91 MW循环流化床锅炉冷渣器优化改造探讨

田丽敏

（晋能控股煤业集团万恒后勤平泉物业管理分公司，山西 大同 037000）

循环流化床燃烧是一种新型的高效、低污染的清洁燃煤技术，其主要特点是锅炉炉膛内含有大量的物料，在燃烧过程中大量的物料被烟气携带到炉膛上部，并经过非机械式回送阀将物料回送至床内，多次循环燃烧，使锅炉热负荷调节范围广，对燃料的适应性强。目前循环流化床锅炉基本采取配套冷渣器对炉膛渣灰进行冷却输出，将温度为900℃左右的高温渣灰冷却至150℃以下进行排渣。经过长期实践检验，目前循环硫化床锅炉机组配套安装的冷渣器主要包括水冷滚筒式和风水联合流化床式两种，另外还有部分厂家根据锅炉型号，研发采用风冷钢带式、气垫床冷渣器以及基于上述类型的改进型特殊型等。冷渣系统是锅炉机组处理高温渣灰的重要组成部分，冷渣器的排渣出力，运行稳定性、运行效率对锅炉机组运行稳定、安全、经济有重要影响，因此对机组配套冷渣器优化改造进行研究。

1 系统概况

91 MW循环流化床热水锅炉为单锅筒、全强制循环、∏型布置的燃煤循环流化床锅炉，运转层设置在8 m标高。煤燃烧后的灰分别以底渣形式从炉膛底部排出和以飞灰形式从尾部排出，底渣从水冷布风板上的4根Φ219 mm放渣管排出炉膛，四根落渣管均接冷渣机，事故排渣由冷渣机接管的斜管实现。锅炉运行过程中，煤种、负荷等因素都有可能导致床温变化，通过调整冷渣机排渣量来控制炉内循环物料量的多少，不同位置的排渣管排出渣的粒度不同，出渣量以维持合适的风室风压为准。因此根据炉膛内燃烧状况需实现选择性排渣，以维持炉膛内合适的循环物料量，来适应锅炉煤种、负荷的变化。根据上述情况及煤种变化设计配套四台冷渣器，运行能力均留出一定裕量，各冷渣器之间设计为独立运行，以适应锅炉选择性排渣以及节能降耗要求，型式采用对燃料适应性强、结构简单、体积小、故障率低、能够连续安全稳定运行的滚筒式冷渣机，水平布置方式。该冷渣器由内外双层套筒、进渣管组件、出渣装置、循环冷却水系统、传动装置、底座和控制部分等组成。内筒内壁焊接螺旋型规则布置的叶片，冷渣机运行时，滚筒转动，将底渣由叶片从进渣口逐渐推动至出渣口，高温渣灰热量经传导、辐射等形式带入到循环冷却水系统。在实际运行期间暴露出以下问题致使冷渣机运行不畅，主要集中在以下方面：

1）排渣管与滚筒冷渣器的进渣室之间的密封器件可靠性较差，高温灰渣存在泄漏喷出风险，直接威胁到周边设施设备安全运行。

2）出现渣灰自流喷灰，造成“自流”和“短路”等现象，使未被冷却的高温渣灰直接涌出出渣口，灼烧出口皮带以及输渣机，若不及时处理，可能造成锅炉机组停运严重事故。

3）冷渣器根据出水和出渣温度调节冷却水流量和滚筒转速的自动控温保护系统灵敏度不稳定，未能及时发出超温信号，出现冷却水气化导致压力过高现象，若气压持续升高超过筒体的承压范围，可直接导致冷渣器运行故障。

2 冷渣器运行问题分析

2.1 结构和安装问题

1）锅炉排渣口开始到冷渣机进渣口之间的膨胀装置处密封器件寿命较短。分析其结构和作用原理，排渣管与滚筒冷渣机进渣室之间主要由渣管、膨胀节、关断阀组成，关断阀采用手动高温闸阀，膨胀节根据工程需要主要有金属三维膨胀节、插入式膨胀节等，主要吸收锅炉膨胀量。在运行时需达到“进闸管出口灰渣自密封、与炉膛内的床料达到平衡”理想状态，但由于实际运行过程中，由于煤的种类、粒度和成灰特性等会影响底渣和飞灰所占份额，而锅炉煤质成分可能会偏离设计煤种，因此可能导致锅炉排渣粒度不稳定，降低了密封器件使用寿命。当炉膛内的物料、灰渣粒度较细或炉内压力出现较大波动，大量高温灰渣从排渣管涌入冷渣器，对密封器件冲击极大，此时高温炉渣具有极强的流动性，当灰渣不能形成自封闭，若炉内物料持续涌入冷渣机严重时即可造成“短路”事故。

