為壓縮空氣關(guān)閉時，爐底熱渣沉積在爐膛

4、排灰管內(nèi)，局部再燃燒導(dǎo)致低溫結(jié)焦，從而引起整個管道內(nèi)出現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)和堵塞現(xiàn)象。2） 爐膛排灰出現(xiàn)自流爐膛排灰出現(xiàn)自流，也就是說當(dāng)壓縮空氣控制閥門（KS閥）關(guān)閉，后續(xù)水冷絞龍停轉(zhuǎn)后，底灰仍然不斷地從爐膛排灰口排到底灰冷卻器內(nèi)，使底灰冷卻器內(nèi)底灰過多，床壓升高，灰溫升高，最后致使底灰冷卻器水冷壁內(nèi)的水汽化，導(dǎo)致水冷壁變形（見右圖）。分析其原因是鍋爐底部密相區(qū)的床壓高于底灰冷卻器的床壓，在爐膛排灰管上無斷開控制閥，爐膛內(nèi)的熱渣處于流化狀態(tài)，在壓縮空氣關(guān)閉的情況下也能通過爐膛排灰管進(jìn)入底灰冷卻器內(nèi)。3） 底灰冷卻器排灰溫度高設(shè)計上底灰冷卻器的排灰溫度應(yīng)低于300oC，但由于設(shè)計的原因，該底灰冷卻器的冷卻

5、能力達(dá)不到設(shè)計值。運(yùn)行記錄顯示，實際底灰冷卻器的排灰溫度已達(dá)400oC左右，大大超過設(shè)計值。分析其原因是900oC的熱渣進(jìn)入底灰冷卻器，與130oC的再循環(huán)煙氣充分混合，再與水冷壁進(jìn)行熱交換，因流化床內(nèi)具有溫度分布均勻的特點，冷卻室內(nèi)進(jìn)料口與底部排灰口無明顯的溫度梯降；在爐膛排灰管停止吹送排灰入冷渣器時，因爐膛排灰自流，熱渣或多或少地不斷進(jìn)入冷卻器內(nèi)，從而導(dǎo)致排灰溫度無法降至設(shè)計值。2選擇式流化床排灰冷渣器廣東韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)熱電廠二號爐120t/h循環(huán)流化術(shù)鍋爐，配套使用兩臺選擇式流化床排灰冷渣器，于2001年12月底投產(chǎn)。該型冷渣機(jī)由三個獨(dú)立配風(fēng)的冷卻室組成（見右圖），第一個分選室的流化風(fēng)來自

6、一次風(fēng)空預(yù)器后的熱風(fēng)，風(fēng)速最高，以便將細(xì)顆粒吹送到爐膛里，排氣從該室上方的出口經(jīng)爐膛側(cè)墻返回爐膛；第二、三冷卻室的流化風(fēng)來自一次風(fēng)機(jī)出口的冷風(fēng)，排氣從兩室間的隔墻頂部出口經(jīng)爐膛側(cè)墻返回爐膛。冷渣器布風(fēng)裝置為鋼板式，布置有“”定向風(fēng)帽。在冷渣器的第二冷卻室中布置了一組水冷管束，介質(zhì)為工業(yè)水。該型冷渣器投產(chǎn)后，一直不能正常運(yùn)行冷渣，經(jīng)常出現(xiàn)以下問題：1） 爐膛排灰管易結(jié)焦堵塞及出現(xiàn)自流該爐的爐膛排灰管共有兩個，分別布置在兩側(cè)墻，在每個排灰管上布置有12根風(fēng)管，通過風(fēng)管的定向布置來保證爐渣從爐膛順利輸送至冷渣器，空氣由J閥回料風(fēng)機(jī)提供。其結(jié)構(gòu)形式和工作原理同高壩電廠410t/h流化床鍋爐的爐膛排灰管

7、類似，也經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)焦堵塞現(xiàn)象，且在鍋爐運(yùn)行時根本無法正常清理，只能打開分選室的人孔門，工人冒險從此處捅渣。當(dāng)排灰管吹送風(fēng)關(guān)閉時，熱渣也會因流化狀態(tài)和壓力差通過排灰管進(jìn)入冷渣器內(nèi)。2） 分選室易結(jié)焦分選室里的熱渣有時因局部流化不良，而無法繞過隔墻進(jìn)入第二冷卻室，熱渣堆積在某處過多，導(dǎo)致流化不良現(xiàn)象加劇，致使局部超溫而導(dǎo)致低溫結(jié)焦。3） 冷渣器排灰溫度偏高該型冷渣器設(shè)計排灰溫度應(yīng)低于400oC，且在冷渣器內(nèi)還設(shè)有自動噴水系統(tǒng)，用于緊急狀態(tài)下的灰冷卻，在冷渣器冷卻室平均床溫高于480oC時，控制系統(tǒng)將自動投入噴水。在實際運(yùn)行中，從第三冷卻室排出的灰渣已達(dá)450oC左右，經(jīng)常燒壞后續(xù)的斗鏈輸送機(jī)。分析

