循环流化床锅炉排渣设备的应用

循环流化床锅炉排渣设备的应用

主要分析了国内CFB 锅炉排渣设备使用现状, 探讨干式排渣系统中的冷渣器、输渣机的合理性及发展方向, 介绍了几种成套的排渣系统, 重点分析气力输渣系统的应用情况. 关键词 循环流化床锅炉排渣设备

1、前言

循环流化床锅炉以煤的洁净燃烧技术及其较好的煤种适应性, 具有燃烧效率高、不易灭火、灰渣可利用性好等特点, 在我国中小型热电企业中得到迅速推广正向大型化方向发展. 但作为CFB 锅炉的辅机——排渣设备及系统的应用和发展确实存在相当的滞后性. 国内已投产的75t/h、130t/hCFB锅炉几乎没有成型的排渣系统能长期连续运行. 因此, 开发、研制、推广新型整套排渣设备势在必行.

2、国内外应用CFB 锅炉排渣设备的差别

国外CFB 锅炉均配有灰渣冷却装置、灰渣输送设备来冷却高温灰渣和输送低温灰渣, 这些装置设备应用基本是成功的, 这不仅与其设计、制造和运行水平有关, 而且还与其燃料特性(含灰量低、粒度小) 等有关. 由于灰渣量少, 且粒度较小, 灰渣的冷却和输送易于实现. 我国的CFB 锅炉多数燃用高灰低热值煤, 灰渣量大, 颗粒较粗, 冷渣、输渣问题未得到根本解决. 我国现运行的75t/h、130t/hCFB锅炉中几乎很少有成型的、完善的干式冷渣、输渣设备. 多数只有冷渣设备却无输渣设备. 少数CFB 锅炉还采用完全人工排放热渣, 自然堆放冷却或用水直接冷却. 不仅增加灰渣物热损失, 还污染环境, 也不利于灰渣的综合利用.

3、国内CFB 锅炉排渣设备的现状

循环流化床锅炉的排渣方式可分为湿式排渣和干式排渣两种形式.

3.1湿式排渣系统

是由工业水循环系统、渣沟、冲渣水泵、沉渣池等设备组成水力除渣系统. 是大型发电厂的典型排渣方式, 虽然应用技术过关, 但应用于CFB 锅炉, 水淬后的灰渣活性变差, 不宜于灰渣的综合利用, 且占地面积大, 灰渣物理热损失较大. 同时还带来了水污染及水资源浪费, 因此对于CFB 锅炉应用湿式除渣不是一种合理排渣方式, 不作推广使用.

3.2干式排渣系统

干式排渣是CFB 锅炉推广采用的主要排渣方式, 一般干式排渣系统由冷渣设备、输渣设备、储渣仓、冷渣器进料阀和储渣仓放料阀等设备组成. 目前国内运行的75t/h、

130t/hCFB锅炉使用的干式冷渣、输渣设备主要有以下几种.

3.2.1螺旋水冷式冷渣器

俗称水冷绞笼, 热渣沿螺旋槽道前进, 具有一定压力冷却水在绞笼外壳水套内和轴心、叶片的水套内流动, 两种介质逆向流动换热, 热渣可从850℃冷却到200℃左右, 可由调速电机调节转数实现自控. 其优点是换热量较大, 再燃性小, 运行稳定, 调节方便, 外型尺寸较小. 缺点是主轴、叶片磨损量大, 易漏泄, 每年需更换叶片防磨护瓦维护量大, 冷却水水质要求高(除盐水或软化水) 应合理设置一套水循环系统, 目前仍有许多用户在使用.

3.2.2滚筒水风冷式冷渣器

热渣进入滚筒后沿其内筒壁螺旋槽道前进, 内外筒夹套内通过冷却水与热渣进行表面逆向换热, 同时可接入风冷系统, 可将850℃的热渣冷却至200~300℃. 滚筒冷渣器的优点是磨损小, 维护量小, 使用寿命长, 结构简单, 运行可靠. 对冷却水水质要求不高(软化水或工业水即可). 缺点是换热量略低故外形尺寸略大, 目前应用范围很广.