2）冷渣机入口处由于安装角度限制，存在一小段水平管道，在锅炉运行时，对管道有一定的冲击，且出现大粒度灰渣可能出现堆渣，导致出渣不畅。

2.2 滚筒冷渣机设置

滚筒冷渣机设置有温度保护回路、压力保护回路等联锁保护装置。冷渣器会根据出渣温度以及冷却水出水温度及时启动自动控温保护系统控制冷却水流量和滚筒转速，降低出水温度和出渣温度，当冷却水系统的出水温度超温或出渣温度超温达到一定条件，会发出信号使冷渣器停止运行。但在实际运行时，会出现滞后调节现象，压力保护回路发出预警信号。分析原因发现，自动控温保护系统在冷却水温度超过90℃才会发出超温信号，此时冷却水已接近汽化临界状态，导致调温系统反应滞后，发生冷却水系统超压现象。

3 冷渣器优化改造方案

3.1 落渣管与排灰冷渣器密封

落渣管与排灰冷渣器之间应保证密封，连接方式为金属膨胀节以及硅酸铝耐火纤维毡，如图1所示。因膨胀节带有放灰口，停炉后再次点火前需打开放灰口将膨胀节内的积灰清放后再运行，以免积灰影响膨胀节正常运行。

图1 落渣管与冷渣器连接处示意图（mm）

3.2 冷渣机与落渣管之间应过渡平滑

为保证极端情况下排渣顺畅，冷渣机与落渣管之间应过渡平滑，冷渣机入口不要有水平段，斜角≥45°，如图2所示。

图2 落渣管与冷渣器连接方式示意图

3.3 冷渣器水平调整

冷渣机运行过程中由于转动系统以及其他支撑部件的磨损等原因影响冷渣机的水平布置，通过滚筒支撑装置调整冷渣器的水平，应对支撑圈磨损导致的滚筒高度下降，并根据其他易损部件的磨损程度及时更换维修，对冷渣机进行维护。特别是靠近返料口的冷渣机，由于所排渣（灰）粒度较细，应防止细渣（灰）的自流喷灰，确保不会发生“自流”以及“短路”现象，以免烧损出口皮带以及灼伤人员。

3.4 渣灰预防自流方式

安装预防渣灰自流的挡渣板，当有高温灰渣自流时，能够缓冲灰渣冲击力，减弱或阻止灰渣“自流”或“短路”。

3.5 冷渣器温度监测

增加冷却水出水温度以及灰渣温度测点，对出渣口以及冷渣器腔内温度进行监测。设置自动控温保护系统预警超温档，即冷却水出水温度在80℃的时间超过60 s时，发出超温信号，启动保护回路停运冷渣器，以保证系统灵敏度以及提供充足的系统反应时间。

3.6 冷渣器的自保

设置滚筒水室压力报警值，当滚筒内水温过高导致汽化后使压力升高至报警值，冷却水压力保护回路发出信号，停止灰渣持续进入冷渣器，待冷渣器持续运转30 min后再停止冷却水，保证冷渣器内热渣冷却或排出，防止热渣继续加热冷却水造成持续压力升高。做好冷却水系统安全阀的维护，保证安全阀的超压泄放功能。若以上控温、压力保护系统失效，当实际运行工作水压达到正常运行压力值的102%时，立即发出高压报警信号，使冷渣器自动停止运行，通过机械安全阀泄放压力，达到正常工作状态。

4 结语

91 MW循环流化床热水锅炉机组配套的冷渣器经优化改造后，提高了冷渣器预防渣灰“自流”和“短路”的能力，解决了进渣室密封器件的可靠性，保证了冷渣器自动控温保护系统灵敏度。实际运行过程中冷渣器连续运行安全稳定，极大地提高了机组的运行效率。