1、第22卷第5期電站系統(tǒng)工程V ol.22 No.5 2006年9月Power System Engineering Sep., 2006 文章編號:1005-006X(200605-0035-03循環(huán)流化床鍋爐滾筒式冷渣器冷態(tài)及熱態(tài)特性試驗研究劉遠超1尹洪超1劉建平2(1.大連理工大學(xué)能源與動力學(xué)院,2.大連市熱電集團有限公司香海熱電廠摘要:以大連市熱電集團有限公司香海熱電廠2臺220 t/h CFB鍋爐的滾筒式冷渣器為例,分析了原螺旋水冷式冷渣器運行中存在的各種弊病,詳細介紹了滾筒式冷渣器在冷態(tài)和熱態(tài)條件下的試驗情況,并對試驗數(shù)據(jù)進行分析,研究了多管式滾筒冷渣器在冷態(tài)及熱態(tài)條件下的各種工況特

2、性,得出了一些規(guī)律性的結(jié)論。關(guān)鍵詞:滾筒式冷渣器;排渣特性;運行特性;渣量;粒度中圖分類號:TK227.3 文獻標(biāo)識碼:BCold and Hot Test Study on the Rolling-cylinder Type Slag-cooler of CFB BoilerLIU Yuan-chao, YIN Hong-chao, LIU Jian-pingAbstract: Based on the two units of 220t/h CFBB in Dalian Thermal Power Group Xiang-Hai Thermal Power Plant, it studie

3、d the characteristics of the rolling-cylinder type slag-cooler which used before and its various disadvantages in the slag-cooler operation, described and analyzed the test results of the rolling-cylinder type slag-cooler both in old and heat states, studied the corresponding operation characteristi

4、cs in various working conditions for multi-pipe rolling-cylinder type slag-cooler. Based on the test, we come to some important and useful conclusions finally. Therefore, it conducted some general principal, which could serve as useful reference especially for the domestic similar CFBB units, which

5、employ the rolling-cylinder type slag-cooler.Key words: rolling-cylinder type slag-cooler; slag outlet characteristics; operation characteristics; slag quality; particle size循環(huán)流化床鍋爐排放的底渣是一種寬篩分(020 mm、高溫(約900 顆粒,屬于比較難以冷卻和控制的排放物料。目前,國內(nèi)的燃煤循環(huán)流化床鍋爐機組普遍存在底渣排放量大、由于入爐煤的碎煤效果不好而造成的底渣粒度偏大的問題。作為循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵輔助設(shè)備之一

6、,冷渣器運行狀況的好壞直接關(guān)系到鍋爐機組能否安全穩(wěn)定連續(xù)運行,同時這也成為當(dāng)今制約循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)發(fā)展的一個難題。大連市熱電集團有限責(zé)任公司香海熱電廠裝有2臺220 t/h 循環(huán)流化床鍋爐,配2 臺25 MW 抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機組。其鍋爐底灰排渣設(shè)備原為螺旋水冷式冷渣器,每臺鍋爐配備2臺,鍋爐底渣(900950 進入螺旋式水冷冷渣器后,在兩根相反轉(zhuǎn)動的螺旋作用下,熱渣與中空的螺旋葉片、軸以及空心外殼進行接觸傳熱,其熱量由空心葉片、軸和空心外殼內(nèi)流動的水帶走,完成間接熱交換過程,冷卻水源為電廠化學(xué)除鹽水。冷卻下來的灰渣(120150 由冷渣器出口排出。該冷渣器的初期產(chǎn)品為美國進口產(chǎn)品,在電廠

7、投產(chǎn)初期前兩年運行性能良好,但在隨后的幾年運行中,冷渣器經(jīng)常發(fā)生堵塞和卡死,而且轉(zhuǎn)子和殼體磨損日益嚴重,經(jīng)常磨穿漏水。漏水后的冷渣器無法正常排渣,影響循環(huán)流化床鍋爐機組的安全運行。期間雖然對轉(zhuǎn)子、殼體進行了多次的修復(fù)和更換,其故障率仍然越來越高;尤其是在當(dāng)前煤炭市場供應(yīng)緊張的情況下,鍋爐燃煤煤質(zhì)熱值大幅下降,入爐煤的灰收稿日期: 2006-03-10劉遠超(1977-,男,工學(xué)碩士,工程師。能源與動力學(xué)院,116024 分大量增加,遠偏離了原鍋爐設(shè)計煤種要求,而且更為嚴重的是入爐煤中的矸石含量增大,粒度偏大。在這種情況下,使得原冷渣器的運行工況和穩(wěn)定性越來越差。尤其是在熱電廠冬季供熱期間(鍋爐

