循环流化床锅炉滚筒式冷渣器冷态及热态特性试验研究

1、第22卷第5期电站系统工程V ol.22 No.5 2006年9月Power System Engineering Sep., 2006 文章编号:1005-006X(200605-0035-03循环流化床锅炉滚筒式冷渣器冷态及热态特性试验研究刘远超1尹洪超1刘建平2(1.大连理工大学能源与动力学院,2.大连市热电集团有限公司香海热电厂摘要:以大连市热电集团有限公司香海热电厂2台220 t/h CFB锅炉的滚筒式冷渣器为例,分析了原螺旋水冷式冷渣器运行中存在的各种弊病,详细介绍了滚筒式冷渣器在冷态和热态条件下的试验情况,并对试验数据进行分析,研究了多管式滚筒冷渣器在冷态及热态条件下的各种工况特

2、性,得出了一些规律性的结论。关键词:滚筒式冷渣器;排渣特性;运行特性;渣量;粒度中图分类号:TK227.3 文献标识码:BCold and Hot Test Study on the Rolling-cylinder Type Slag-cooler of CFB BoilerLIU Yuan-chao, YIN Hong-chao, LIU Jian-pingAbstract: Based on the two units of 220t/h CFBB in Dalian Thermal Power Group Xiang-Hai Thermal Power Plant, it studie

3、d the characteristics of the rolling-cylinder type slag-cooler which used before and its various disadvantages in the slag-cooler operation, described and analyzed the test results of the rolling-cylinder type slag-cooler both in old and heat states, studied the corresponding operation characteristi

4、cs in various working conditions for multi-pipe rolling-cylinder type slag-cooler. Based on the test, we come to some important and useful conclusions finally. Therefore, it conducted some general principal, which could serve as useful reference especially for the domestic similar CFBB units, which

5、employ the rolling-cylinder type slag-cooler.Key words: rolling-cylinder type slag-cooler; slag outlet characteristics; operation characteristics; slag quality; particle size循环流化床锅炉排放的底渣是一种宽筛分(020 mm、高温(约900 颗粒,属于比较难以冷却和控制的排放物料。目前,国内的燃煤循环流化床锅炉机组普遍存在底渣排放量大、由于入炉煤的碎煤效果不好而造成的底渣粒度偏大的问题。作为循环流化床锅炉的关键辅助设备之一

6、,冷渣器运行状况的好坏直接关系到锅炉机组能否安全稳定连续运行,同时这也成为当今制约循环流化床锅炉技术发展的一个难题。大连市热电集团有限责任公司香海热电厂装有2台220 t/h 循环流化床锅炉,配2 台25 MW 抽汽凝汽式汽轮发电机组。其锅炉底灰排渣设备原为螺旋水冷式冷渣器,每台锅炉配备2台,锅炉底渣(900950 进入螺旋式水冷冷渣器后,在两根相反转动的螺旋作用下,热渣与中空的螺旋叶片、轴以及空心外壳进行接触传热,其热量由空心叶片、轴和空心外壳内流动的水带走,完成间接热交换过程,冷却水源为电厂化学除盐水。冷却下来的灰渣(120150 由冷渣器出口排出。该冷渣器的初期产品为美国进口产品,在电厂

7、投产初期前两年运行性能良好,但在随后的几年运行中,冷渣器经常发生堵塞和卡死,而且转子和壳体磨损日益严重,经常磨穿漏水。漏水后的冷渣器无法正常排渣,影响循环流化床锅炉机组的安全运行。期间虽然对转子、壳体进行了多次的修复和更换,其故障率仍然越来越高;尤其是在当前煤炭市场供应紧张的情况下,锅炉燃煤煤质热值大幅下降,入炉煤的灰收稿日期: 2006-03-10刘远超(1977-,男,工学硕士,工程师。能源与动力学院,116024 分大量增加,远偏离了原锅炉设计煤种要求,而且更为严重的是入炉煤中的矸石含量增大,粒度偏大。在这种情况下,使得原冷渣器的运行工况和稳定性越来越差。尤其是在热电厂冬季供热期间(锅炉

8、接近满负荷运行,该问题已经严重威胁到锅炉机组的出力及稳定运行,曾经多次因冷渣器磨损严重而被迫就地直接排渣然后利用人力推渣,大大增加了锅炉运行人员的劳动强度;对原有的冷渣器系统进行彻底改造已经成为热电厂迫在眉睫的首要工作。2005年4月,经电厂和电力设计部门论证,最后确定选用多管式滚筒冷渣器作为原螺旋水冷式冷渣器的改造替代产品。1 多管式滚筒冷渣器的基本原理及参数介绍1.1 多管式滚筒冷渣器基本工作原理多管式滚筒冷渣器的基本结构如图所示,其工作原理 1.片7.基座8.内滚筒9.冷却水入口 10.冷却水出口11.出渣口转,锅炉炉膛内的高温物料由进料装置进入到滚筒的前端,随着大筒体的旋转,前端物料在

