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冷渣器的设计与运行
第九章冷渣器的设计与运行第九章冷渣器的设计与运行国内几家引进技术的制造厂设计上均是采用风水联合冷渣器。从几年来 CFB 锅炉在国内 的运行情况看，都出现一些问题。主要原因是国内煤的破碎粒度太大，造成风水联合冷渣器内 超温、结渣、堵塞、磨损，排渣困难，用户要求解决问题的呼声很大，制造厂迫切需要拿出一 个解决方案。为此，经与几家制造厂商定，设立 CFB 锅炉冷渣器技术攻关课题，共同调研分 析国内 CFB 锅炉冷渣器运行情况，集中国内各单位 CFB 锅炉专家的智慧，找出影响运行的原 因，提出解决方案，使 CFB 锅炉更好地为国家经济建设服务。9.1 几种常用的典型冷渣器目前国内按引进技术设计的几种典型冷渣器为 HG 型风水联合冷渣器，SG 型风水联合冷 渣器，DG 型风水联合冷渣器。前两种冷渣器在二、三室之间设有隔墙，流化渣从隔墙溢流到 下一个仓室，故又称溢流式，后一种 DG 型风水联合冷渣器各室之间也有隔墙，但在隔墙的底 部左侧或右侧设有流渣口，渣流呈 S 形，又可称为迷宫式。此外，还有滚筒式冷渣机，钢带 风冷式冷渣器，气垫床冷渣机和射流床冷渣器。钢带风冷式冷渣器为进口产品，价格较高，目 前只有徐州贾旺电厂使用。 下面分别对几种型式冷渣器给予详细说明。 9.1.1 HG 型风水联合冷渣器HG 型风水联合冷渣器通过锥型阀或 L 阀与锅炉本体相连， 通过调节锥型阀或 L 阀 来控制排渣量，其结构见图 9-1。 通常每台锅炉装有两台风水联合式冷 渣器，当后墙给煤时，它们位于炉前。冷渣 器呈矩形，内衬耐磨、耐火材料，共分三个 室，第一室没有布置受热面，主要是利用流 化风冷却热渣，并起到一个缓冲的作用，以 便从炉膛排出的渣在这里经过缓冲以后能 沿冷渣器宽度方向均匀分配，确保冷却效 果。第二、三室装有蛇形管束，一、二室相图 9-1 HG 型风水联合冷渣 型风水联合冷渣器通，二、三室由风冷隔墙隔开，冷渣器底部有布风板和风箱。每台冷渣器有一个进渣管，位于 第一室侧面；在第三室后面有一个排渣口和一个返料口，排渣口与排渣系统相连接，返料口与 炉膛相连。 当炉膛下部床压升高时，底渣通过炉膛前墙底部的两个出渣口从侧面进入冷渣器第一室216第九章冷渣器的设计与运行内，在流化风的作用下，首先在第一室内得到冷却，再经过第二室翻过隔墙溢流到第三室，底 渣不断被风和水冷管束冷却，冷却到 150 ℃以下的底渣再溢流到排渣口，进入排渣系统；流 化空气及所携带的细灰通过返料管重新送回炉膛。 冷渣器通过构架支在零米地面上， 与炉膛的膨胀差是通过安装在进渣管及返料管中间的膨 胀节来解决的。 该种形式的冷渣器的优点是：对煤种的适应性强，在运行时，冷渣器内存有大量的冷渣， 可承受大量热渣涌入造成的热冲击；通过溢流的方式排渣，当进渣量增加时溢流量也增加，进 渣量减少时溢流量也随之减少，运行稳定；采用 30~40℃的Ⅱ级除盐水和冷风作为冷却介质， 可获得较大的传热温差，采用埋管式受热面，传热系数可达 200 W/m2K 以上；单台冷却能力 可达 20~30 t/h； 采用较低的流化速度(≤1 m/s)， 埋管受热面的磨损较轻， 可运行一个大修周期， 运行维护量小。 9.1.2 SG 型风水冷流化床冷渣器 型风水冷流化床冷渣器(FBAC)对于较大容量和燃料灰分较高的锅炉，上锅 采用风水冷流化床冷渣器(FBAC)，见图 9-2。风 水冷流化床冷渣器内部由 2 个冷却仓组成，其上 设有一个装有 ACV 阀的进渣口、 一个溢流排渣管 和一个排气口。 炉膛排出的热渣由 ACV 阀控制调 节进入 FBAC 的第一个冷却仓，在第一个冷却仓 前部留有足够的空间(称为平衡室)使热渣均匀地 通过水冷管束。 每个仓中布置有水冷管束，仓与仓之间用分 隔墙隔开，固体颗粒溢墙均匀地进入下一个冷却 仓，在每个仓有管束和没有管束的区域均有其独 立的布风装置，布风装置为钢板式结构，在布风 板上布置有“T”型风帽，运行时，通过各自独立 的配风风管风量的调节来保证冷渣器的冷却效 果。冷渣通过设在第二冷却仓的溢流排渣口排出， 每一个冷却仓布风板上还设有检修用排渣口。 根据具体情况，管束内冷却水可以是给水， 也可以是凝结水。 9.1.3 DG 型风水联合冷渣器 DG 型选择性流化床冷渣器简图见图 9-3。床 底大渣通过位于每个侧墙上的排料管输送到选择217 图 9-3 DG 型风水联合冷渣器 风水联合冷渣器 图 9-2 SG 型风水冷流化床冷渣器 型风水冷流化床冷渣器(FBAC)第九章冷渣器的设计与运行性排灰冷渣器，每个冷渣器配一个排渣口和一个进渣管，在每个进渣管上布置有导向风帽，通 过风帽的定向布置来保证渣从炉膛至冷渣器顺利输送，进渣管所需空气由“J”阀回料风机提 供。 冷渣器分为 3 个小室， 沿渣走向分别为选择室和冷却室， 各小室分别有各自独立的布风装 置。选择室尚有部分燃烧，流化速度设计较高，防止结渣。每个小室用分隔墙隔开，在进入下 一个小室之前，固体绕墙流过，延长了停留时间，冷却效果好，大渣温度可控制在 200 ℃以 下。所有空气均来自一次风机出口的冷(热)风道。 冷渣器布风装置为钢板式，在布风板上布置有“Γ”型导向风帽。选择室的排气从炉膛侧 墙单独引回炉膛，冷却室排气在隔墙顶部附近排出，从炉膛侧墙返回炉膛。 冷渣器中设置有事故自动喷水系统，用于紧急状态下的灰冷却，系统水源为：0.35~0.42 MPa，水温小于 33 ℃。 以上三种冷渣器均为目前在国内大容量循环流化床锅炉上应用得比较多的流化床型冷渣 器，它们的主要优点在于：没有任何机械传动部件，有效地避免了机械传动部件在高温固体工 作环境下容易出现的磨损和卡涩现象， 并且冷却能力也较大， 另外可以有效地将大渣里面所夹 带的细的颗粒重新送回炉膛， 提高碳的燃尽度和石灰石的利用率， 并还可以将大渣的物理显热 有效回收，提高整个机组的经济性。在正确运行的条件下，可以确保锅炉连续稳定运行。但是 它也有不足之处，一方面是对燃料入炉粒度的要求比较高，如果燃料入炉粒度偏大，由于采用 流化冷却的原理，势必影响到冷渣器里面渣的流化，从而容易带来结焦现象，引起排渣不畅。 其次如果在锅炉底渣量特别大的情况下，为了确保冷却效果，则采用的冷却风量必然较大，造 成风帽及受热面的磨损。 9.1.4 气垫床冷渣机 气垫床冷渣机由深圳启 皓科技公司开发，由衡阳启皓 公司生产。气垫床冷渣机基本 工作原理如图 9-4 所示。 气垫床冷渣机是应用喷 泉床和空气斜槽原理对灰渣图 9-4 气垫床冷渣机工作原理图进行冷却。特殊设计了气垫槽配送冷却风装置，在床内有效地建立温度梯度场，能迅速将进入 冷渣机的高温炉渣吹散并冷却；它没有风帽，不会发生堵渣、结焦现象。与螺旋冷渣机、滚筒 式冷渣机相比，没有机械转动部件，没有机械故障与安全隐患；与风水联合冷渣机相比，冷却 效果好，又没有风帽，不存在堵渣、结焦和风帽磨损问题，灰渣流动更通畅，因此运行可靠性 更高。 气垫床冷渣机目前发现的主要问题是冷却风用量太大。 气垫床冷渣机包括 SA 型溢流式和218第九章冷渣器的设计与运行RA-10 型返回式两类。该公司的 SA、RA 型气垫床冷渣机生产业绩见表 9-1。表 9-1 序号 1 2 3 4 5 6 7 用户名称 广东韶关钢铁集团第三电热厂 云南开远解放军化肥厂 新疆大学 湖南金信化工有限责任公司 湖南衡阳氮肥厂 四川内江高坝电厂 四川攀枝花发电厂 SA、RA 型气垫床冷渣机销售业绩表 、 规格型号 SA4-120 SA6-120 SA4-120 SA4-120 SA4-120 SA4-120 RA10-120 RA8-120 RA14-120 冷渣量 t/h 4 6 4 4 4 4 10 8 14 数量 2 2 2 2 2 3 2 2 8 35 75 35 410 410 460×2 配用锅炉 t/h 75 130 759.1.5 射流床冷渣器 射流床冷渣器与风水联合冷渣器 系统相似， 其布风板改用密孔板型式， 并向出渣方向倾斜 6°， 用不锈钢板制 做水力排渣沟，结构如图 9-5。 该型冷渣器由上海巴柯科技发展 公司开发，已在合山发电厂、宜宾电 厂、重庆方盛电厂、重庆天富电厂等 用户投运。 9.1.6 滚筒式冷渣机 近年来国内滚筒式冷渣机应用较 多，有许多生产厂家，如青岛松灵电 力环保设备公司、山东章丘圣火科技图 9-5 射流床冷渣器示意图公司、青岛四洲电力设备公司、青岛纳川环境工程公司及成都巨鼎锅炉辅机厂等。 这些公司的冷渣器型式基本上分为两种：即百叶滚筒式和多管滚筒(峰窝)式。 百叶滚筒式，以松灵公司为代表，经创新已改进成灵式滚筒冷渣机。下面以山东白杨河电 厂的出力为 5-20t/h 型号为 GTL15D-20 灵式冷渣机为例进行介绍。 进、出渣管中心线距离 8m，滚筒内径 1.5m，内、外壁间隙 20mm，中间通以冷却水，冷 却水来自凝结水泵出口，回至末级低加出口，冷却水量达到 70~100t/h，进口水温 40℃，出口 水温 60~80℃。炉内的热渣经过进渣管进入冷渣机，进渣管上有密封/膨胀补偿装置，冷渣机 进渣端有独特的防漏渣专利技术。滚筒内壁上焊有 200~250mm 高的螺旋叶片，螺旋叶片之间219第九章冷渣器的设计与运行还有许多纵向叶片， 热渣在螺旋叶片的推动下向出渣口移动的过程中， 被纵向叶片携带到滚筒 顶部然后才下落，增强换热效果。另外，冷渣机进、出渣处各有一条负压吸尘管接到引风机入 口烟道，既防止扬尘，又起到一定风冷作用。 灵式滚筒冷渣机在结构方面的主要特点有： 滚筒内部叶片形式进行了进一步改进， 增加了 纵向叶片密度， 换热冷却效果更好； 进渣端防漏渣结构是新型专利， 密封效果好， 使用寿命长； 滚筒外部的两个支撑圈和大链轮是用螺栓紧固在滚筒上的， 长期运行磨损失效后可以方便的更 换；连接进、出水管道的灵式旋转水接头密封好，不漏水，检修方便，更换，维护费用低；滚 筒高度在支承圈和支承轮磨损而下降超限后能进行滚筒高度调整(专利技术)，可以有效延长支 承圈和支承轮寿命而长期保持设备正常运行； 多管滚筒(蜂窝)式滚筒式冷渣机以山东章丘圣火科技公司的产品为代表，特点是滚筒倾斜 15°左右，筒内布置多根相互平行的六棱管，各管间隙中通冷却水；靖江合金钢厂的峰窝式为 水平布置圆管，内有螺旋叶片，采用合金钢管，不易泄漏堵塞。 9.1.7 滚筒式冷渣机生产厂家及生产业绩 (1) 青岛松灵电力环保设备公司 该厂生产百叶式滚筒冷渣机。 百页滚筒是在螺旋滚筒的基础上， 在内筒内壁不仅密布螺旋 叶片，且在螺旋叶片间密布纵向叶片，使筒内叶片纵横交错呈牛百叶状。不仅成倍的增加了换 热面，且换热面的换热作用提高了近一倍(不与灰渣接触的换热面由近四分之三降至约二分之 一)。再在百页滚筒基础上进一步完善和提高而使其达到一个新水平，取名灵式滚筒。灵式滚 筒冷渣机的特点： 出力调节性能好，炽热灰渣经通径小于 200mm 的进渣管进入滚筒端部，并在进渣管端 周围堆积，当堆积到一定高度时其产生的重力与管内渣流的重力平衡，管内渣流便被阻滞。当 由滚筒旋转而推动灰渣向滚筒出渣端移动时， 进渣管端周围渣堆高度随之下降而打破了管内外 灰渣重力平衡，管内渣流又继续。这样，滚筒转，热渣流进；滚筒停，进渣停；快转快进，慢 转慢进。出力是滚筒转速的函数，且呈线性。滚筒转速由驱动滚筒的变频电机的变频器控制。 冷渣机出力自动跟踪锅炉渣量。 进渣管通径大而不堵塞，没有灰渣在冷渣机内结焦的可能。无论灰渣粒度大小和渣量多 少，都不会影响冷渣机的正常运行。 可靠长效的防漏渣装置。进渣密封完善，且其磨损件更换方便，防止热渣从旋转的滚筒 与静止的进渣装置连接处外漏，且其构件寿命长，更换方便。同时，滚筒两端的负压吸尘设置 有效的防止了细灰外溢，保证了环境清洁卫生。 冷却水排出管在筒外使滚筒安全、可靠和便于维修。