8、其原因：分選室的排氣口標(biāo)高距進(jìn)渣口只有2186mm，且都處于密相區(qū)，兩者的爐室差壓不大，從該室進(jìn)入的流化冷卻風(fēng)無足夠的壓差使之返回至爐膛，從而致使高溫的熱氣從隔墻進(jìn)入第二、三冷卻室。流化床內(nèi)具有溫度分布均勻的特點，因此第二、三室的平均溫度也隨之上升，從而導(dǎo)致渣溫?zé)o法降到設(shè)計值。4） 冷渣器放渣管易堵塞及噴灰冷渣器放渣管上接有一耐高溫星形給料機(jī)來控制放渣量，正常運(yùn)行時放渣管和給料機(jī)都充滿了灰渣。當(dāng)給料機(jī)轉(zhuǎn)動放渣時，由于底灰溫度高（約400oC550 oC），故放渣管溫度高，管徑增大。停止放渣一段時間后，放渣管溫度降低而管徑收縮，使管內(nèi)的積灰被壓緊而不能自然下落造成阻塞。第三冷卻室內(nèi)床壓遠(yuǎn)高過大氣

9、壓力，當(dāng)冷渣器放渣管與星形給料機(jī)結(jié)合處有密封不嚴(yán)處，大量的含細(xì)灰的熱空氣就從該處噴處，嚴(yán)重污染爐底環(huán)境。二預(yù)防循環(huán)流化床鍋爐冷渣機(jī)事故通過分析以上兩類流化床式冷渣機(jī)事故的原因，認(rèn)為下列幾方面是需要注意的：1 冷渣機(jī)要設(shè)計可靠的進(jìn)渣、排渣控制閥，能在800950 oC的高溫工況下長期連續(xù)穩(wěn)定地排放爐底渣，能按照風(fēng)室壓力的變化對排渣量進(jìn)行遠(yuǎn)動或自動調(diào)節(jié)，耐磨損，密封。2 冷渣機(jī)工作原理必須合理，能及時、連續(xù)、高效地把鍋爐排放的爐渣迅速冷卻到安全溫度以下。3 冷渣機(jī)設(shè)計制作必須考慮其特殊的工作方式要求，與熱渣接觸的工作面必須選用合適的耐高溫耐磨損材料，運(yùn)行故障少，檢修工作量少，做到長期穩(wěn)定、安全、可

10、靠地運(yùn)行。4 冷渣機(jī)就能有效地回收爐底渣的余熱，提高鍋爐熱效率。5 冷渣機(jī)運(yùn)行時盡可能減少對環(huán)境的污染，保護(hù)環(huán)境，確保工人勞動衛(wèi)生、安全。6 冷渣機(jī)干式出渣，且出渣溫度低，不破壞灰渣的活性，有利于實現(xiàn)灰渣的綜合利用。7三SC型氣槽式冷渣機(jī)系統(tǒng)1 鍋爐排渣控制與SC型氣槽式冷渣機(jī)配套使用的QD型自動排渣閥（見右圖）利用氣動射流原理，用鍋爐一次風(fēng)作氣源，控制進(jìn)入排渣閥的一次風(fēng)量就可控制鍋爐排渣量。這樣，就可根據(jù)鍋爐風(fēng)室壓力的變化，對進(jìn)入排渣閥的風(fēng)量進(jìn)行控制，從而控制爐底渣的排放量。實踐使用證明：在正常情況下，該排渣閥在高溫環(huán)境中可長期穩(wěn)定工作，能順利地對鍋爐排渣量進(jìn)行有效地控制；同時還具備事故排渣

11、功能，能方便地解決了鍋爐排渣管的堵塞故障，這是其它冷渣機(jī)進(jìn)渣控制裝置無法實現(xiàn)的。QD型自動排渣閥的顯著優(yōu)點在于對渣量的控制不是用金屬閥件與高溫爐底渣直接接觸，就沒有金屬零部件的高溫變形問題發(fā)生；它的遠(yuǎn)動與自動控制裝置不會因高溫而燒壞，既可選用電動裝置，也可選用氣動裝置。完全滿足對爐底渣排放裝置的基本要求。2 SC型氣槽式冷渣機(jī)工作原理（見下頁圖） SC型氣槽式冷渣機(jī)充分利用氣固兩相流的特性，在噴泉床的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)過特殊設(shè)計，創(chuàng)建了氣槽床，對爐底渣進(jìn)行冷卻。 該設(shè)備打破了流化床內(nèi)溫度分布均勻的特點，僅設(shè)一個冷卻室就可將爐底渣從進(jìn)口的900oC迅速冷卻到出口的120oC； 布風(fēng)裝置阻力小，流