9、入口筒体导流板的作用下均匀进入了内滚筒。在每一个内滚筒里均装设有导流肋片,内滚筒在随着大滚筒旋转的同时,通过导流肋片将物料逐渐向出渣口输送。大滚筒与内滚筒之间充满流动的冷却水,物料在内滚筒被输送的过程中逐渐冷却下来。炉内床压的控制通过调整冷渣器的转速实现,最终满足锅炉正常运行排渣调整的需要。1.2 主要设计参数(见表1表1 多管式滚筒冷渣器的主要设计参数项目数值及说明输送能力/th-18筒体转速/rmin-1 0.88进口物料温度/ 1 000出口物料温度/120冷却水量/th-1 2030入口水温度/ 2030出口水温度/80冷却水压力/MPa 0.5传动电机功率/kW 3传动电机数量/台

10、2传动电机额定工作电流/A 6.82 多管式滚筒冷渣器的冷态和热态特性试验为了熟悉多管式滚筒冷渣器在220 t/h循环流化床锅炉运行中的各种工况特性和掌握该冷渣器在投运初期的运行特性,同时为其在热态工况运行提供调整依据,分别对其在冷态和热态工况下进行了试验。2.1 冷态试验在冷渣器改造安装完成后,首先对其进行了冷态调试。冷态调试的主要目的有两个:一是检查其机械安装情况及控制的合格性;二是推算冷渣器在冷态工况下的排渣特性。2.1.1 多管式滚筒冷渣器的机械安装情况测试原来单台螺旋水冷冷渣器由一台变频调速电机驱动,变频器对应电机的功率为7.5 HP(5.5 kW,根据原变频器的容量同时也考虑节约成

11、本,仍然使用原冷渣器配套的一台变频器同时控制改造后冷渣器的两台电机。在启动初期,保证两台电机的同步性及转动方向的一致性是极为关键的。在启动时,采取了单台电机单独启动运行的方式分别进行判断和测试。在确定两台电机运行同步后,再同时启动两台驱动电机运行。试运行过程中曾出现冷渣器超电流跳闸的现象,后检查发现为排渣口热电偶探头卡涩引起,后经过调整热电偶检测探头的长度后问题得到解决。由此总结发现,该冷渣器对外部阻力很敏感,这是由于该冷渣器的筒体直径较大,所出现的阻力矩也大,因此在运行中应尽量避免筒体外部的卡涩。另外,在试运行中还出现过冷渣器电机的电流大幅摆动的现象,对其机械传动部分经过反复的检查确认,没有

12、发现机械卡涩问题。最后发现引起此现象的原因与筒体冷却水的充满程度有关,由于是冷态运行试验,在启动初期对筒体注水不够充分,筒体顶部有一定的空隙,在冷渣器旋转时,筒体内的冷却水就会出现波动显现,导致驱动电机的负载不稳定而产生电流摆动。由此我们总结出,在该冷渣器启动初期,必须对筒体进行注水且确保冷却水注满。2.1.2 多管式滚筒冷渣器的冷态排渣特性测试冷渣器的冷态排渣特性的测试是在现场改造安装完毕之后进行的。香海热电厂#2炉停炉后,炉内剩余的床料存量大约为30 t,试验时对炉内的床料进行了不同转速的分阶段排放测试。针对当时#2炉冷态条件下的相应参数,对冷渣器的排渣性能进行测试,同时也对炉内的物料进行

13、了筛分分析,该物料的特性可以很好地反映改造后的冷渣器对排放物料粒度的适应性。具体测试数据见表2。表2 底渣筛分数据底渣中10.0 mm底渣中5.0 mm底渣中2.0 mm底渣中1.0 mm底渣中0.5 mm88.2% 79% 57.1% 30.9% 17.4%根据冷渣器的实际运行状况的试验数据(见表3,可以看出在该粒度分布的条件下,冷渣器运行良好,而且没有出现以往的冷渣器堵渣和排渣不畅等辅机故障现象发生。根据试验中冷渣器具体的排放渣量来看,改造后冷渣器的实际排渣能力完全可以满足循环流化床锅炉运行中的排渣要求。表3 试验结果数据项目试验数值一试验数值二冷渣器转速/rmin-1 2.8 3.8传动