以滚筒高度可调应对滚筒支承部件长期磨损而导致滚筒高度下降。 滚筒高度下降超限会 导致防漏渣装置失常。通过滚筒高度调节而保持滚筒的正常高度。220第九章冷渣器的设计与运行 包括支承圈、 大齿圈在内的全部传动磨损件可更换。 不太大的部件更换容易， 但支承圈， 大齿圈都是磨损大部件，磨损失效后能更换是整机长寿命所必需的。 节能效果可观。就山东华能白杨河电厂所做 465t/h 锅炉的分析报告为例，以每台运行 功率仅为 7.5kW 的 2 台灵式滚筒冷渣机取代原配 2 台流化冷渣器，拆除了原冷渣器的运行功 率 350kW(额定功率 400kW)的流化风机和 2 台运行功率共 8kW 的刮板输渣机，二次风机运行 “ 功率约提高 106kW，因此这项改造锅炉辅机运行功率降低值为：350＋8－15-106=237kW，按 机组年运行 7000 小时计算，一年可节电 165.9 万度，经济效益十分可观。 松灵公司的滚筒冷渣机轮廓及剖面见图 9-6，生产业绩见表 9-2。图 9-6松灵公司的滚筒冷渣机轮廓及剖面图 221第九章 表 9-2 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 广州梅县 淮南矿业(集团)公司 安徽铜陵有色金属公司 江西分宜电厂 福建龙岩坑口火电厂 江苏大屯电厂 新疆独山子电厂 宁夏灵州电厂 内蒙海神电厂 华能白杨河电厂 阜新金山热电厂 华能济宁电厂 豫能阳光电厂 中电投赤峰电厂 中电投通辽电厂 山西大同一电厂 甘肃华亭发电厂 山西永皓热电厂 华电六安电厂 广东粤阳发电厂 石家庄热电厂 神火集团铝电有限公司 江苏理文电厂 华能白杨河电厂 广东连州发电厂 吉林东关电厂 山西华岳热电厂 枣庄八一热电厂 临清热电厂 同煤大唐热电厂 上海锅炉厂 石家庄热电厂 哈尔滨锅炉厂 锦州热电厂 国电豫园电厂 大庆石油管理局 内蒙霍煤铝业 用 户 名 称冷渣器的设计与运行青岛松灵电力环保设备公司的滚筒冷渣机生产业绩 机组容量 上锅 465t/h 2×440t/h 硫铁矿焙烧 1×670t/h 3×440t/h 2×440t/h 5×410t/h 1×440t/h 2×460t/h 2×465t/h 4×480t/h 2×460t/h 2×460t/h 2×440t/h 2×440t/h 2×460t/h 1×440t/h 2×240t/h 2×460t/h 2×460t/h 3×240t/h 1×440t/h 1×240t/h 2×465t/h 2×460t/h 1×240t/h 3×440t/h 1×130t/h 2×130t/h 4×240t/h 1×130t/h 3×240t/h 1×130t/h 2×116t/h 2×240t/h 5×116t/h 3×240t/h 222 数量(台) 2 4 1 2 6 4 10 4 4 2 16 4 8 8 4 4 2 6 4 4 3 2 2 2 4 2 6 2 4 8 2 3 1 2 2 5 6 投产日期 6.10 5.12 5.09 6.02 4.06 05.12-06.10 5.01 6.03 5.08 5.04 4.11 5.10 5.04 5.12 1.08 4.12 4.10 4.10 4.09 Q=8t/h Q=8t/h Q=15t/h Q=10t/h Q=8t/h 备 注Q=22t/h Q=26t/h Q=23t/h Q=30t/h Q=20t/h Q=20t/h Q=12t/h Q=10t/h Q=23t/h Q=20t/h Q=20t/h Q=20t/h Q=15t/h Q=15t/h Q=20t/h Q=25t/h Q=20t/h Q=15t/h Q=20t/h Q=20t/h Q=15t/h Q=20t/h Q=10t/h Q=20t/h Q=20t/h Q=20t/h Q=15t/h Q=8t/h Q=8t/h Q=15t/h第九章冷渣器的设计与运行(2) 青岛四洲电力设备公司 青岛四洲电力设备公司是一家于一九九八年成立的合资企业， 致力于火电厂开发， 设计与 制造锅炉辅机设备及环保设备，现已成为中国目前最大的刮板捞渣机生产商。 青岛四洲电力设备公司是原国家电力公司定点的为火电厂 300MWe~1000MWe 机组配套 生产除渣系统、给煤系统、除灰系统、水处理系统以及环保产品的专业公司。该厂生产的滚筒 冷渣机与青岛纳川公司（见第（4）节）的相似。其滚筒冷渣机生产业绩见表 9-3。表 9-3 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 用户名称 秦皇岛北山发电厂 山西绛县五四一电厂 山西绛县五四一电厂 充矿集团电铝公司南屯电厂 东电沈阳热电厂 沈阳新能源有限公司 充矿集团电铝公司南屯电厂 山西平朔煤矸石发电有限公司 渭河煤化工集团有限责任公司 华能白杨河电厂 大连泰山热电有限公司 辽宁南票电厂 青岛四洲公司滚筒冷渣机业绩表 锅炉规格 1×130 1×240 2×130 2×220 2×220 1×130 2×220 2×235 1×220 1×440 2×440 2×410 台数 2 2 4 1 2 2 2 4 2 2 8 4 供货时间 2.08 3.06 3.07 4.04 4.05 4.11(3) 河南平顶山宇青节能环保设备总厂 河南平顶山宇青节能环保设备总厂生产的 FSG 系列风水冷却式滚筒冷渣机是为干式冷却 输送循环流化床锅炉高温炉渣的专用设备，适用于 35t/h-440t/h 循环流化床锅炉。 冷渣机主要由内部固定螺旋叶片的双层密封套筒、进料与排风装置、进出水装置、传动装 置和底座组成。 当套筒由传动装置驱动旋转时， 锅炉排出的高温炉渣在套筒内由螺旋叶片导向 前进， 冷却水连续均匀地通过套筒封间， 冷却风也不断地从套筒内通过， 使热态炉渣逐步冷却。 该产品有如下特点：(1)采用干式除渣，保持了渣的活性，有利于灰渣综合利用，消除锅 炉房热污染，彻底改善排渣岗位劳动卫生条件，具有保护环境的积极作用；(2)采用套筒整体 转动推进物料，螺旋叶片与筒体无相对运动，整机寿命高、功耗低，噪声小；(3)采用风、水 同时与抛散物料进行热交换，冷渣效果好，耗水量少；(4)连续排渣，渣量可以在大范围内连 续调节，有利于稳定锅炉床压，可以保持锅炉燃烧层厚度，降低渣的含碳量。 平顶山宇青环保厂出力为 15~20t/h 的 FSG152 型冷渣机技术参数见表 9-4，其安装布置图 见图 9-7，宇青环保厂冷渣机产品主要业绩见表 9-5。223第九章 表 9-4 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 入料温度 入料粒度 出料温度 处理能力 冷却水耗量 冷却水进口温度 冷却水出口温度 冷却水进口压力 冷却水阻力 冷却水进出口直径 冷却风 筒体转速 调速范围 传动方式 水质要求 外形尺寸(长×宽×高) 设备重量 表 9-5 用户名称 辽宁锦西炼化总厂热电公司 山西振兴集团 河北石家庄诚峰热电厂 河北石家庄第一热电厂 神马集团尼龙 66 盐有限责任公司 神马集团尼龙 66 盐有限责任公司 邢台矿业公司矸石热电厂 河南洛阳龙羽虹光电力有限公司 河南洛阳龙羽虹光电力有限公司 河南省洛阳龙羽新电有限公司 辽宁华锦通达化工股份有限公司 河南省洛阳东城电厂 河南省开封电厂 河南新乡豫新发电有限责任公司 河南洛阳煤电集团孟电有限公司 辽宁富腾热电厂 河南蓝光环保发电有限公司 山西潞安矿业有限责任公司 邯矿集团云宁矸石热电有限公司 泰安新汶顶峰热电有限公司 青岛捷能电站工程有限公司 国电豫源发电有限责任公司 项 目冷渣器的设计与运行平顶山宇青环保厂 FSG152 型冷渣机技术参数 单 ℃ mm ℃ t/h t/h ℃ ℃ MPa MPa mm R/min R/min 位 ≤1000 ≤30 ≤100 15.0~20.0 ≤75 ≤25 ≤60 ≤0.5 ≤0.2 DN 80 自然风 0.6~6.0 1.0~10.0 滚轮驱动 一般工业用水或软化水 mm Kg × 基本参数序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22平顶山宇青厂冷渣机产品的主要业绩一览表 产品型号 数量 FSG102 型 FSG072 型 FSG092 型 FSG072 型 FSG092 型 FSG102 型 FSG102 型 FSG122 型 FSG102 型 FSG142 型 FSG102 型 FSG092 型 FSG152 型 FSG142 型 FSG102 型 FSG152 型 FSG152 型 FSG182 型 FSG122 型 FSG122 型 FSG142 型 FSG162 型 224 6台 4台 2台 2台 3台 1台 2台 4台 4台 4台 2台 2台 4台 4台 4台 4台 4台 4台 6台 3台 2台 2台配套锅炉 哈锅 220t/h 济锅 240t/h 北锅 130t/h 东锅 130t/h 东锅 130t/h 东锅 130t/h 济锅 150t/h 东锅 260t/h 东锅 260t/h 哈锅 440t/h 哈锅 220t/h 无锅 130t/h 哈锅 440t/h 哈锅 440t/h 济锅 240t/h 东锅 260t/h 哈锅 440t/h 武锅 480t/h 东锅 220t/h 无锅 130t/h 唐锅 220t/h 上锅 465t/h第九章冷渣器的设计与运行图 9-7FSG152 型冷渣器安装布置图(4) 青岛纳川环境工程设备公司 青岛纳川环境工程设备公司的滚筒式冷渣机由冷渣机由旋转接头、滚筒组装、底座、托轮 组装、进料装置、驱动机构、及电器控制等几部分组成。其工作原理为，高温炉渣经进料装置 进入冷渣机滚筒， 经滚筒高效换热机构换热冷却后被连续地输送至出渣口。 冷渣机的控制部分 由温度控制部分、压力控制部分、过载保护和调速控制部分组成，全程监控冷渣机工作状况， 更加确保冷渣器的安全性。主要结构有： 1) 进料装置：由进渣斗组装、进渣箱、进渣闸板组成。进渣斗组装采用高温下不易变形 的 HT300 铸件，以防高温变形；进渣溜槽采用不易堵塞的双曲线设计。