3.2.3钢带风冷式冷渣机

该设备是应用于220t/h煤粉炉上的一种新型干式排渣设备, 也可应用于大型CFB 锅炉. 其结构主要由大量条形耐热钢板组成, 由两侧链条带动低速前进, 热渣落在钢板上受到负压通风大面积冷却至200℃, 冷风吸热升温至300~400℃, 可当做炉内助燃送风加以利用, 该设备优点是清洁卫生, 运行稳定可靠, 热能利用性好, 易于自控. 但设备造价太高, 投资大, 设备体积庞大, 只适合于大型CFB 锅炉.

3.2.4移动床式冷渣器

移动床冷渣器中灰渣靠重力自上而下运动, 并与受热面或空气接触换热, 冷却后的炉渣从下渣口排出. 有水冷式、风冷式和风水共冷式移动床冷渣器. 该设备具有结构简单、运行可靠、操作简便等优点. 缺点是体积庞大、换热效果差、应用较少, 只作为小容量或低灰份流化床中使用.

3.2.5风水共冷式流化床冷渣器

该冷渣器利用流化床的气固二相流特性传热, 以风冷为主, 水冷为辅, 冷渣温度随风量增加和渣量的减少而降低, 冷渣效果最佳. 采用合理的风水共冷式流化床冷渣器无机械设备, 结构简单, 维护费用低, 无需单独设置风机节电, 出口风温高于200℃可作二、三次风入炉, 冷渣水可选择低温给水或其他冷凝水, 出渣温度在120℃左右, 热能回收利用性好, 节能效果最佳, 使配套输渣设备工作安全可靠, 密封性好, 缺点是体积略大. 是一种很有发展前途

灰渣冷却设备, 应广泛推广应用.

3.2.6CFB 锅炉的输渣设备

目前国内应用的输渣设备主要有刮板输渣机、耐温皮带输渣机、斗式提升机、链斗输送机、正、负压气力输渣设备等. 刮板、斗提输渣机故障率高, 皮带耐高温性差, 只能耐温150℃, 且扬升角度小, 而链斗、气力输送使用效果与之相比较好.

3.3国内几种典型的排渣系统

3.3.1由滚筒或水冷绞笼冷渣器、灰刮板、斗式提升机、储渣仓等组成的机械排渣系统 该系统在锦州二热于1993年底投入使用, 刮板、斗提经多次改造, 能长期运行, 出力较大. 但排渣温度在200~300℃刮板受热膨胀, 总刮板传输距离长, 机械故障较多, 斗提外壳及提斗磨损量大, 传动链节距离长, 拉力负荷大易折断, 检修量大, 运行连续性差, 对环境污染较大, 不作推广使用.

3.3.2由滚筒或水冷绞笼、链斗输送机、储渣仓组成的机械排渣系统.

该系统采用链斗输送机运行状况有所提高, 链斗运行状况较稳定, 出力较大. 但在较高的渣温下, 转动部件也易损坏, 有待进一步改进. 但链斗的扬升角度可达到60度, 适合于高位传输且距离长、短均可, 目前应用较多.

3.3.3国电建设研究所为220t/h煤粉炉研制的较完善的干式排渣系统

可应用于大型的CFB 锅炉, 原耐温皮带输渣机因烧损而改为链斗, 运行状况较稳定, 设备清洁, 达到环保要求, 但设备投资太大, 不太适合于中小型CFB 锅炉.

3.3.4由滚筒或水冷绞笼冷渣器

配套气力输渣系统在沈阳新北热电公司已运行四年, 经多方位改造, 已逐渐形成合理、完善的干式排渣系统, 有一定的成功经验.

4、气力输渣系统的应用情况

一期工程两台北锅75t/hCFB锅炉于1997年底投产, 二期工程3号炉和两台1.2万kW 汽轮机于1999年底投产,1号和2号炉四套气力输渣系统于1998年安装并投入运行,3号炉气力输渣系统于1999年安装并投入运行.

4.1 1号和2号炉气力输渣系统主要设备

4.1.1水冷绞笼冷渣器

出力0.9~3.3t/h,冷却水采用除盐水循环系统, 流量33t/h,进渣温度870℃, 出渣温度200℃. 电机功率7.5kW, 变频调速.

4.1.2除渣风机

高压头离心式风机, 出口压力15.2kPa, 风量2400m3/h,配套电机功率45kW.

4.1.3气力喷射器

采用渐缩形喷嘴, 上部设有筛分渣块篦子.