14、电机工作电流/A 10.2 9.8进口物料温度/25 25出口物料温度/25 25冷却水量/th-130 30入口水温度/28 28锅炉起始床压/kPa 5.1 3.9 运行时间/h 2 2 试转后锅炉床压kPa 3.9 2.4 测算冷渣器的排渣量/th-1 3 4 2.2 热态试验在改造后的冷渣器投入正常运行后,又进行了相应的热态试验。进行热态试验的主要目的,一是明确冷渣器的具体实际换热特性也即冷渣特性;二是详细测算热态实际工况下的带负荷能力。2.2.1 多管式滚筒冷渣器的换热特性测试多管式滚筒冷渣器内部采用了典型的长肋片导热方式,内滚筒的肋片高度远大于肋片的厚度,其导热系数较大,而且在大滚

15、筒内设置了多个内滚筒,换热面积比较充分。从理论上来说,这种内部结构的换热效果好,对物料的冷却能力比较强。在冷渣器的实际的运行试验中发现,该冷渣器对高温热渣的冷却效果很好,锅炉排渣温度比改造前有了较大幅度的降低。详细试验结果数据见表4(数据取自现场运行锅炉机组DCS系统画面远程测量数值。表4 试验结果数据项目试验一数据试验二数据试验三数据锅炉负荷/th181 166 150给煤量 /th-131 28 25.8 锅炉床压/kPa 5.1 5.2 5.4 筒体转速/rmin-1 3.5 3.1 2.6 进口物料温度/900 890 890 出口物料温度/75 68 66 冷却水量/th-132 3

16、0 30 入口水温度/28 28 28 出口水温度/57 52 50 冷却水入口压力/MPa0.4 0.4 0.4(下转第38页 外表温度相对很高,表面温度很难降至外界温度,所以大量的热损失是通过自然对流和旋风分离器表面辐射来实现的,旋风分离器采用蒸汽或应充分以使循环流化床锅炉三献, 1994.M. 中国电力出版社, 1997.编辑:巨川(上接第36页通过试验分析发现,实际运行中的冷却水量便高于设计值。这可用表4中试验1的数据计算分析如下。根据上述运行试验数据,从热量平衡角度来计算运行冷渣器实际需要的冷却水量。考虑到实际换热面积比较充分,故计算在物料换热充分的条件下进行。Q=C1T1/C2T2

17、=0.24(900-75/1(57-28= 6.83 t/h 其中:C1灰渣比热容,取0.24 kJ/kg;C2水比热容,取 1 kJ/kg;T1排渣物料的降温值;T2冷却水温升;Q每吨热渣的冷却耗水量。在上述计算过程中,如果冷渣器的冷却水出口温度达到78 时,在其他条件不变的情况下,通过计算可以得出每吨热渣的冷却耗水量为3.975 t,与设计性能和参数基本相符合。但在冷渣器的实际运行中,由于考虑冷却排渣的运行安全性和稳定性,同时考虑到受循环流化床锅炉负荷及运行工况变化的影响,冷渣器的运行参数无法保证在设计参数上运行,比如冷却水量及冷却水回水温度等,这也是实际运行中冷却水耗量大的原因所在。2.

18、2.2 实际运行工况下多管式滚筒冷渣器热态出力测算本次试验受当时锅炉负荷的限制(试验时锅炉机组正处于非供暖期运行,并没有进行满负荷测试。试验中,冷渣器实际排渣量的测试可用几种不同的方式进行推算,现利用入炉煤的成分,结合入炉煤量来进行计算。试验采用的锅炉燃煤煤质比较差,入炉煤中的矸石含量也较多,目的是使冷渣器在比较恶劣的工况下运行。根据锅炉排放底渣的粒度分布和对细灰库、渣仓的排放量数据发现:入炉煤中矸石含量多、灰分高时,底渣与细灰(即锅炉飞灰的比例有时可达到2:3。在本次试验中根据试验数据看出,底渣与细灰的比例为3.6:6.4。表5 入炉煤成分及粒度数据低位热值灰分全水分固定碳挥发分粒度10.0 mm5.0 mm 16.57 kJ/g 37.88% 6.73% 31.67% 23.72% 88.5% 67.4%利用表4的试验数据,锅炉在3次不同的试验负荷下的小时排渣量计算如下:Q1=310.37880.36=4.23 t/h;Q2=280.37880.36=3.82 t/h;Q3=25.80.37880.36=3.52 t/h。上述计算方法受现场运行锅炉给煤机计量的误差影响,稍有一定的偏差,但冷渣器的带负荷能力基本可以得到验证。冷渣器筒体转速在0.86 r/min之间,冷渣器的排渣能力可达1.2 t/h,从而达到设计出力