该装置实现了进渣量 与出渣量的同步，即：欲冷多少渣就给多少渣(公司独家技术)，彻底解决了因大量高温炉渣瞬 间进入设备而造成的设备变形、烧损，甚至汽化爆炸等严重后果。 2) 滚筒组装：采用隔套式筒体，中间有连续流过的冷却水；高温区为断续螺旋推进片， 低温区为连续螺旋推进片， 解决了因高温而使螺旋片变形弯曲的弊端； 密筋高效换热减磨机构 使换热面积比同类滚筒式冷渣机提高 50%，换热效率提高 15~25%，大大降低了出渣温度，同 时巧妙合理的减磨设计使滚筒体理论上接近零磨损，提高了筒体寿命 3 倍多。筒体材质：外筒 体 Q235-B，δ=8mm；内筒体 20g，δ=8mm。高温区断续螺旋片采用 16Mn 双层板，提高寿 命一倍；渣瀑形成机构不仅能充分搅动渣流，还能将渣抛洒形成渣瀑，使成瀑的散渣与风冷的 空气充分接触，这些特点都提高了设备的换热冷却能力。 3) 底座支撑部分：水平放置，设备在运行过程中只承受径向力，底座为整体钢结构，保 证了设备运行平稳可靠。滚轮的材质为 45#钢，表面淬火硬度 HRC45~50，保证了使用寿命。225第九章冷渣器的设计与运行4)旋转接头D换水装置：换水结构合理，阻力低，流量大。进出水空心轴芯由 1Cr18Ni9Ti 焊 接加工而成，表面磨削加工，光洁度高，使旋转接头泄漏少，寿命长。分水室与旋转接头为分 体结构，由螺栓连接，极大方便了安装、维修、更换。 (5) 成都巨鼎锅炉辅机设备公司 成都巨鼎锅炉辅机设备公司生产的 WWR 系列冷渣机主要由筒体、进料与排风装置、进 出水装置、驱动装置、底座和调速电控装置组成，见图 9-6。其工作过程是，整个筒体由传动 装置驱动旋转， 锅炉排出的高温炉渣在筒体内由螺旋叶片导向连续输送， 冷却水连续在筒体的 密封间隙通过，冷却风则连续在筒体内通过，使炉渣逐步冷却。 冷渣机的筒体是由外筒和内筒组成的双层密封套筒， 两者之间保持一定的间距， 供冷却水 通过。在内筒的内壁上焊接固定了螺旋叶片，供物料导向前进。 冷渣机的入料温度高达 850℃ 以上，冷渣机在运行过程中，内筒受料侧产生热膨胀，而 内筒两侧，特别是内筒与外筒之间的温差又比较大，在这种情况下，如何保证内外层套筒的密 封结构不受破坏， 这是双层密封套筒设计的关键问题。 其次， 因为冷渣机依靠筒体滚动来输送、 冷却锅炉排放的热渣，这就要求内、外筒体的滚动轴线重合，以保证传动装置的正常工作。该 厂经过反复试验，解决了上述问题，在内、外筒体两端设置了胀缩环，在内筒和外筒之间固定 了限制内外筒定向移动、且使内外筒保持等距离的定位导向垫块。 这样，当冷渣机的内筒出现热胀冷缩时，不仅可以进行弹性伸缩，不影响套筒的密封性， 而且在伸缩时总是沿筒体滚动轴线方向位移，因而可始终保持内外筒体滚动轴线的重合。 冷渣机采用风水介质同时冷却方式，其中风冷是辅助性的。风冷采用自然风．由出料口进 风，由入料口入排风管。排风管高度根据电厂布置由设计确定。增加风管高度，负压增加，可 提高风冷效果．但由于粉尘排放量增加，必须增设除尘装置，或接入电厂已设除尘器的风管， 否则将污染厂区空气。冷渣机水冷是冷却热渣的主要手段，冷却水从出料侧进入套筒密封间， 然后从入料侧排出，连续不断，与物料间接交换热能。为了提高热交换效率，要求冷却水在筒 体内，每个断面的水温基本相等，筒体轴线方向的水温能较均匀地形成由低到高的温差梯度。 也就是说，冷却水通过筒体时，应沿整个筒体四周均匀分布流动，没有死区，保证筒体内壁均 为有效的热交换面。 因为冷渣机只能在出料侧的一点通过管路流入冷水却水， 从出料侧的一点 经管路排出冷却水， 所以必须解决冷却水在筒体内的均匀分布流动问题。 在内外筒之间设计了 导水板，通过试验确定了导水板的形状和安装位置，较成功的解决了这一问题。 在冷渣机筒体内固定的螺旋叶片， 其高度和螺距是根据物料输送需求量、 热交换需用时间 和简体转速综合考虑决定的。 为了保证冷渣机的使用寿命， 对筒体和螺旋叶片之间增设了防磨 条。炉渣进入筒体，即随筒体转动，当到达一定高度时，如果不设防磨条，炉渣将在重力作用 下不断沿内壁滑动前进；加设防磨条之后，炉渣与筒体内壁的磨擦力增加，炉渣不再沿内壁滑 动，仅处于高位的炉渣在重力作用下连续向下散落前进。可见，加设防磨条之后，炉渣在筒体 内的运动状态改变了，炉渣与筒体和螺旋叶片的磨损是极轻微的。而且由于在加防磨条之后，226第九章冷渣器的设计与运行由于炉渣在连续散落过程中受螺旋叶片导向前进， 炉渣可以连续翻动地与筒体内壁接触， 大大 加强了热交换效能。冷渣机的驱动装置由电磁调速电动机、减速机、联轴节及传动轮组成，两 组传动轮直接带动筒体转动。 2003 年，公司对全国全行业滚筒式冷渣机用户进行系统调查后，结合现场维修技术人员 的丰富经验，进行技术改进，成功解决了原滚筒式冷渣机存在的漏渣和漏水等一系列问题，诞 生第二代滚筒式冷渣机：WWR-II 系列滚筒冷渣机。2004 年，巨鼎公司在广泛客户满意度调 查基础上，冷渣机研发小组与西南交通大学课题组一起，根据 CFB 大型化的特点，开发大型 滚筒式冷渣机，对原滚筒式冷渣机水循环进行系统改进，并首次采取蜂窝式内螺旋叶片，彻底 改革水循环，明显提高了冷却效果，解决了水套死循环问题，正式定名为 WWR-Ⅲ系列风水 冷却式滚筒冷渣机。 该产品第一次打破了滚筒式冷渣机冷渣温度不够理想的现状， 将出渣温度 降到 150 度以下。成都巨鼎锅炉辅机设备公司的滚筒冷渣机业绩见表 9-6，WWR-III 型滚筒冷 渣机示意图见图 9-8。表 9-6 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 用户名称 辽河油田热电厂 昆明南磷集团 联邦制药集团 泸县电厂 泸天化股份公司 无锡锅炉厂 东方锅炉集团 云南宣威磷电工程 青海盐湖工业集团 宁煤集团煤矸石电厂 广西百色银海发电公司 数量 4 4 4 4 4 6 9 4 6 2 6 巨鼎锅炉辅机滚筒冷渣机业绩 时间 03 04 05
冷渣机型号 WWR-II-920 WWR-II-920 WWR-II-920 WWR-II-920 WWR-II-920 WWR-III-10 WWR-III-10 WWR-III-8 WWR-III-9 WWR-M-10 WWR-I7 配置 10t/h 10t/h 10t/h 10t/h 10t/h 2台 3台 2台 3台 2台 锅炉 1×130t/h 2×130t/h 2×130t/h 2×130t/h 2×130t/h 3×260 t/h 3×240 t/h 2×240 t/h 2×260 t/h 1×260 t/h 东锅 460图 9-8巨鼎厂 WWR-III 型系列风冷却式滚筒冷渣机示意图 227第九章冷渣器的设计与运行9.2 风水联合冷渣器的设计冷渣器的设计内容在于通过计算选择合适的台数、 结构尺寸和性能参数， 将锅炉的排渣冷 却到合适的温度，并合理回收热量。 9.2.1 确定冷渣器台数和结构尺寸以及布置位置 冷渣器台数和结构尺寸应根据冷却的渣量大小、 所需控制的最终排渣温度以及炉膛的几何 尺寸综合考虑确定，可参考表 9-7。冷渣器布置的位置则应综合考虑锅炉的燃料加入点以及回 料点的位置来具体考虑，总的原则应尽量远离这些点，以避免底渣中的含碳量太高。 9.2.2 选择各风室流化风量 Q，流化风速 W，风压 P ， ， 通常在进行冷渣器的设计时， 首先确定的是流化风速。 根据各个流派的不同所选取的流化 风速也有一些差异，总的来讲，一般选取范围在 0.5~2.0 m/s 范围内。当冷渣器分为选择仓与 冷却仓时风速应分仓计算，因为有可能不同的仓选取不同的流化风速。 在确定了流化风速以后，即可根据(9-1)公式计算所需要的流化风量。W=Q nFm/s(9-1)式中 Q――通入冷渣器的流化风量，m3/s，流化风温一般可取各仓中的平均温度； n――冷渣器台数 s； F――冷渣器截面积，m2。 在流化风量计算出来以后， 应对流化风量占锅炉总燃烧用风量的比例进行仔细核对， 避免 冷渣器用风量过大，从而对锅炉的燃烧有影响，一般来讲，该比例不要超过 10%。否则应采 取联合冷却的冷渣方式。 料层阻力P = H
g式中 H――床层高度，m；kPa(9-2)ρp――颗粒质量，kg/m3； ε――堆积空隙率；g――重力加速度，m2/s。 冷渣器所用风压的选取应在料层阻力的基础上， 考虑冷渣器回风管处背压以及管道的沿程 阻力后得到，一般应为 30-35kPa。 9.2.3 冷渣器埋管传热计算 在冷渣器传热计算时， 通常忽略散热损失， 认为灰渣粒子放出的热量全部被冷却介质吸收。228第九章冷渣器的设计与运行根据热平衡方程和传热方程求得出口渣温和冷却介质温度。其中传热温压按对数平均温压计 算。传热系数根据冷渣器型式不同按推荐的公式或经验选取。根据各区域传热系数不同，也可 进行分段计算。 在计算中必须考虑足够的备用系数或余量， 以满足事故处理或锅炉变工况运行 的需要。此外还必须采取有效的防磨措施，以提高装置的可靠性。 冷渣器的传热计算，可参考清华大学吕俊复教授推荐的方法。 总传热量 QQ = K T
H式中 K――整体平均传热系数，W/m2℃； △T――传热温压，℃； H――受热面积，m2。(10-3)K=1 r0 r r
1 + 0 ln 0
+ riα f λ
(10-4)式中r0――埋管外径，m； ri――埋管内径，m；αf――管内工质与管内壁面的换热系数，W/m2K； λ――埋管材料的导热系数，W/mK； αb――床向外壁面的换热系数，W/m2K。人们对于床向外壁面的换热系数αb 做了大量的研究工作，发现床向外壁面的换热系数αb 与流化速度、床温、床料颗粒粒径及其分布有关。 对于公式(10-4)中分母第一项管内工质与管内壁的换热系数αf，若管内工质是水，其换热 系数αf 比αb 大一个数量级，故第一项可以忽略。 在考虑结构修正的床向埋管外壁的传热系数αfb 如下式：0.44 0. 3
Rem & 2500
(10-5) α b=
式中 λg――流化介质的导热系数，W/m℃； cg――流化介质的比热，kJ/kg℃；229第九章冷渣器的设计与运行Rem――基于管径的雷诺数：Rem =d t
umg(10-6)dt――管子直径，m； u――流化速度，m/s； um――质量流化速度，kg/(m2s)；μg――流化介质黏度，Pas； ρs――灰渣比重，kg/m3； ρg――流化介质比重，kg/m3； ε――床料的空隙率；ε =11
εs R(10-7)εs――床料颗粒的空隙率，与床料的性质有关；d――颗粒直径，m； ； cs――结构修正系数，若埋管横向节距为 s1，纵向节距为 s2，cs 为：
3.5 1 6d t
(10-8)在流化速度为 u 条件下，床层膨胀比 R 为：
6.01(d ρs )
(d ρs ) & 0.26
(d ρs ) & 0.26 (10-9)则冷渣器中的埋管的传热系数 K 为：K=ξr
+ riα f λ