8、接近滿負荷運行,該問題已經(jīng)嚴重威脅到鍋爐機組的出力及穩(wěn)定運行,曾經(jīng)多次因冷渣器磨損嚴重而被迫就地直接排渣然后利用人力推渣,大大增加了鍋爐運行人員的勞動強度;對原有的冷渣器系統(tǒng)進行徹底改造已經(jīng)成為熱電廠迫在眉睫的首要工作。2005年4月,經(jīng)電廠和電力設(shè)計部門論證,最后確定選用多管式滾筒冷渣器作為原螺旋水冷式冷渣器的改造替代產(chǎn)品。1 多管式滾筒冷渣器的基本原理及參數(shù)介紹1.1 多管式滾筒冷渣器基本工作原理多管式滾筒冷渣器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示,其工作原理 1.片7.基座8.內(nèi)滾筒9.冷卻水入口 10.冷卻水出口11.出渣口轉(zhuǎn),鍋爐爐膛內(nèi)的高溫物料由進料裝置進入到滾筒的前端,隨著大筒體的旋轉(zhuǎn),前端物料在

9、入口筒體導(dǎo)流板的作用下均勻進入了內(nèi)滾筒。在每一個內(nèi)滾筒里均裝設(shè)有導(dǎo)流肋片,內(nèi)滾筒在隨著大滾筒旋轉(zhuǎn)的同時,通過導(dǎo)流肋片將物料逐漸向出渣口輸送。大滾筒與內(nèi)滾筒之間充滿流動的冷卻水,物料在內(nèi)滾筒被輸送的過程中逐漸冷卻下來。爐內(nèi)床壓的控制通過調(diào)整冷渣器的轉(zhuǎn)速實現(xiàn),最終滿足鍋爐正常運行排渣調(diào)整的需要。1.2 主要設(shè)計參數(shù)(見表1表1 多管式滾筒冷渣器的主要設(shè)計參數(shù)項目數(shù)值及說明輸送能力/t·h-18筒體轉(zhuǎn)速/r·min-1 0.88進口物料溫度/ 1 000出口物料溫度/<120冷卻水量/t·h-1 2030入口水溫度/ 2030出口水溫度/<80冷卻水壓力/M

10、Pa < 0.5傳動電機功率/kW 3傳動電機數(shù)量/臺 2傳動電機額定工作電流/A 6.82 多管式滾筒冷渣器的冷態(tài)和熱態(tài)特性試驗為了熟悉多管式滾筒冷渣器在220 t/h循環(huán)流化床鍋爐運行中的各種工況特性和掌握該冷渣器在投運初期的運行特性,同時為其在熱態(tài)工況運行提供調(diào)整依據(jù),分別對其在冷態(tài)和熱態(tài)工況下進行了試驗。2.1 冷態(tài)試驗在冷渣器改造安裝完成后,首先對其進行了冷態(tài)調(diào)試。冷態(tài)調(diào)試的主要目的有兩個:一是檢查其機械安裝情況及控制的合格性;二是推算冷渣器在冷態(tài)工況下的排渣特性。2.1.1 多管式滾筒冷渣器的機械安裝情況測試原來單臺螺旋水冷冷渣器由一臺變頻調(diào)速電機驅(qū)動,變頻器對應(yīng)電機的功率為

11、7.5 HP(5.5 kW,根據(jù)原變頻器的容量同時也考慮節(jié)約成本,仍然使用原冷渣器配套的一臺變頻器同時控制改造后冷渣器的兩臺電機。在啟動初期,保證兩臺電機的同步性及轉(zhuǎn)動方向的一致性是極為關(guān)鍵的。在啟動時,采取了單臺電機單獨啟動運行的方式分別進行判斷和測試。在確定兩臺電機運行同步后,再同時啟動兩臺驅(qū)動電機運行。試運行過程中曾出現(xiàn)冷渣器超電流跳閘的現(xiàn)象,后檢查發(fā)現(xiàn)為排渣口熱電偶探頭卡澀引起,后經(jīng)過調(diào)整熱電偶檢測探頭的長度后問題得到解決。由此總結(jié)發(fā)現(xiàn),該冷渣器對外部阻力很敏感,這是由于該冷渣器的筒體直徑較大,所出現(xiàn)的阻力矩也大,因此在運行中應(yīng)盡量避免筒體外部的卡澀。另外,在試運行中還出現(xiàn)過冷渣器電機