4.1.4除渣管路

起初1号炉安装耐磨合金铸钢管Dn225×18,2号炉安装夹套铸石管, 铸石厚度为30, 最后全部改为Mn13Cr2的铸铁管.

4.1.5渣仓

有效容积120m3, 设有排烟系统, 配置分离器, 放渣门处有吸尘装置.

4.2 3号炉气力输渣系统主要设备

4.2.1滚筒式冷渣器

出力0~8t/h,冷却水也采用除盐水循环系统, 流量15~20t/h,出力温度≤60℃, 电机功率

7.5kW, 采用变频调速.

4.2.2除渣风机

罗茨风机, 出口压力39.2kPa, 风量1800m3/h,配套电机功率30kW.

4.2.3气力喷射器

采用渐缩渐扩形喷嘴, 上部有筛网来筛分大渣块.

4.2.4除渣管路

起初也采用夹套铸石管Dn170×30, 内外夹套6mm, 最后全部改为Mn13Cr2的铸铁管.

4.2.5渣仓

与1、2号炉基本相同.

4.3排渣系统运行故障分析

1、2号炉排渣系统1998年投入运行四年来,3号运行2年半, 起初由于煤质在16767kJ/kg左右, 排渣量适中, 水冷绞笼, 气力输渣运行效果较好, 能满足锅炉满负荷运行需要, 在运行半年后出现下列问题:

a. 铸钢管弯头出现磨漏现象, 铸石夹套运行半年后, 弯头部位相继磨漏,3号炉采用罗茨风机输渣出力较大, 磨损更为严重, 当时采用焊接后, 使用棕刚玉捣打料包裹维持运行, 出力逐渐降低.

b.1999~2001年由于煤质热值降低(9211~11723kJ/kg)含有大量煤矸石, 而且燃料破碎不

好, 粒度20~50mm占20%以上, 煤中还含有铁器, 造成除渣道频繁堵塞, 出力也大大降低. c. 铸石夹套管内套磨损后撬起, 阻碍输渣运行, 也造成管路堵塞.

d. 长期运行由于煤质热值低, 排渣量大, 温度过高, 铸石管受冲击出现炸裂, 大量铸石脱落, 严重堵塞输渣管道和出现管道磨漏故障, 难以维持运行, 而铸钢直管磨损量不大, 始终未更换.

e. 磨损漏泄后的铸石管路弯管采用棕刚玉捣打料包裹, 虽能维持较长时间运行, 但由于管路内凹凸不平, 增大了管道内风渣运行的阻力, 不利于长期运行.

5、解决问题的方法

5.1除渣管路的改进

铸钢管直管耐磨损无问题, 管壁薄弯头部位易磨损, 合金铸钢价格昂贵, 夹套铸石管又不适合200℃以上的渣温, 我们逐渐采用Mn13Cr2的铸铁管, 且将易磨损面可加厚到40mm 不易磨损面减薄到20mm 足以, 而且价格低廉, 具有可焊性, 修补方便, 使用寿命提高了3倍以上, 维护量小. 逐渐取代铸石管和铸钢管.

5.2气力喷射器的改进

改造原喷嘴流线形式减小阻力, 将原出口直径由Dn76扩大到Dn83, 输渣能力有所提高.

5.3煤质及粒度的改善

今年以来煤质热值保持在12560kJ/kg左右, 煤矸石量大大减小, 关键是保证了煤的粒度在10mm 以下, 且严格管理防止铁器入炉, 系统出力明显提高, 也避免了管路的堵塞.

5.4渣仓排烟系统的改造

渣仓由排烟系统形成的负压对排渣出力也有较大影响, 我们改造了三个渣仓的排烟母管排烟量不足及渣仓负压建立不起来的问题, 排渣能力也有较大提高.

6结束语

国内CFB 锅炉排渣系统目前虽然没有十分完善的、成型的设备, 但逐渐得到设计部门、制造厂家和用户的普遍重视, 流化床风水冷渣器以很好的节能技术、滚筒冷渣器和绞笼冷渣器都有可靠稳定的运行效果, 气力除渣系统、链斗排渣系统也都在走向较好的完善中, 这些成功的经验, 加上设计、制造、运行各方面的努力, 国内CFB 锅炉的排渣系统一定能走向成熟.