r0 r0(10-10)式中 ξ――冲刷系数。其定义为有效冲刷面积 H 与理论冲刷面积 H0 之比，ξ＜1，通常 0.9 ＜ξ＜0.95，可取为 0.93；αf――埋管内部的工质对管子内壁的换热系数，如果计算的话，可由以前的文献中非常方便地获得。230第九章冷渣器的设计与运行由于进入冷渣器的热渣温度与流化介质的温度存在差异， 因此发生传热前的气固两相流的 平均温度可以根据混合温度求取：T0′ =Bash csT ′ + Bair cg α i Bash cs + Bair cgT0′ + T ′′ 2(10-11)床的平均温度 T 为：T =(10-12)式中 T″――假定出口渣温和流化介质温度，℃。 传热温差△T 为：T =
t )此引入温压修正系数φ，可以取为 0.98。 9.2.4 典型风水联合冷渣器设计参数 一些典型风水联合冷渣器设计结构性能参数，见表 9-7。表 9-7 名 1 个数 2 风帽型式 3 风帽数量 4 单个风帽小孔数 5 单个风帽小孔风速 6 单台布风板截面尺寸 7 单台进口流化风量 7 进口流化风温度 8 单台底渣量 9 渣出口温度 称 符号 一些典型风水联合冷渣器设计结构性能参数 B 电厂 A 电厂 C 电厂 465t/h 炉 440t/h 炉 440t/h 炉 单位 设计值 GLZ Gfm Gfmk ufm a4×b4 QLZ′(10-13)式中 φ――温压修正系数。由于埋管受热面与床侧的传热不是典型的交叉流，比较复杂，因E 电厂 450t/h 炉 设计值 4 定向 1036D 电厂 465t/h 炉 设计值 2 钟罩式 98 4 33设计值 2 钟罩式 159 外孔，4设计值 4 定向 1036 1个 个 个 m/s m3 22 T型 37 个 4 21 3.8×2.2 7.54/2 76 1.0 1504.726×1.38 1.79/2 60 1.8 1505.9 m25.9 m21.4×5.42 2.32 80 2.7 ＜150m /s(标) ℃ kg/s ℃8.53/4 20~190 3.6 1508.33/4 20~200 1.4 150θLZQDZ′′θDZ″9.3 冷渣器在国内的运行及改造情况自从国内几家大型锅炉厂引进国外流化床技术生产 220~440t/h 级 CFB 锅炉后，出厂的流 化床锅炉多采用风水联合流化床式冷渣器。 这种型式冷渣器的主要优点是冷却能力强，占地面积小，而且细灰可以返回炉膛，有利于 物料循环和传热，但是对入炉煤的粒度有严格的要求，一旦破碎粒度偏大、偏粗，就会影响流231第九章冷渣器的设计与运行化，造成超温、结焦、堵塞、排渣困难，影响锅炉安全运行。 按引进技术设计制造的 CFB 锅炉目前在电厂的运行情况分为三种： (1) 燃料制备系统能够保证燃煤粒度符合设计要求的电厂，风水联合冷渣器运行基本正 常：如云南循检司电厂、广州双水电厂、河南平桥电厂及广东东糖电厂等。 (2) 燃料粒度超过设计要求的电厂，经过电厂对设备的改进和运行方式的改进，仍坚持风 水联合冷渣器的运行，但是设备维护及劳动强度很大，这些电厂目前还很多； (3) 燃料粒度超标严重，风水联合冷渣器运行事故很多，又有经济实力的电厂，将风水联 合冷渣器改为滚筒冷渣机，如河南新乡电厂、开封电厂、山东白杨河电厂、济宁电厂、河北石 家庄电厂等。 下面是几个电厂的运行和改造情况。 9.3.1 HG 型风水联合冷渣器 华能白杨河电厂 HG-465/13.7-L.PM7 炉) 型风水联合冷渣器 渣器(华能白杨河电厂(1) 原风水联合冷渣器的运行状况 该厂原风水联合冷渣器是引进 Alstom 技术制造， 冷渣器分三个室， 各室底部布置有风帽， 下有流化风箱，形成三个小的流化床。一、二室连通，二、三室内布置有蛇形换热管束，二、 三室之间有一道高 1.8m 的风冷隔墙(后曾降低到 1.3m)，通过风冷隔墙的风是送往一室的流化 风，后因阻力大造成一室流化风量不足而改为将风冷隔墙“短路” ，实际运行中风冷隔墙并不 通风。为冷渣器配备了两台进口罗茨风机，额定功率 400kW，一运一备。 设计的理想排渣流程是， 利用锥形阀的开度控制炉内往冷渣器的排渣量， 热渣经过一室的 风冷，二室的风水联合冷却，一直处于良好流化状态，其中的绝大部分细渣在流化风的作用下 翻过风冷隔墙进入三室进一步冷却， 同样在流化风的作用下绝大部分细渣通过溢流排渣口排入 链斗输渣机，最细的一部分被流化风携带返回炉膛。在一、二室之间和三室下部设有φ219 和 φ159 的排大渣管，下接埋刮板输渣机，用于定期排出不易流化的大渣。 但是实际入炉煤粒度偏离设计要求较大。 锅炉设计中对入炉煤粒度的要求是： max≤7mm， d d50 =0.6mm，d&0.2mm 不大于 25%，而实际入炉煤中 7mm 以上的比例高达 10~20%，其中多 为煤矸石等硬度很大的杂质，20~40mm 的较大石块也不少。这种实际情况造成排渣粒度远远 偏离冷渣器设计时基于入炉煤粒度合格且不含煤矸石等杂质的情况下对应的理想排渣粒度， 于 是含有大量 20~40mm 粗颗粒的渣排入冷渣器后造成流化困难，在局部不能充分流化的区域未 燃尽的可燃物继续燃烧，热量不能及时带出形成结焦，结焦主要集中在一、二室。结焦后基本 不可能通过加大风量进行“再流化”的办法来解决问题，只能从底部的一、二室排大渣管伸入 钢筋捅渣，既有危险性，劳动强度又大，排出的粉尘还严重影响现场文明生产。 即使在冷渣器内不结焦的情况下，也只有少量的细渣能够实现“溢流排渣” ，大量的粗渣 都从排大渣管排入埋刮板输渣机，渣温比较高，尤其一、二室的大渣温度有时高达四五百度，232第九章冷渣器的设计与运行甚至从一、 二室排大渣管直接排红渣的情况也屡见不鲜， 直接引起埋刮板输渣机和链斗输渣机 频频故障，维护工作量和维护费用大幅增加。 该厂曾进行了多方面的探索和调整， 首先是优化排渣操作和冷渣器运行方式， 发现冷渣器 流化风机的风量偏小， 或者说相对于实际的排渣粒度是偏小的， 于是改为在一侧冷渣器排渣时 将另一侧的流化风门关小，以此来提高排渣侧冷渣器内的流化风量从而加强流化，避免结焦， 待充分流化冷却后再进行另一侧的排渣。这种办法有一定效果，但很显然会影响到排渣量，在 负荷高、煤质较差排渣量大的情况下无法维持床压，而且运行操作控制的难度大，操作十分频 繁。另外也对入炉煤的破碎设备进行了大幅的改造，使入炉煤的粒度基本在 10mm 以内，最 大不超过 20mm，但仍然不能彻底解决冷渣器内结焦和排渣温度高的问题。 (2) 更换新的滚筒冷渣机 为了彻底改善运行条件， 经研究决定改用二台青岛松灵环保设备公司的滚筒冷渣机， 其结 构特点如前节的介绍。 (3) 滚筒冷渣机的实际运行效果及分析 滚筒冷渣机投运后立即使原先排渣困难的局面发生了实质性的改观， 进入冷渣机的渣都能 十分顺畅的从出渣口排出， 没有发生一次冷渣机内部结焦或堵塞的问题， 加之冷渣机进出口处 的防漏渣结构和防止扬尘的负压吸尘管， 使得冷渣机处基本看不到粉尘， 整个锅炉房的环境卫 生状况彻底好转，这也是许多以前到过该厂的同行后来再参观现场时最直接的感受。 冷渣机投运以来，排渣温度比以前有大幅度降低，基本能满足下级除渣设备(一、二级链 斗输渣机)的要求，即渣温不高于 220℃，表 9-8 可以大体反映冷渣运行的基本情况。表 9-8 序号 1 2 3 4 5 6 冷渣机电机转速 r/min 101 115 161 267 317 372 山东华能白杨河电厂冷渣器运行情况 冷却水出水温度(℃) 52.5 61.8 58.8 73.6 71.7 73.8 冷渣机出渣温度(℃) 55.6 109 162 206 229 252冷却水进水温度(℃) 45.7 46.7 40 48 47.3 46.7注：经实测，冷渣机电机转速(CRT 显示值)在 330 r/min 时，滚筒转速约 3 r/min。随机组负荷变化，冷 渣机冷却水量和冷却水温度会发生变化，对渣的冷却有一定影响。通过试验和实际运行的摸索积累， 初步可以得出结论： 在保证设计冷却水量和冷却水温度 的前提下，排渣出力在 8t/h 时渣温在 170℃，两台冷渣机同时运行出力可达到 16t/h，完全满 足目前煤质条件(低位发热量不低于 19000kJ/kg)下带满负荷的要求。排渣出力达到 14t/h 以上 时渣温将达到 220~240℃，长期运行会对下级除渣设备产生不利影响。 滚筒冷渣机在排渣量的准确、 可靠控制方面拥有各种排渣控制阀所无法比拟的优势， 比如233第九章冷渣器的设计与运行原先的锥形阀， 它的开度和出渣量之间没有确定的比例关系， 而滚筒冷渣机的转速与出渣量之 间基本是一一对应的线性关系，在此基础上，该厂投入了床压自动控制，调节品质非常好，负 荷、 煤质发生变化时都能够自动维持床压在一定的范围内， 运行人员的监盘工作量因此进一步 减轻。更换滚筒冷渣机后，由于拆除了原先额定功率为 400kW 的冷渣器流化风机，代之以两 台额定功率仅有 15kW 的变频电机，节能效果非常明显：原冷渣器流化风机运行电流平均在 40A 左右，运行功率约 350kW，原两台埋刮板输渣机(改造时一并拆除)运行功率共 8kW;现两 台冷渣机平均运行功率之和约 15kW，由于取消冷渣器流化风机，其风量由二次风代替，使二 次风机运行功率约提高 106kW， 因此这项改造使锅炉辅机运行功率降低 350+8-15-106=237kW， 按机组平均负荷率为 80%(108MWe)计算，能降低厂用电率 0.22%，对于厂用电率普遍偏高的 CFB 机组，这也是降低厂用电率的一条简便途径。 但是，发现滚筒冷渣机还有一些问题有待改进，如在冷渣机的长度和滚筒直径方面，根据 现场的空间状况，可以考虑进一步加大，以增大换热面积，提高换热效果；可以考虑适当减小 滚筒内部螺旋叶片的导程，相应的提高滚筒转速，增强换热冷却效果，进一步降低排渣温度； 厂家配套的冷渣机进渣管密封/膨胀补偿装置还不够完善，寿命有待延长，可以考虑改进设计； 由于滚筒冷渣机主要依靠水冷，风冷比较微弱，而且热风是送到引风机入口前的烟道，热量不 能回收，细的物料也不能回收，在燃用某些特定煤种时可能会造成炉内细料不足，因此可以考 虑进一步增强风冷作用，并将热风送入炉内，从而实现细料返送。 9.3.2 DG 型风水联合冷渣器 华电石家庄热电厂 DG-410/9.81-9 炉) 型风水联合冷渣器(华电石家庄热电厂 该厂的四台循环流化床锅炉自 2003 年下半年正式投产以来，由于其风水联合冷渣器在运 行中出现一系列问题，多次造成机组出力受限。同时严重的设备磨损,使冷渣器部分构件的使 用寿命过短,设备维护成本居高不下，针对风水联合冷渣器的这一情况,该公司将原有一侧的风 水联合冷渣器改造为滚筒冷渣器。 改造项目于 2005 年 6 月 30 日正式投运， 实际使用效果基本 达到设计初衷，改造情况如下： (1) 原风水联合冷渣器结构及运行状况 河北华电石家庄热电有限公司安装了 4 台东锅设计生产的 DG410/9.81 一 9 型循环流化床 锅炉。 