12、化冷卻風(fēng)剛度大，900oC的爐底渣經(jīng)自動排渣閥的吹送進(jìn)入冷渣機(jī)即刻被流化并冷卻，無法再次燃燒，從而避免結(jié)焦。 冷卻室內(nèi)水冷受熱面設(shè)計布置合理，常溫水經(jīng)與熱渣換熱升溫至85oC，既保證冷渣溫度的需要，又保證水冷管束的耐磨損，還確保冷卻水不被汽化。 利用特定的抽風(fēng)措施使冷卻室內(nèi)微負(fù)壓運(yùn)行，流化冷卻風(fēng)經(jīng)與熱渣換熱后升溫至200oC，在負(fù)壓作用下迅速進(jìn)入出氣管道，或入尾部煙道或入二次熱風(fēng)管利用余熱。 SC型氣槽式冷渣機(jī)出渣采用溢流方式，無需閥形控制，根據(jù)鍋爐排渣量的大小自動平衡冷渣機(jī)的出渣量。 SC型氣槽式冷渣機(jī)與熱渣接觸的工作面都采用耐高溫耐磨損材料；冷渣機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單密封；干式出渣不破壞灰渣活性。

13、運(yùn)行故障少，檢修工作量少，能長期穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠地運(yùn)行。四鍋爐冷渣機(jī)系統(tǒng)改造四川內(nèi)江發(fā)電總廠高壩分廠于二OO二年二月底組織技術(shù)人員對國內(nèi)幾家運(yùn)行大型循環(huán)流化床鍋爐的電廠所使用的冷渣機(jī)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的考察，最終確定廣東佛山市啟皓能源科技有限公司所生產(chǎn)的SC型氣槽式冷渣機(jī)技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行安全可靠、冷渣效果好。在二OO二年三月中參觀廣東韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)熱電廠一號爐140t/h流化床鍋爐使用2×SC4型氣槽式冷渣機(jī)的現(xiàn)場情況后，更加堅定了廠方用國產(chǎn)冷渣機(jī)改造進(jìn)口設(shè)備的決心。在長達(dá)一年的時間中，我公司與電廠以生產(chǎn)廠長帶頭的技術(shù)小組進(jìn)行了多次關(guān)于冷渣機(jī)改造的技術(shù)交流碰頭會，就冷渣機(jī)技術(shù)、設(shè)備結(jié)構(gòu)

14、、系統(tǒng)連接、現(xiàn)場施工、運(yùn)行規(guī)范、維護(hù)檢修等等方面的問題最終達(dá)成一致意見，電廠方?jīng)Q定先試驗一臺SC6型氣槽式冷渣機(jī)取代該爐六號底灰冷卻器，將于二OO三年十月底施工改造。待SC6型氣槽式冷渣機(jī)安全穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行一年，通過電廠方的檢驗測試后，將用廣東佛山市啟皓能源科技有限公司生產(chǎn)的SC型氣槽式冷渣機(jī)全面改造取代該爐冷渣系統(tǒng)。廣東韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)熱電廠對二號爐120t/h循環(huán)流化床鍋爐的選擇式流化床冷渣器進(jìn)行了多次內(nèi)部改造，仍影響該爐的正常運(yùn)行。在勉強(qiáng)運(yùn)行了一年多點時間，于二OO三年四月中將鍋爐側(cè)排渣方式改造為底排渣方式，用兩臺SC6型氣槽式冷渣機(jī)改造取代了該冷渣系統(tǒng)（其冷渣機(jī)系統(tǒng)連接示意如下圖所示），現(xiàn)已

15、安全穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行了四個月時間，鍋爐運(yùn)行不再受排渣影響。五結(jié)論流化床鍋爐在向大型化方向的發(fā)展過程中，解決爐底渣的排放與冷卻已刻不容緩。我國在解決這一問題上具有明顯的技術(shù)儲備與優(yōu)勢，但市場上推出的優(yōu)秀產(chǎn)品不多，一些好的科研成果的市場化率不高，還需要國內(nèi)同行加緊開發(fā)與研制。在這種情況下，我公司特推出專利產(chǎn)品SC型氣槽式冷渣機(jī)（專利號：ZL 99 2 33978.2，ZL 01 2 49355.4）和QD型自動排渣閥（專利號：ZL 00 2 25582.0），以供市場需要。SC型氣槽式冷渣機(jī)系列專利產(chǎn)品是在國家鼓勵和發(fā)展適應(yīng)我國煤種的各種流化床鍋爐的形勢下推出來的。它是在總結(jié)已有冷渣機(jī)存在的優(yōu)缺點，充分利用流化床具有傳熱系數(shù)高的優(yōu)點，克服流化床內(nèi)溫度分布均勻的弱點，對傳統(tǒng)流化床冷卻方式進(jìn)行創(chuàng)新，研制出既具有傳熱系數(shù)高，又能迅速在床內(nèi)形成溫度梯度的新型氣槽式冷渣機(jī)。實踐證明：該型設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件，無機(jī)械故障，運(yùn)行安全可靠；動力消耗低，運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用低；冷卻效果好，可將渣溫迅速降到120°C以下：可有效地回收熱渣余熱，系統(tǒng)簡單，使余熱回收與鍋爐