循环流化床锅炉冷渣器控制策略改进与优化

夏明明

摘要：除灰及除渣系统是火力发电厂不可缺少的组成部分，随着锅炉容量增大，产生的灰渣也相应增多， 为了保证除灰除渣系统的安全运行，开展灰渣的综合利用以及使灰渣处理达到环保标准是目前火力发电厂灰渣处理面临的首要问题。

关键词：循环流化床锅炉；冷渣器；仪表与控制；改进与优化

冷渣器设备是循环流化床锅炉的重要辅机设备，直接影响锅炉安全稳定运行。从热工仪表配置及自动保护角度出发，深入分析设备运行过程中存在问题，制定自动控制优化措施，彻底解决了冷渣器在运行过程中安全可靠性差、自动化程度低的技术难题。

一、 两种冷渣器的性能比较

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。以下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，提高汽輪机效率。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。 （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 ，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。

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 ，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，同时运行时功率之和约为 20 kW。因拆除流化风机而减少的锅炉进风量由一、二次风机承担，使一、二次风机运行功率增加约 111 kW。那么本次换装冷渣器使锅炉辅机运行功率降低了 354+8-111-20=231 kW，按统计期间机组平均负荷率 80%（108 MW）计算，厂用电率降低了 0.21%。

二、技改措施

1.对落后的仪表进行更新升级，将每台冷渣器出口冷却水电接点压力表更换为测量精度高、性能可靠的压力变送器，将压力信号送至DCS系统，运行人员可在监控画面上实时监视压力大小变化，在冷却水压力信号超限时，可通过声光报警信号提示运行人员注意，及时采取调整措施。由于原冷渣器冷却水出水温度保护二次表可靠性差，经常存在保护误动、拒动现象，通过优化方案，将冷渣器冷却水出水温度信号直接送入DCS系统，减少中间环节，实现温度信号的远程显示、报警及联锁保护功能。原冷渣器出、入口隔离门全为手动阀门。在每次冷渣器事故处理和检修时，运行人员必须就地手动操作阀门，存在人身安全的风险，而且工作量大。为了提高冷渣器控制的自动化水平，降低人员劳动强度，在每一台冷渣器入口的冷却水管道上增加阀门电动装置，保证在事故状态下可靠地将故障的冷渣器进行系统隔离。在冷渣器冷却水母管金属软管发生爆管时，冷却水进、回水母管的压力变化不大，运行人员无法及时、准确地判断就地金属软管是否破裂，无法及时有效的处理异常情况。在进行技术论证后，在冷渣器入口冷却水管道上加装流量计，对冷却水流量大小进行实时监控，同时，通过逻辑判断，设置低流量保护措施，在事故状态下，可靠地停止冷渣器运行。由于冷渣器入口冷却水管道具有直管段较短、管道变径等特点，积极引进新型V锥式流量计，V锥式流量计是一种差压式流量计，它是通过节流取差压来反映流量大小的装置。V锥式流量计的测量原理与其他差压式仪表相似，但结构不同，悬挂在管线中心的V型椎体具有独特的整流功能。流体在节流元件的作用下，流场将经过“非稳定流—稳定流-横流”的变化过程，在节流元件的上游部分达到差压式流量计测量原理所需要的理想条件，从而本质上保证了测量的精度。同时，与V锥式流量计配套使用的是3051性高精度差压变送器，改造后，每台冷渣器入口冷却水流量测量数据的准确，性能也非常稳定，运行人员可以在DCS画面上实时监控冷却水流量大小变化。根据运行规程和冷渣器厂家提供的技术资料，对冷渣器冷却水流量设置低流量保护措施，在运行冷渣器冷却水流量达到低保护定值时及时联锁停止冷渣器运行。某电厂完成冷渣器就地热控仪表和控制装置设备改造后，对冷渣器DCS控制方案进行了完善与优化，充分考虑冷渣器在断水、堵渣等故障发生的各种情况，完善的控制逻辑。

总之，为了提高冷渣器的系统效率，在使用上要尽量和锅炉本体以及电厂的热力系统做到一体化设计，否则冷渣器只能作为降低热污染和减轻出渣劳动强度的作用.甚至在极端情况下，流化床冷渣器的效率可能为负值，不仅不节能，反而消耗了更多的能量。

参考文献：

[1]郝瑜.探讨循环流化床锅炉冷渣器控制策略改进与优化.2017.

[2]李武.浅谈循环流化床锅炉冷渣器控制策略改进与优化.2017.

（作者单位：新疆圣雄能源股份有限公司）