每台锅炉配备四台风水联合冷渣器， 对称布置于两侧墙， 控制排渣， 冷渣器分为四个室， 各室布置定向流化风帽，一次风提供冷渣器流化风，其中第一室为选择室与后三室相对独立， 只有一个排渣口相连接，后三室之间中下部分隔，底部交错布置排渣口，上部相通，流化风由 上部的回风口进入炉膛，出渣口位于第四室。底渣由进渣口进入冷渣器选择室，其中较细颗粒 随流化风由回风口返回炉膛， 较粗颗粒的底渣在流化风的定向作用下由排渣口进入下一室， 在 后三室流化风的作用下呈曲线状进入最后一室，由出渣口排出。 原有风水联合冷渣器存在一些问题，影响了锅炉的正常运行，如选择室床温、床压不易控 制，由于冷渣器进渣量采用脉动风控制，随着脉动风压的波动，冷渣器的进渣量也随之波动， 造成冷渣器在投运时和运行中容易发生选择室床温及床压不正常升高； 冷渣器用风量远大于设234第九章冷渣器的设计与运行计值，设计工况下，每台冷渣器的总流化风量约为 9000Nm3/h。而为了确保风水联合冷渣器内 部渣粒能够正常流动，每台冷渣器的实际流化风量达到 20000Nm3/h，加大了一次风机的出力， 投、停冷渣器时的调节幅度增加，当煤质较差、渣量大时更无法保证四台冷渣器同时供风，影 响机组满负荷运行；进渣管开裂、漏料，由于进渣量不易控制造成进渣管、回风管及其膨胀节 膨胀不均，内部耐火保温材料变形脱落，进渣管和回风管的金属温度急剧上升，导致进渣管、 回风管开裂漏料；冷渣器风帽磨损严重，锅炉机组在连续运行数月后，停炉检查发现冷渣器内 的风帽磨损严重，个别的风帽严重磨穿。磨损严重的风帽多分布在渣料流动比较集中的地方， 如进渣管出口附近和各仓室绕流孔附近。 风帽磨损主要原因是冷渣器流化风量偏大， 渣料的流 动速度快，对风帽的冲刷加剧；冷渣器不进渣， 冷渣器投运时，经常会发生进渣管不进渣的 现象。原因为进渣管内部结焦堵塞、选择室结焦或进渣管炉膛开孔处大颗粒淤积。这种情况在 锅炉正常运行时无法进行处理，冷渣器只得退出运行。 (2) 冷渣器的改造 由于四台循环流化床锅炉所配置的风水联合冷渣器自锅炉投产后一直受上述问题的制约， 处于不安全运行状态，频繁发生堵塞、结焦以及无法引渣的情况，在采用了一些非常规的手段 后(运行中人工进行冷渣器的疏通)，每台锅炉能够确保长期投运的冷渣器也均不超过两台。而 且大量的清渣工作对周围的环境造成严重污染， 同时增加了发生人身事故的危险性， 鉴于此必 须考虑对排渣系统进行改造，彻底改变排渣系统运行可靠性差、安全隐患多的现状。 冷渣器改造可利用空间为：长 5533mm×宽 2550mm×高 2248mm。经研究决定采用江苏 靖江合金机械厂生产的 DSL-W 型滚筒冷渣器，其占用空间小于现场可利用空间，并且与现有 气力输渣系统匹配，适合用于现有锅炉冷渣器改造。 该滚筒冷渣器由进料装置、出料装置、旋转筒体、驱动电机、旋转接头、防窜装置、构架 等部分组成。 在工作时通过减速机驱动摩擦轮使滚筒低速转动， 筒体内部的灰渣在旋转叶片的 作用下缓慢向低温段移动，在轴向叶片的作用下被携带至滚筒顶部然后落下，完成换热过程。 冷却水在由旋转水接头、水冷筒体及筒体外部回水管形成的管路中流动，将热量带走，回水可 回收利用。水源取自化学除盐水。 DSL-W 型滚筒冷渣器的主要技术参数为，设计输送量：0~16t/h；物料粒度：≤20mm； 物料进口温度：1000℃；物料出口温度：≤80℃；筒体转速：0.8~8r/min；冷却水入口温度： 20~30℃；冷却水出口温度：≤80℃。 (3) 设备改进后运行效果 采用 DSL-W 型滚筒冷渣器改造后，锅炉安全稳定运行水平显著提高。冷渣器无须再人工 清渣。既保证了职工的人身安全，又杜绝了锅炉限负荷、非计划停运，整个机组的安全运行水 平显著提高。改造前全年度排渣系统用于设备更换部件和维修的耗资达到 192.6 万元。而由于 排渣系统故障造成的锅炉出力受限的损失不少于 1300 万元。而各种冷渣器清理工作产生的人 工耗资达到 20 万元。通过改造以上大量人力、物力得到了节约，同时环保、安全等无形效益235第九章冷渣器的设计与运行巨大。改造中将冷渣器的冷却水回收至低脱，底渣内所含热量充分利用，减少低脱的除氧用气 量，与去年同等运行条件下比较，机组煤耗由 363.26g/kWh，降至 361.84 g/kWh，由于降低了 一次风机的出力，机组的厂用电率从 10.9％降至 10.8%，机组的经济性得到了提高。 但是改造后发现，C、D 冷渣器原有的供、回风管道拆除后，为保证炉膛内部两侧物料分 布的平衡，则需同时投运两侧的冷渣器。由于炉膛左侧无回风，而炉膛右侧回风量较大(约为 25000Nm3/h)，造成炉内水平方向的动力场发生偏斜，进而引发氧量偏差，炉内燃烧不平衡， 水冷壁吸热不均，锅炉效率下降。但是在锅炉负荷大于 70％的条件下，通过调整二次风的偏 差，加之总风量较大，基本抵消了风量偏差造成的负面影响。炉膛左侧改为滚筒冷渣器后，排 渣不再具有选择性，导致炉膛左侧的部分细颗粒排出，炉膛稀相区的颗粒浓度有所下降，对锅 炉负荷产生一定的不利影响。在同等的运行条件下(总风量、燃煤品质和燃煤量基本相同)，改 造后的锅炉蒸发量较改造前低 19t/h。从运行角度出发，采用增大石灰石供给量和投运飞灰再 循环系统这两项措施，弥补炉内细颗粒不足的缺陷，完全能够保证机组额定工况运行的要求。 9.3.3 SG 型流化床冷渣器 济宁运河与华能济宁电厂 SG440/13.7-M562-3 炉) 型流化床冷渣器(济宁运河与华能济宁电厂这两个厂的设计煤种都是烟煤，灰分也差不多，冷渣器的设计结构及参数也完全相同，运 行状况也差不多，现在运河电厂虽然困难不小，仍然采用风水联合冷渣器，而济宁电厂已经改 为滚筒冷渣器。 (1) 运河电厂的运行情况 运河电厂的 2 台 440t/h 循环流化床锅炉， 冷渣器为风、 水冷却形式， 设计进渣温度 880℃， 经过冷渣器的两个冷却室的冷却， 落渣口的出渣温度为 150℃； 冷却室蛇形管中的水温从 35℃ 加热到 70℃左右再引出。设计从冷渣器侧面的正常排渣口排渣，但一直无法实现，不得不利 用底部事故放渣进行改造，将事故放渣口当成了“正常排渣渠道” 。冷渣器进料管道没有阀门， 冷渣器一旦发生受热面泄漏、严重结焦等问题时，无法使之与炉膛隔离，只能停炉。 冷渣器不能实现正常排渣口排渣的主要原因是入炉煤的颗粒大， 超过 10mm， 最大 30mm， 炉内燃烧不完全，排入冷渣器后继续燃烧，造成冷渣器结焦。煤中矸石较多，细碎机破碎后的 粒度超过 20mm，甚至更大，进入炉膛后不燃烧，比重大，排入冷渣器后流化不起来，无法翻 越中间隔墙，只能从事故放渣口排出。冷渣器内部结构不合理。集中体现在中间隔墙太高、正 常排渣口太高，进入冷渣器粗渣室的粗渣难以越过进入细渣室。 因此进行冷渣器底部事故排渣系统改造， 增加两个气动放渣门； 改善煤质， 调整碎煤设备， 使入炉煤粒度小于 10mm；进行冷渣器内部改造，增加回料管手动隔绝门。冷渣器内部中间隔 墙和正常排渣口标高降低，基本可以实现冷渣器的正常排渣。 (2) 华能济宁电厂运行情况 华能济宁电厂风水联合冷渣器对入炉煤颗粒度适应性较差， 影响机组的安全运行， 且厂用 电高，5#炉已更换为青岛松灵电力环保公司的滚筒冷渣器。改造后可保证排渣正常，同时可取236第九章冷渣器的设计与运行消冷渣风机，可降低厂用电率约 0.45 个百分点。 9.3.4 气垫床冷渣机在电厂的运行情况 (1) 气垫床冷渣机在高坝电厂的运行情况 四川内江高坝电厂装有从芬兰引进的一台 410t/h CFB 锅炉，燃用南川煤，灰分为 22%， 锅炉在设计煤种下额定负荷运行底渣量为 13t/h。该锅炉底渣冷却系统原配置 6 台底渣冷却器 (每台出力 2.7 t/h)，1 台刮板输渣机、1 台斗式提升机和 1 座 600m3 底渣库。每套底渣冷却系统 采用二级冷渣，第一级为单流化床选择性冷渣器，第二级为水冷螺旋冷渣器。锅炉投运后因煤 质问题严重影响运行， 不得不进行改造。 经过调查、分析、比较之后，高坝 电厂认为 SA 型溢流式气垫床冷渣机能 较好地解决上述问题，选用由衡阳市启 皓科技有限公司生产制造。 型溢流式 SA 气垫床冷渣机是应用喷泉床原理对灰渣 进行冷却。特殊设计了气垫槽配送冷却气垫床与选择性流化床冷渣机内渣温度变化比较 风装置， 在床内有效地建立温度梯度场， 图 9-9 气垫床与选择性流化床冷渣机内渣温度变化比较T,(℃) 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 气垫床冷却温降线 选择性流化床冷却温降线200℃ 120℃见图 9-9，能迅速将进入冷渣机的高温炉渣吹散并冷却；它没有风帽，不会发生堵渣、结渣现 象。与螺旋冷渣机、滚筒式冷渣打机相比，没有机械转动部件，没有机械故障与安全隐患；与 多仓式流化床选择性冷渣机相比，冷却效果好，又没有风帽，不存在堵渣、结焦和风帽磨损问 题， 灰渣流动更通畅， 因此运行可靠性更高。 SA-10 型溢流式气垫床冷渣机系统简图见图 9-10， 设计参数见表 9-9。电除尘器 前水平烟道炉膛燃烧室 旋风分离器 风室 截断阀 膨胀节回料管 自动排渣阀 型冷渣机压缩空气自动排渣风 接一次风底渣刮板机图 9-10SA 型溢流式气槽冷渣机系统简图 237第九章 表 9-9 项目名称 冷渣量 排渣温度 冷却风量 冷却风压 进口风温 单位 t/h ℃ m3/s kPa ℃冷渣器的设计与运行SA-10 型溢流式气垫床冷渣机技术经济参数 参数 ≥10 120±50 5.5 &6 ≤25 项目名称 出口风温 冷却水量 进口水温 进口水压 出口水温 单位 ℃ m /s ℃ bar ℃3参数 200±20 0.006 ≤25 6-16 ≤852004 年 10 月，该厂采用湖南衡阳启皓科技有限公司生产的容量为 10t/h 的 SA 溢流式气 垫床冷渣机安装完毕，并投入运行，约一半的底渣从 SA 溢流式气垫床冷渣机排出，排渣温度 能控制在 150℃(在额定负荷 10t/h)以下，其余指标达到或超过设计要求，使用情况较好。 经过一段时间运行后，SA 溢流式气垫床冷渣机逐步暴露出一些问题，如冷却水管的长度 不够、检修不便等，特别是因 SA 溢流式气垫床冷渣机排出的热风未考虑回收，直接引入空气 预热器后尾部水平烟道，热风带走的颗粒进入电除尘器较多，导致电除尘器除尘效果差，且造 成炉内细床料大量丢失，影响锅炉正常流化。 为此，该厂将常压式 SA 型溢流式气垫床冷渣机改为正压式 RA 型返回式气垫床冷渣机， 如图 9-11 所示。直接将冷渣机排出的热风和细床料回收炉膛，并配合厂家及专利人完成了设 计，于 2005 年 3 月底生产出了 RA 返回式气垫床冷渣机。RA 返回式气垫床冷渣机同样是气 垫床冷渣机的一种，布风板水平布置。在 2005 年 5 月的大修中，该厂进行了第二期的改造工 作。即用 1 台 10t/h 的 RA 返回式冷渣机来替代原有的 1#底渣冷却器及 1#水冷螺旋冷渣器，锅 炉排渣口不变，冷渣机出口的热风通过原 1#底渣冷却器回风口进入炉膛，解决了热风和细床 料回收问题，避免了对除尘器的影响。