12、的電流大幅擺動的現(xiàn)象,對其機械傳動部分經(jīng)過反復(fù)的檢查確認,沒有發(fā)現(xiàn)機械卡澀問題。最后發(fā)現(xiàn)引起此現(xiàn)象的原因與筒體冷卻水的充滿程度有關(guān),由于是冷態(tài)運行試驗,在啟動初期對筒體注水不夠充分,筒體頂部有一定的空隙,在冷渣器旋轉(zhuǎn)時,筒體內(nèi)的冷卻水就會出現(xiàn)波動顯現(xiàn),導(dǎo)致驅(qū)動電機的負載不穩(wěn)定而產(chǎn)生電流擺動。由此我們總結(jié)出,在該冷渣器啟動初期,必須對筒體進行注水且確保冷卻水注滿。2.1.2 多管式滾筒冷渣器的冷態(tài)排渣特性測試冷渣器的冷態(tài)排渣特性的測試是在現(xiàn)場改造安裝完畢之后進行的。香海熱電廠#2爐停爐后,爐內(nèi)剩余的床料存量大約為30 t,試驗時對爐內(nèi)的床料進行了不同轉(zhuǎn)速的分階段排放測試。針對當(dāng)時#2爐冷態(tài)條件下

13、的相應(yīng)參數(shù),對冷渣器的排渣性能進行測試,同時也對爐內(nèi)的物料進行了篩分分析,該物料的特性可以很好地反映改造后的冷渣器對排放物料粒度的適應(yīng)性。具體測試數(shù)據(jù)見表2。表2 底渣篩分數(shù)據(jù)底渣中10.0 mm底渣中5.0 mm底渣中2.0 mm底渣中1.0 mm底渣中0.5 mm88.2% 79% 57.1% 30.9% 17.4%根據(jù)冷渣器的實際運行狀況的試驗數(shù)據(jù)(見表3,可以看出在該粒度分布的條件下,冷渣器運行良好,而且沒有出現(xiàn)以往的冷渣器堵渣和排渣不暢等輔機故障現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)試驗中冷渣器具體的排放渣量來看,改造后冷渣器的實際排渣能力完全可以滿足循環(huán)流化床鍋爐運行中的排渣要求。表3 試驗結(jié)果數(shù)據(jù)項目試

14、驗數(shù)值一試驗數(shù)值二冷渣器轉(zhuǎn)速/r·min-1 2.8 3.8傳動電機工作電流/A 10.2 9.8進口物料溫度/25 25出口物料溫度/25 25冷卻水量/t·h-130 30入口水溫度/28 28鍋爐起始床壓/kPa 5.1 3.9 運行時間/h 2 2 試轉(zhuǎn)后鍋爐床壓kPa 3.9 2.4 測算冷渣器的排渣量/t·h-1 3 4 2.2 熱態(tài)試驗在改造后的冷渣器投入正常運行后,又進行了相應(yīng)的熱態(tài)試驗。進行熱態(tài)試驗的主要目的,一是明確冷渣器的具體實際換熱特性也即冷渣特性;二是詳細測算熱態(tài)實際工況下的帶負荷能力。2.2.1 多管式滾筒冷渣器的換熱特性測試多管式滾筒

15、冷渣器內(nèi)部采用了典型的長肋片導(dǎo)熱方式,內(nèi)滾筒的肋片高度遠大于肋片的厚度,其導(dǎo)熱系數(shù)較大,而且在大滾筒內(nèi)設(shè)置了多個內(nèi)滾筒,換熱面積比較充分。從理論上來說,這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)的換熱效果好,對物料的冷卻能力比較強。在冷渣器的實際的運行試驗中發(fā)現(xiàn),該冷渣器對高溫?zé)嵩睦鋮s效果很好,鍋爐排渣溫度比改造前有了較大幅度的降低。詳細試驗結(jié)果數(shù)據(jù)見表4(數(shù)據(jù)取自現(xiàn)場運行鍋爐機組DCS系統(tǒng)畫面遠程測量數(shù)值。表4 試驗結(jié)果數(shù)據(jù)項目試驗一數(shù)據(jù)試驗二數(shù)據(jù)試驗三數(shù)據(jù)鍋爐負荷/t·h181 166 150給煤量 /t·h-131 28 25.8 鍋爐床壓/kPa 5.1 5.2 5.4 筒體轉(zhuǎn)速/r·

