崔小武

(中國石油化工股份有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525000)

1 前言

20世紀七十年代開始，作為一種清潔燃燒新技術——循環(huán)流化床技術登上世界舞臺，并于八十年代得以快速發(fā)展。由于具有燃料適應性廣、負荷調節(jié)性好、燃料效率高、氮氧化物排放低、易于大型化等優(yōu)點，現在世界范圍內得到廣泛應用。

隨著循環(huán)流化床鍋爐的大型化發(fā)展，對底渣處理系統(tǒng)的要求越來越高，其運行的穩(wěn)定性直接影響著循環(huán)流化床鍋爐的性能。燃料在循環(huán)流化床爐內燃燒放熱后形成底渣，進入到冷渣器，再經刮板機、斗提機輸送至渣庫。爐膛排放出的高溫底渣含有大量的熱量。高溫的底渣不僅對冷渣器有較高的運行要求，也惡化了運行環(huán)境，造成嚴重的熱污染。因此，循環(huán)流化床鍋爐冷渣器的正常運行和底渣的冷卻已經成為循環(huán)流化床優(yōu)化運行需面對解決的問題之一。

2 鍋爐概況及排渣系統(tǒng)簡介

2.1 鍋爐概況

某石化企業(yè)自備電廠鍋爐采用福斯特惠勒公司(FW)設計的高壓、單汽包、自然循環(huán)的循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐主要由爐膛、緊湊型水冷分離器、“J”閥回料器、尾部對流煙道、第二代選擇性冷渣器和風道式啟動燃燒器組成[1]。爐膛是由焊接的鰭片管屏組成的氣密全膜式水冷壁，爐膛底部采用水冷式布風板和箭頭型噴嘴。爐膛中上部布置6片屏式Ⅱ級過熱器。尾部對流煙道依次布置Ⅲ級、I級過熱器、省煤器和空氣預熱器。鍋爐主要技術參數見表1。

表1 鍋爐主要技術參數

2.2 燃料成分組成

該鍋爐設計燃料為100%石油焦，校核燃料為60%焦+40%煤，其中石油焦和煤的成分見表2。

表2 燃料成分

2.3 排渣系統(tǒng)

冷渣器是保證循環(huán)流化床鍋爐進行底渣排放的主要冷卻設備，對保證鍋爐安全運行具有重要作用。冷渣器不僅可以將爐膛排出床渣冷卻，也可以將部分未燃盡的細顆粒返送回爐膛，并為爐膛提供助燃風。如果冷渣器不能夠做到正常運行或者設計不符合要求，就會運行鍋爐和整個機組的安全和經濟性能。

冷渣器按冷渣方式來劃分主要有濕法和干法兩種；按傳熱方式分類有直接式、簡接式和混合式。目前國內循環(huán)流化床鍋爐常用的冷渣器有風水聯合冷渣器和滾筒式冷渣器兩種[2]。

本廠鍋爐所用冷渣器為多室結構的混合式冷渣器。冷渣器位于每臺鍋爐兩側，采用冷一次風作為冷卻介質冷卻底渣。冷渣器分四個區(qū)域，分別為選擇室，第一、二、三冷卻室。爐膛出來的高溫固體燃燒物在選擇室完成燃燒，冷一次風將較細的固體燃料及石灰石顆粒帶回到爐內并作為燃燒空氣，然后進入冷渣器的后三個分室進行強制風冷卻。在冷渣器隔墻底部有一個開孔，利于噴嘴將大顆粒底渣從一個冷卻風室運送至下一個冷卻室。冷渣器配置緊急滅火用的冷卻水，緊急情況可通過位于選擇段和后面三個冷卻段的噴嘴注入冷渣器內。底渣排出速度由第三冷卻室的流量控制調節(jié)閥進行控制。見圖1。

圖1 風冷冷渣器

冷渣器底渣設計正常排放量為84384噸/年，最大排放量為92832噸/年。冷渣器日常相關控制參數見表3。

表3 冷渣器控制參數

3 底渣運行情況

自鍋爐正常投入生產運行以來，長期受到冷渣器排渣溫度高的困擾[3]。由于所用的循環(huán)流化床鍋爐原設計使用燃料為石油焦(校核燃料為60%焦+40%煙煤)，但因石油焦價格居高不下。為確保公司整體效益最大化，鍋爐裝置投產后，主要以燃用煙煤及無煙煤為主。由于燃料工況變化較大，導致冷渣器實際出力不足，當燃燒灰份高于30%或鍋爐負荷高于320t/h時，冷渣器排渣溫度嚴重超標，冷渣器冷卻三室溫度居高不下，時常導致排渣旋轉給料閥出現聯鎖跳閘的現象，對鍋爐運行存有較大安全隱患，影響鍋爐系統(tǒng)的安全性及經濟指標的提升。在停爐檢修改造前，1#CFB鍋爐冷渣器排渣溫度與鍋爐負荷，灰分之間關系曲線圖見圖2。