图 9-11RA 型返回式气垫床冷渣器系统简图 238第九章冷渣器的设计与运行从 RA 型返回式气垫床冷渣机运行情况看，克服了 RA 型溢流式冷渣机的缺点，运行可靠 性和经济性进一步提高。2005 年 10 月份机组小修中，该厂对所有底渣冷却器实施了改造，工 程总投入 286.4 万元，预计投资回收期 16 个月，可实现年直接经济效益为 216.78 万元。锅炉 效率也由改造前的 85.88％提高到改造后的 87.82％。整体改造后的冷渣风取自再循环风机出 口，一次风作为备用风，冷却水采用凝结水，冷渣机排出的渣通过输渣绞龙送入刮板输渣机。 底渣系统改造后近 5 个月的应用实践证明，RA 返回式气垫床冷渣机冷却效果好，运行稳 定、安全、可靠，为大型循环流化床锅炉降低锅炉底渣系统排渣温度，减少维护工作量及降低 维护费用，提高锅炉运行的安全性、稳定性和经济性有着重要的意义，具有明显的经济效益、 环保效益和社会效益。 特别是近年来煤质下滑后， 我国大部分循环流化床锅炉都存在和高坝发 电厂相似的问题，推广应用返回式气垫床冷渣机更具有现实意义。 9.3.5 射流床式冷渣器在电厂的运行情况 射流床冷渣器己在大唐桂冠合山发电厂、华电宜宾电厂、重庆方盛电厂、重庆天富电厂等 用户投入使用。 下面以四川华电宜宾发电有限责任公司 410t/h 锅炉和广西大唐桂冠合山发电有限责任公 司 420t/h 锅炉为例，说明射流床冷渣器的应用情况： (1) 华电宜宾发电有限责任公司 配有 4 台风水联 华电宜宾发电有限责任公司 11#炉系东方锅炉厂生产的 410t/h CFB 锅炉， 合冷渣器，自 2004 年 1 月 15 日投入商业运行以来，冷渣器风帽磨损大，一般冷渣器在检修后 连续运行约一月的时间就出现部分风帽从根部脱落或背部、 侧面磨穿的现象； 冷渣器内部结焦， 风帽磨损后，排渣能力下降，底渣在冷渣器风帽磨损部位发生堆积，引起该处结焦；冷渣器内 部出现不走渣的现象， 由于原冷渣器设计时， 有意将底渣在冷渣器内部的流动设计为迷宫式结 构，造成底渣多次转向，这就对冷渣器内定向风帽的安装要求极为严格，特别是转向处的风帽 更是如此，一旦在安装或检修时有少量风帽未能按设计角度安装，或运行中部分风帽磨穿，就 出现不出渣的情况； 2005 年 5 月利用该公司停机检修的机会，对四台冷渣器中运行状况最差的 3#冷渣器进行 全风冷改造，5 月 19 日机组启动以来，#3 冷渣器已作为该厂的主要冷渣器连续运行至今，运 行情况良好，现在，以高出校核煤种 8％的煤(校核煤种为 37%，实际为 45%；设计锅炉底渣 量为 17.9t/h)在满负荷时，连续三个多小时运行的情况下，单投#3 冷渣器，也能保证锅炉床压 不增加，排渣温度不超标的要求，#冷渣器的排渣温度长期保持在 80~120℃之间，低于原冷渣 器的设计排渣温度，且回风温度达到 250℃以上，同时在长期高负荷运行只投一台 3#冷渣器的 情况下，试验证明，除排渣温度略超标外，完全可以保证机组的长期带高负荷而保证床压不增 加的要求，改造取得圆满成功。 改造 3 个月后，于 2005 年 8 月 13 日、14 日对 3#冷渣器进行测试，测试的数据(DCB 画面 数据)见表 9-10；2005 年 8 月 13、14 日的入炉煤的粒度分析见表 9-11。239第九章冷渣器的设计与运行表 9-10 射流床冷渣器运行数据 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 负荷 t/h 187.43 185.25 186.00 266.95 298.83 300.32 299.63 184.17 385.4 397.87 396.14 395.42 300.45 煤量 t/h 30.73 31.15 29.19 41.17 44.58 46.27 45.11 30.2 58.07 59.6 58.21 57.97 45.56 第一室 风量 m /h 00 86 20 45 5066 表 9-11 粒 度 R7&(%) 9.24 3.20 9.43第二室 风量 m /h 4.8 7.4 1.8 3.4 0 3.5 4320.33第三室 风量 m /h 22 05 99 37 64743第四室 风量 m /h 88 34 82 70 73533总风量 m3/h 34.8 64.4 26.8 08 56 87.5 23213.3进/出口 风温 ℃ 37.5/257 38.5/286 37.5/245 40/290 41.5/275 42/284 43/279 43/246 49.5/298 48/296 46.5/287 46.5/279 43/281进/出口 渣温 ℃ 563/56 573/50 570/80 566/54 548/53 543/48 550/47 596/61 553/51 556/51 562/53 567/54 591/552005 年 8 月 13、14 日的入炉煤的粒度分析 、 R3 一 R0.8(%) 24.96 24.40 26.56 R0.8-R0.2( % ) 26.64 31.20 32.56 筛下物(%) 21.00 24.16 11.40R7 一 R3(%) 20.12 17.04 20.008.13 白 8.13 夜 8.14 早从上面的数据可以看出出渣温度很低， 远低于设计的数值， 后经现场实际测试溢流出渣口 的温度在 70℃~90℃之间，也低于设计值。 2005 年 9 月对 2#冷渣器进行改造，29 日投入运行，在锅炉满负荷并且加入石灰石脱硫的 情况下，2# 、3# 冷渣器同时投入运行，溢流口的排渣温度实测为 65~70℃，排大渣温度为 110~120℃； #炉剩余 2 台冷渣器也在 2005 年底全部改造完成， 11 目前已投入运行； 该公司 490t/h 炉的 4 台冷渣器现在正在改造施工中。 (2) 广西合山发电有限责任公司 广西大唐桂冠合山发电有限责任公司 8#炉是 420t/h CFB 锅炉，配有该锅炉厂引进技术生 产的两台风水联合冷渣器，锅炉出渣口为侧面排渣，经过一个“Z”型的排渣管后进入冷渣器。 自投产以来，一般运行 8 天，冷渣器就出现故障，甚至引起停炉的问题，在运行过程中进渣不 能实现有效控制，经常出现排渣管结焦、冷渣器内部结焦、冷渣器冷却水管磨损漏水等问题， 原设计一台冷渣器可以满足锅炉满负荷的需要， 实际运行中在正常情况下， 一台冷渣器最大只 能满足机组 80％的负荷需要，该厂经常出现因冷渣器的问题压负荷的情况，给机组的安全稳 定运行造成了极大的影响。240第九章冷渣器的设计与运行2005 年 4 月对 8#炉 A 侧冷渣器进行改造，拆除原有的风帽式布风板结构，改为密孔布风 板结构；拆除原隔墙改为悬空隔板结构，把原有的风箱改为四个分风室，把冷渣器进渣管改为 风控进渣阀。改造后，冷渣器进渣量的大小可以通过控制进渣管上的高压流化风量来实现，在 锅炉满负荷(排渣量约为 15t/h)、煤粒度较大情况下，一台冷渣器即可保证锅炉的排渣要求，排 渣温度在 120~140℃之间，回风温度可达 300℃以上。冷渣器实现了连续、均匀、可靠排渣， 改造达到预期的效果，机组的可用小时数增加了近 800 小时，一年多发电 6000 万 kWh。9 月 又对 8#炉 B 侧冷渣器进行全风冷改造， 并于 10 月 4 日投入运行。 运行后排渣温度在 110~130℃， 回风温度达到 350℃以上，并且可以实现连续安全可靠排渣，改造取得成功。总之射流床冷渣 器，结构简单、磨损小、排大渣能力强、冷却效果好、并且运行安全可靠、维护量小。9.4 风水联合冷渣器的改进 风水联合冷渣器的改进9.4.1 HG 型风水联合冷渣器的改进效果―广东新会双水电厂的运行经验 型风水联合冷渣器的改进效果 效果―广东新会双水电厂有两台 HG-480/13.7-L.WM11 循环流化床锅炉， 每台炉配两台风水联合 冷渣器，在炉布风板前开有两个排渣口，用锥形阀控制排渣量，冷渣器排出的渣通过缓冲斗进 入 D 泵，再由气力输渣系统送入渣库。 此类型冷渣器是哈尔滨锅炉厂最新改型产品， 原产品虽然是按引进技术生产的， 但它不适 应我国 CFB 锅炉因煤质及破碎系统造成的排渣粒径大，不宜流化的现状，从而使冷渣器出现 堆渣、结焦等故障。为此，采取加大风冷的作用，提高一、二室的流化速度；采用倾斜式布风 板(排渣口为最低点)，使用钟罩式定向风帽；降低二、三室之间的隔墙，并且为较粗渣粒通过 隔墙进入三室，在其下部开辟通道；将三室较高的溢渣口移至底部等措施。 冷渣器分为三个室，一室是空室，二、三室空间布置冷却水管束(汽机凝结水)，二、三室 间砖砌耐磨隔墙， 高度为 1200mm； 在隔墙底部离布风板约 300mm 处， 开有两个 300×300mm 的方孔，使大渣不能越过隔墙(保持一、二室有一定的存渣量)，而部分稍微大一点的渣可以从 此孔流到三室。一室侧墙设有事故排渣口，在二室布风板下(偏隔墙处)开有非常排渣口，三室 布风板后部开有正常排渣口，粗、细渣排放均用电动闸阀控制。热渣从冷渣器一室顶部进入， 先落到一室得到风冷，然后在一室流化风的作用下，向二室移动，得到风冷和水冷，二室的渣 比较粗，较细渣越过隔墙进入三室。冷渣系统配备 A、B 冷渣泵和冷渣风机。 冷渣器运行的基本原则是排渣(由锥形阀控制)要“少量多次”从而能充分有效地利用风和 水的冷却作用，试想长时间不排渣，冷渣器流化风会以很低温度进入炉膛，达不到冷却灰渣的 作用，却对炉内燃烧不利；一旦长时间打开锥形阀，会使大量热渣进入冷渣器一室，造成一室 “压死” ，不流化，来不及冷却致使其上部结焦，甚至严重到被迫停炉。 电厂总结出了一套有效的运行控制方式：①由 DCS 自动控制锥形阀的排渣时间，即开阀 2 分钟，关阀 2 分钟，再开阀 2 分钟，再关阀 2 两分钟，以此不断运行下去。其好处是上一次 2 分钟的排渣，在关阀时能得到初步冷却，且向二室移动，下一次 2 分钟排出的热渣可与低温241第九章冷渣器的设计与运行的陈渣混合，在风冷下进一步降温，达到了防结焦的目的，运行人员可根据炉膛床压及冷渣器 一室上部温度设置锥形阀的开启幅度；②一、二、三室压差设定的原则是在最大程度冷却热渣 的同时，不会造成堆渣挤压进而不流化，此压差应由试验确定，并由 DCS 自动控制。 广州新会双水电厂冷渣器典型运行工况见表 9-12。原煤粒度见表 9-13。冷渣器一、二、 三室风量匹配大致如表 9-14。二、三室的渣量比例，烧混煤时二室排渣约是三室的 5 倍。