16、;min-1 3.5 3.1 2.6 進口物料溫度/900 890 890 出口物料溫度/75 68 66 冷卻水量/t·h-132 30 30 入口水溫度/28 28 28 出口水溫度/57 52 50 冷卻水入口壓力/MPa0.4 0.4 0.4(下轉(zhuǎn)第38頁 外表溫度相對很高,表面溫度很難降至外界溫度,所以大量的熱損失是通過自然對流和旋風(fēng)分離器表面輻射來實現(xiàn)的,旋風(fēng)分離器采用蒸汽或應(yīng)充分以使循環(huán)流化床鍋爐三獻, 1994.M. 中國電力出版社, 1997.編輯:巨川(上接第36頁通過試驗分析發(fā)現(xiàn),實際運行中的冷卻水量便高于設(shè)計值。這可用表4中試驗1的數(shù)據(jù)計算分析如下。根據(jù)上述運

17、行試驗數(shù)據(jù),從熱量平衡角度來計算運行冷渣器實際需要的冷卻水量?？紤]到實際換熱面積比較充分,故計算在物料換熱充分的條件下進行。Q=C1×T1/C2×T2=0.24×(900-75/1×(57-28= 6.83 t/h 其中:C1灰渣比熱容,取0.24 kJ/kg·C2水比熱容,取 1 kJ/kg·T1排渣物料的降溫值;T2冷卻水溫升;Q每噸熱渣的冷卻耗水量。在上述計算過程中,如果冷渣器的冷卻水出口溫度達到78 時,在其他條件不變的情況下,通過計算可以得出每噸熱渣的冷卻耗水量為3.975 t,與設(shè)計性能和參數(shù)基本相符合。但在冷渣器的實際運

18、行中,由于考慮冷卻排渣的運行安全性和穩(wěn)定性,同時考慮到受循環(huán)流化床鍋爐負荷及運行工況變化的影響,冷渣器的運行參數(shù)無法保證在設(shè)計參數(shù)上運行,比如冷卻水量及冷卻水回水溫度等,這也是實際運行中冷卻水耗量大的原因所在。2.2.2 實際運行工況下多管式滾筒冷渣器熱態(tài)出力測算本次試驗受當(dāng)時鍋爐負荷的限制(試驗時鍋爐機組正處于非供暖期運行,并沒有進行滿負荷測試。試驗中,冷渣器實際排渣量的測試可用幾種不同的方式進行推算,現(xiàn)利用入爐煤的成分,結(jié)合入爐煤量來進行計算。試驗采用的鍋爐燃煤煤質(zhì)比較差,入爐煤中的矸石含量也較多,目的是使冷渣器在比較惡劣的工況下運行。根據(jù)鍋爐排放底渣的粒度分布和對細灰?guī)?、渣倉的排放量數(shù)據(jù)

19、發(fā)現(xiàn):入爐煤中矸石含量多、灰分高時,底渣與細灰(即鍋爐飛灰的比例有時可達到2:3。在本次試驗中根據(jù)試驗數(shù)據(jù)看出,底渣與細灰的比例為3.6:6.4。表5 入爐煤成分及粒度數(shù)據(jù)低位熱值灰分全水分固定碳揮發(fā)分粒度10.0 mm5.0 mm 16.57 kJ/g 37.88% 6.73% 31.67% 23.72% 88.5% 67.4%利用表4的試驗數(shù)據(jù),鍋爐在3次不同的試驗負荷下的小時排渣量計算如下:Q1=31×0.3788×0.36=4.23 t/h;Q2=28×0.3788×0.36=3.82 t/h;Q3=25.8×0.3788×0.36=3.52 t/h。上述計算方法受現(xiàn)場運行鍋爐給煤機計量的誤差影響,稍有一定的偏差,但冷渣器的帶負荷能力基本可以得到驗證。冷渣器筒體轉(zhuǎn)速在0.86 r/min之間,冷渣器的排渣能力可達1