圖2 改造前鍋爐負荷，排渣溫度和燃料灰分關系圖

由附圖1可見，1月10～12日，由于鍋爐燃料配比出現偏差，入爐燃料灰分出現波動，升高到30%以上，導致1#爐排渣溫度驟升至250℃以上，導致1#CFB鍋爐排渣旋轉給料閥多次聯鎖跳停，影響鍋爐正常排渣，使鍋爐安全生產存在隱患。而4月7～9日，外界用汽負荷大幅增加，1#CFB鍋爐產汽負荷達到320t/h以上，入爐燃料加大，鍋爐兩側冷渣器進渣量也大幅增加，冷渣器溫度也升至200℃以上。由此可見，1#CFB鍋爐在面對燃燒灰份高于30%或負荷高于320t/h時，處理鍋爐排渣量稍顯能力不足，導致整體溫度偏高，影響鍋爐熱效率。

4 改造方法

經研究討論后，解決排渣溫度高的方法主要有更換冷渣器和對冷渣器進行改造。由于考慮到重新選型，更換冷渣器的方法投資大且購買周期長的因素，而采用對冷渣器增加水冷盤管能有效回收0.5%～1.8%的底渣排渣熱損失[4]，最終選擇了通過在冷渣器冷卻2室增加水冷盤管的方法來降低排渣溫度。

具體改造方法是在鍋爐停爐檢修期間，對鍋爐兩臺冷渣器的冷卻2室各增設一組材質為奧氏體不銹鋼管的水冷盤管，利用汽輪機發(fā)電后40℃左右的凝結水，通過水冷盤管與底渣進行換熱回收熱量，從而冷卻底渣溫度?？紤]到汽輪機跳車導致凝結水量不足的情況，增加一路除鹽水補充水，溫度約35℃。而經換熱后的混合水(約為51℃)，再經另一組換熱器加熱至110～120℃后，送至除氧器，加熱除氧后作為鍋爐給水使用。

圖3 改造前

圖4 改造后

5 改造后效果

經改造后冷渣器的運行情況來看，整個換熱系統(tǒng)運行正常。期間冷渣器溫度曲線見附圖2，由附圖2可見，6月14至19日入爐燃料灰分多次達到30%以上時，鍋爐兩個冷渣器的排渣溫度也能維持在100℃以下，而當8月20至26日期間，鍋爐負荷高達310t/h期間，鍋爐兩側底渣排渣溫度經水冷盤管冷卻后，最高值也未超過150℃。充分證明冷渣器增加水冷盤管后冷卻效果顯著。

冷渣器改造后有效的消除了底渣排渣溫度高的安全隱患，提高了鍋爐運行的安全性和穩(wěn)定性。此外，利用底渣余熱對汽輪機凝結水進行加熱后送至除氧器，也減少了除氧器自用蒸汽的消耗，這樣底渣中的大部分熱量就被送回鍋爐本體中，大大減少了鍋爐灰渣物理損失熱量，提高了鍋爐效率和運行的經濟性。經核算，改造后年凈效益達到170萬元。

圖5 改造后鍋爐負荷，排渣溫度和燃料灰分關系圖

6 結束語

通過對冷渣器改造前后參數曲線對比，證明了經過對改冷渣器進行改造的可行性，有效的解決了原冷渣器難于適應鍋爐負荷和煤質變化問題，降低了排渣溫度，減少鍋爐熱損失，提高鍋爐效率，且能為鍋爐創(chuàng)造經濟效益。改造項目整體投資較小，改造后系統(tǒng)運行良好，但仍需長周期運行才能進一步檢驗改造后系統(tǒng)的穩(wěn)定性和水冷盤管的耐腐蝕性。

[1]FW國際能源公司(上海).2×310t/h CFB鍋爐運行維護手冊，2009.

[2]譚云松，劉海峰.CFB鍋爐冷渣器的分類與選型[J].鍋爐制造，2004(2).

[3]王振華，王海濤.大型CFB鍋爐底渣設備系統(tǒng)優(yōu)化[J].工業(yè)鍋爐，2011(6).

[4]姜孝國，張縵，杜守國.CFB鍋爐冷渣器及渣的熱量回收[J].鍋爐制造，2002(4)：20-22.