表 9-12 广州新会双水电厂冷渣器运行业绩 负荷 MWe 70 90 100 110 120 130 140 150 煤量 t/h 42/46 46/56 48/60 52/66 57/72 62/76 66/79 72/85 灰渣量 t/h 3.0~4.8 3.0~4.8 3.0~4.8 3.0~4.8 4.8~6.6 6.6~8.4 8.4~10.2 10.2~12 风量 Km3/h 38 38 37 36 36 36 37 37 水量 t/h 56 60 61 64 68 70 75 80 水温差 ℃ 1/3 2/3 2/3 3/4 3/5 3/5 3/5 3/8 渣温 ℃ ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 ＜100 电耗 Kw.h 360 360 359 359 361 362 362 365(1)上表中灰渣量是估计值(根据渣库满渣速度推算出来)。 (2)冷渣风一般控制在 34-38Km3/h 左右，主要根据渣组成而定。 广州新会双水电厂原煤粒度(随机取样 随机取样) 表 9-13 广州新会双水电厂原煤粒度 随机取样 (原煤为：京西煤/越南煤=1：1) (单位：%) 5mm 以上 4.7 16.79 17.18 13.92 23.40 23.59 9.69 9.39 13.54 10.07 4~5mm 1.35 0.00 2.17 1.97 2.22 2.99 4.07 3.22 2.70 3.45 2~4mm 13.04 15.39 16.21 17.49 15.29 16.13 19.91 19.67 17.16 16.47 1~2mm 17.41 18.53 14.39 13.66 13.32 13.41 16.79 17.50 15.60 15.94 0.45~1mm 16.72 13.21 12.56 11.58 11.53 11.84 14.05 15.07 14.61 14.33 0.45~0.2mm 8.35 4.91 6.12 5.28 5.69 5.84 6.36 7.62 7.12 5.82 0.2mm 以下 36.40 36.17 31.37 36.10 28.54 26.32 29.03 27.53 29.24 33.70新会双水电厂冷渣器一、 表 9-15 新会双水电厂冷渣器一、二、三室风量匹配 A 5#炉 150MWe 一室 二室 三室 风门开度% 100 57 25 风量 km3/h 00 压差 kpa 17.3 13.4 3.56 242 风门开度% 100 36 32 B 风量 km3/h 72 压差 kpa 16.8 13.6 3.79第九章冷渣器的设计与运行自从按设定的方式实施后，冷渣器能正常运行，运行人员工作量大为减轻。因此，风水联 合冷渣器只要控制好原煤粒度，正确运用，是能较好的完成排渣任务的。若二、三室之间的隔 墙降低，则三室排渣量增大，更加有利于运行。 9.4.2 DG 型风水联合冷渣器运行问题及改进措施 (1) 冷渣器设计 冷渣器一般有两种型式， 即机械式和非机械式。机械式包括滚筒式冷渣器或螺旋绞龙式冷 渣器；非机械式即多仓式选择性排灰冷渣器。该公司目前已投运的 CFB 锅炉大都配备按美国 FW 公司引进技术设计制造的多仓式选择性排灰冷渣器。 一般 100MWe 等级以下的锅炉每台锅 炉配两台冷渣器，100MWe 等级及以上的锅炉每台锅炉配四台冷渣器。 DG 型选择性风水冷冷渣器结构见图 9-12。冷渣器一般分为四个仓室，其上设有一个进渣 口、一个排渣口和一个回风 口。沿渣的走向冷渣器的四个 仓室分别为第一选择室和其 后的三个冷却室，每个仓室之 间用耐火砖砌成的分隔墙隔 开，在进入下一个仓室之前， 渣绕墙流过，以延长停留时 间，增强冷却效果，每个仓均 有其独立的布风装置，布风装 置为钢板式结构，在布风板上 布置有“г”型定向风帽， 冷渣器 各仓的流化风来自单独配置 的冷渣器流化风机。冷渣器配 有事故喷水，用于紧急状态下 冷却灰渣，喷水通过雾化喷嘴 喷入冷渣器，以防止事故喷水 进入除灰系统。如果进渣管路 上发生堵塞，可用压缩空气进 行吹扫。 根据渣量的多少，从而确 定在冷却室内是否布置水冷 管束。 当底渣量较少时， 则选用纯风冷的冷渣器， 由于没有水冷管束， 这种冷渣器结构较简单， 检修也较为方便； 但如果锅炉渣量多， 仅用纯风冷不能将渣温冷却到下一级除渣设备要求的温 度， 就必须在冷却室内加入水冷管束进行深度冷却， 水冷管束的水源一般采用温度较低的冷凝243 图 9-12 改造后的风水联合式冷渣器示意图第九章冷渣器的设计与运行水，即采用风水联合式冷渣器。这种冷渣器结构上较为复杂，而且检修不方便。 该冷渣器的设计是根据从 FW 公司引进的冷渣器计算程序计算的， 冷渣器的面积越大， 冷 却效果越好，所需要的风量也越大。如锅炉燃用的煤质较差，渣量较多，为了保证冷渣器出口 渣温达到要求，就需加大冷渣器布风板面积，冷渣器的用风量也相应要增大。由于冷渣器的用 风包含在锅炉总风量内， 冷渣器的回风设计思路是作为二次风送入炉内， 但由于这部分风刚性 差，起不到二次风所要求的穿透作用，因此，这部分风无法强化炉内的燃烧，而这势必会影响 锅炉的性能。 所以， 如何应对目前国内市场上配套循环流化床锅炉的的冷渣器便成了一个亟待 解决的问题。 (2) 冷渣器存在的问题和改进措施 运行中发现，该冷渣器还存在一些问题。如炉膛到冷渣器进渣管堵渣，主要发生在早期设 计的冷渣器上。进渣管底部从下往上装设有几排流化风管，这些风管高出进渣管底部，当炉膛 内出现焦块、 “J”阀回料器有耐磨浇注料脱落，因渣块较重沉积在进渣管下方，就会在这些风 管处被卡住，从而造成堵渣。将这几排流化风风管改从进渣管侧面斜向下插入，同时，对进渣 管内的松动风采取单独吹扫的方式，进渣管基本不会出现堵渣现象。选择仓有时出现结焦、塌 床现象。风水联合冷渣器实际是一个小的流化床，同炉内的流化一样，只要保证冷渣器的正常 流化，就不会出现结焦现象。冷渣器结焦，实际上是冷渣器内的流化出现了问题。冷渣器内的 结焦最容易出现在选择室。 当选择室出现大的渣块流化不良时， 炉渣在冷渣器各室之间流动不 畅， 在选择室内形成堆积后导致塌床， 而在塌床后未及时疏通继续进渣， 最终导致冷渣器结焦。 冷渣器塌床和结焦的主要原因是入炉煤粒度偏大导致炉渣粒径过大。 冷渣器的排渣粒度一 般要求小于 10mm，当渣粒大于 30mm 且数量较多时，就容易出现塌床、结焦，因此，入炉煤 的粒度要求控制在 13mm 以下，但是，现在国内的循环流化床锅炉机组因煤质及破碎设备等 因素，基本上不可能完全满足设计粒度的要求，出现很多大的煤颗粒，这样就使冷渣器的工作 条件出现了变化， 大渣在选择室很容易堆积从而引起塌床和结焦。 冷渣器第一仓侧墙或布风板 上增加了一个事故排渣口，并在侧墙上布置打焦孔，用于选择渣仓内出现大渣堆积、流化不良 时清渣。 冷渣器进渣量无法精确控制。 冷渣器运行中经常发生大量过渣的现象， 很容易堵塞冷渣器， 另外排渣量过大，还造成冷渣器出口排渣温度偏高，影响输渣泵的正常工作，严重时造成输渣 泵输送不及或输渣管路堵塞， 造成冷渣器被迫停运。 其原因主要是冷渣器出口没有控制排渣量 的手段，而进渣管排渣风对排渣量的控制作用有限所致。在冷渣器出口装设旋转排渣阀，通过 对旋转排渣阀转速的调节从而有效控制冷渣器的进渣量。 为防止旋转排渣阀使用效果不好， 在 最后一个室增设溢流排渣口， 以保证冷渣器内始终维持一定厚度的料层运行， 原底部排渣管定 期排放粗渣。 将布风板倾斜布置可减少粗颗粒在前面各室的沉积， 使渣能更好地向后面流动， 确保冷渣 更好的运行。244第九章冷渣器的设计与运行炉膛内布风板上采用定向风帽，这种风帽的输送能力非常强，如两侧的给煤量很大，在炉 膛内未经充分燃烧就被吹到排渣口附近， 大量煤粒随渣料排入冷渣器。 由于渣料温度接近炉膛 燃烧温度约 900℃，选择室内又有大量空气，所以大量的未燃尽炭颗粒迅速燃烧，从而结渣成 块，造成选择室堵塞。减少两侧给煤机的给煤量，并改善冷渣器的投运操作方法，同时适当加 大冷渣器的流化风量，选择室结渣的现象得到了很大改善。 运行人员监视调整非常关键。运行人员要密切监视冷渣器各仓室的床温、床压，如发现选 择室出口有堆积现象或选择室塌床时，要及时停止进渣，待冷渣器选择室疏通后再继续进渣， 否则，冷渣器就会出现结焦。 风水联合冷渣器水冷管束仓检修困难。因水冷管束中心线距布风板仅 550mm 高，该冷却 仓不能在侧墙上布置检修人孔。 该公司常规设计是在布风板上装设检修人孔， 但由于布风板上 敷设了耐磨材料且布置有风帽， 运行后在布风板上还有一定的床料厚度， 实际上该人孔门几乎 无法打开，以致该冷却仓难以检修和更换风帽。增加水冷管束与布风板之间的高度，便于水冷 管束的检修。 冷渣器内风帽磨损严重。冷渣器风帽的磨损严重的区域多分布在渣料流动比较集中的地 方，如进渣管出口附近和各仓室绕流孔附近。在运行过程中，为了防止冷渣器结渣及便于渣的 输送，流化风量往往远大于设计值，使得渣料的流动速度加快，对风帽的冲击加剧，磨损也加 快。另一方面，冷渣器的运行方式也与风帽的磨损有很大的关系。如果冷渣器在运行过程中不 能维持一定的料位，即出现空床现象，排渣方式类似于气力输送，不仅渣得不到有效冷却，还 将大大加剧冷渣器内风帽的磨损。 针对这种情况， 在系统设计上要求在冷渣器出口增设旋转排 渣阀，通过调整排渣阀的转速，从而维持冷渣器床面有一定的料位，减少风帽的磨损。 冷渣器用风量大。冷渣器至炉膛的回风作为二次风送入炉内，但该股风的穿透力差，无法 在炉内起到扰动和混合的作用。 原设计的冷渣器选择仓和冷却仓完全隔离， 选择仓和冷却仓出 口各设有一个到炉膛的回风管， 选择仓的回风管安装在更靠近炉膛布风板的位置， 该处压力也 较高，当选择室的风量较小时，炉内的床料就会从选择室回风口反料到选择室内，这就容易造 成选择仓塌床或结焦。为避免这种情况发生，就只有采用大风量运行。 由于冷渣器用风量较大， 相应二次风风量减少， 大量的冷渣器回风削弱了二次风的调节作 用，对炉内的燃烧配风也产生一定影响。使炉内燃烧工况变差，造成飞灰含碳量偏高。公司通 过工程实践，将冷渣器的选择仓回风管取消，同时将选择仓和冷却仓上部联通，仅设置一个回 风管以增大回风量，从而提高回风的刚度，增强炉内的扰动，强化燃烧。FW 引进的冷渣器的 流化空气由一次风提供， 而冷渣器在不同负荷变化下所需风量的变化率与一次风的变化率是不 相同的，有可能造成负荷变动时一次风提供的冷渣器的流化风量不足而使冷渣器内堵渣或结 焦。根据工程实践，将冷渣器的流化空气改由单独冷渣器风机提供，无论在什么负荷下，始终 能满足冷渣器的用风量，保证灰渣的流动。另外，冷渣器用风都是冷风，如果冷渣器的用风量 太大，就会使得进入空预器的风量相应减少，造成锅炉的排烟温度偏高，影响经济性。245第九章冷渣器的设计与运行FW 原设计冷渣器隔墙开孔较小，此处容易堵渣，现将隔墙开孔增大到 450mm×450mm， 同时，将冷却室隔墙孔处的风帽也由两排增加到三排，并在隔墙的开口处加装了压缩空气管， 当粒度较大排渣不畅时开启压缩空气， 可辅助冷渣器内渣的流动， 这对提高冷渣器运行的可靠 性效果较为明显。 虽然锅炉设计冷渣器时考虑具有 100％的备用裕量。 但实际运行中， 如果冷渣器发生故障， 无法将冷渣器切除检修，只有停炉后才能处理，则 100％备用失去意义。现在冷渣器的进渣管 和回风管上分别加装一个插板门， 当冷渣器出现事故时， 只要将进出口的插板门关闭即可进行 检修。 当所有冷渣器同时投运时的用风量不超过总风量的 8%时，采用风水冷冷渣器；当所有冷 渣器的用风量超过总风量的 8%时，采用滚筒式冷渣器。 东方公司生产的非机械式选择性排灰冷渣器在燃料的入炉粒度完全满足设计要求的前提 下，冷渣器的运行没有问题，这种型式的冷渣器能够有效回收底渣中的热量，从而降低灰渣物 理热损失，提高锅炉的效率。当燃料的折算灰份大于 6 时，选用机械式冷渣器；当燃料折算灰 份小于 6 时，选用非机械式冷渣器。9.5 对 CFB 锅炉冷渣器运行效果的分析1992 年前我国 CFB 锅炉很少采用滚筒冷渣机，三套进口机组采用进口螺旋冷渣机，但由 于我国渣温高达 105℃，远比国外的炉渣高，导致其使用寿命很短。1992 年滚筒冷渣机在平顶 山宇春环保设备厂出现，大大地改善了电厂运行条件，当时最大机型出力可达 5t/h。此后，滚 筒冷渣机生产厂逐年增多，至今大型厂已有 7 个，而且产品性能和容量也在不断提高，其中尤 以青岛松灵公司生产的灵式滚筒冷渣机用于 100~150MWe 级大型 CFB 居多。 自从几个大型锅炉厂引进国外 CFB 锅炉技术后风水联合冷渣器在国内大量应用。这种冷 渣器有许多优点：冷却效果好，占地面积小，尤其是选择它将细渣返回炉膛，有助于充实循环 物料，增加传热，提高燃烧效率，但是中国国情与国外不同，中国煤炭质量差，矸石多，电厂 又不肯投资解决好燃料制备，满足不了设计要求煤的颗粒度、致使灰渣沉积结焦堵塞，无法正 常流化，影响锅炉正常运行，增加工人劳动强度。 根据调查， 目前已投运的设计采用风水联合冷渣器的 CFB 锅炉电厂少部分煤的灰分不高、 矸石不多、原煤颗粒较小的电厂锅炉运行正常，发挥出风水联合冷渣器的优越性，而大部分电 厂由于煤质差，且燃料制备不符合设计要求，而给冷渣器运行带来许多不便，电厂仍在千方百 计采取措施维持运行，而少数电厂问题太大，不得不改用滚筒冷渣机。投运后多数反映乐观， 减少劳动强度，提高运行经济性，特别是厂用电显著减少。 由于上述情况，有的制造厂在新设计 100~150MWeCFB 锅炉时，已决定采用滚筒冷渣机， 而在采用引进技术设计 300MWe 锅炉时，仍用风水联合冷渣器，原因是风水联合冷渣器在国 外是一种成熟的技术：传热效果好，细渣回收，而且占地面积小，排渣温度低，而滚筒冷渣机246第九章冷渣器的设计与运行目前尚无适用的产品，需要改进冷渣机内冷却方式，否则在零米处布置发生困难。这就要求在 燃料制备上下功夫， 电厂要肯于投资， 建立干煤棚或干燥设备， 采用两级破碎加一级筛分系统， 以保证要求的颗粒度。 根据上述分析，对于中国的 CFB 锅炉，则应根据煤的制备情况，分别采用两种型式的冷 渣机：风水联合式及滚筒冷渣机，关键问题是在锅炉设计时，充分论证，以求得正确选择。9.6 对冷渣器选择的建议1) 对于原煤粒度小，灰分不大的燃料，能够保证设计要求的入炉煤粒度，建议采用风水 联合冷渣器，并消除运行上发现的问题，改进设计，提高产品性能； 2) 对于原煤灰分大，矸石多，无法保证要求的颗粒度，为了减少劳动强度，提高运行经 济性，建议采用滚筒冷渣机。 青岛松灵公司的冷渣器， 单机出力大， 运行效果较好；可供选用。 平顶山宇青厂也有一定生产规模。 3) 对于原煤灰分大，矸石多，而又要求采用风水联合冷渣器的电厂，必须改进燃料制备， 包括耐磨的两级破碎机+筛分+干燥设备，以保证要求的设计入炉燃料粒度。关于渣中细灰的 回收问题，将来如果需要，可要求制造厂设法加装。 4) 对于燃料特性一般(灰分中等，矸石不多)的电厂则根据用户要求选用冷渣器型式。 当要求采用风水联合冷渣器时应采用改进后的设计产品； 当要求采用滚筒冷渣机时， 需注 意解决当燃料灰分小细灰不返回炉膛带来的循环物料减少产生的后果。 5) 气垫床冷渣机，射流床冷渣器的开发投运为选择冷渣器又增加了一个机会。这两种型 式的冷渣器原理是介于风水联合及滚筒式冷渣机之间， 既克服了前者的结渣堵塞的弊端， 又没 有滚筒式的漏水漏渣问题，而且细灰可以回收。参 考 文 献[1] 党黎军. 循环流化床锅炉的启动调试与安全运行. 北京: 中国电力出版社，2002 [2] 吕俊复, 岳光溪, 张建胜, 等. 循环流化床锅炉运行与检修(第二版). 北京: 中国水力水电出版社, 2005.10第九章 冷渣器的设计与运行 ...................................................................................................... 216 9.1 几种常用的典型冷渣器 ...................................................................................................... 216 9.1.1 HG 型风水联合冷渣器 ................................................................................................ 216 9.1.2 SG 型风水冷流化床冷渣器(FBAC) ........................................................................... 217 9.1.3 DG 型风水联合冷渣器 ................................................................................................ 217 9.1.4 气垫床冷渣机 .............................................................................................................. 218 9.1.5 射流床冷渣器 .............................................................................................................. 219247第九章冷渣器的设计与运行9.1.6 滚筒式冷渣机 .............................................................................................................. 219 9.1.7 滚筒式冷渣机生产厂家及生产业绩........................................................................... 220 9.2 风水联合冷渣器的设计 ...................................................................................................... 228 9.2.1 确定冷渣器台数和结构尺寸以及布置位置 ............................................................... 228 9.2.2 选择各风室流化风量 Q，流化风速 W，风压 P ....................................................... 228 9.2.3 冷渣器埋管传热计算................................................................................................... 228 9.2.4 典型风水联合冷渣器设计参数................................................................................... 231 9.3 冷渣器在国内的运行及改造情况 ...................................................................................... 231 9.3.1 HG 型风水联合冷渣器(华能白杨河电厂 HG-465/13.7-L.PM7 炉) .......................... 232 9.3.2 DG 型风水联合冷渣器(华电石家庄热电厂 DG-410/9.81-9 炉) ............................... 234 9.3.3 SG 型流化床冷渣器(济宁运河与华能济宁电厂 SG440/13.7-M562-3 炉) ............... 236 9.3.4 气垫床冷渣机在电厂的运行情况............................................................................... 237 9.3.5 射流床式冷渣器在电厂的运行情况........................................................................... 239 9.4 风水联合冷渣器的改进 ...................................................................................................... 241 9.4.1 HG 型风水联合冷渣器的改进效果―广东新会双水电厂的运行经验 .................... 241 9.4.2 DG 型风水联合冷渣器运行问题及改进措施 ............................................................ 243 9.5 对 CFB 锅炉冷渣器运行效果的分析 ................................................................................. 246 9.6 对冷渣器选择的建议 .......................................................................................................... 247 参 考 文 献............................................................................................................................. 247248