滚筒冷渣器大型化的推广与应用

      循环流化床（CFB ）锅炉是八十年代发展起来的高效率、低污染和可良好
综合利用的燃煤技术，它带来了煤燃烧技术的革命，是近半个世纪发展起来的一
项新的燃烧技术。由于它在煤种适应性和变负荷能力以及污染物排放上具有的独
特优势，使其得到迅速发展。近十年在中国大陆，循环流化床锅炉则更是发展迅
猛，几乎全国80% 以上的中小电厂，热、电、汽联产电站，都选用了循环流化床
炉。随着流化床锅炉的大力推广和普及，作为其重要辅机之一的热渣冷却设备的
冷渣器，在稳定锅炉运行、环保、节能等方面，日益显现出其不可替代的重要性。

      循环流化床锅炉的排渣，是控制床层厚度，保证流化质量进而稳定燃烧的
重要手段，因此各电厂对此都非常重视。据不完全统计，当前我国使用流化床锅
炉的电厂所采用的排渣方式基本上有以下几种：

      1 、用冲渣水将渣直接冲至渣池。这种方法的缺点是排出的高温热渣经冷
水汽化后产生大量的热气和灰尘，使厂房和现场污染严重，同时不利于灰渣的综
合利用。

      2 、用小车将高温热渣运至厂房外。此种方法的缺点是现场污染严重且危
险。

      3 、采用螺旋水冷冷渣器。此种冷渣器的缺点是冷却效果仍不理想，冷却
后的渣温仍在350 ℃左右，不但达不到冷渣要求，而且在这种温度下运转的绞笼
常出故障。如螺旋叶片与中心轴之间的焊接应力消除问题、磨损问题等。

      4 、流化床式冷渣器。此种冷渣器以哈锅生产的风水联合冷渣器为代表，
其原理是：分三个分室，第一个分室采用气力选择性冷却，在气力冷却灰渣的过
程中还可以把较细的底渣（含未燃尽碳颗粒，未反应石灰石颗粒等）重新送回燃
烧室；第二、第三分室内布置埋管受热面与灰渣进行热交换，可以把渣冷却到150
℃以下，然后排至除渣系统。每个分室均有独立的布风板和风箱。布风板为钢板
式结构，在其上面布置有大直径钟罩式风帽。同时布风板上敷设有约200mm 厚的
耐磨耐火材料，并且倾斜流灰管。三个分室的配风来自冷渣器流化风机。冷渣器
埋管受热面内工质为除盐水，来自回热系统，完成换热后再送至回热系统中。根
据锅炉排渣量的多少及冷却情况，可适当调整进入冷渣器的冷却水量。

      5 、水冷滚筒式冷渣器。其主要由螺旋叶片、内外套筒、进料与排风装置、
进出水装置、传动装置和底座组成。当滚筒由传动装置驱动旋转时，锅炉排出的
高温炉渣在套筒内由螺旋叶片导向前进，冷却水连续均匀地通过套筒夹层，冷却
风也不断地在套筒内逆向通过，使炉渣逐渐冷却降温。

      此种冷渣器的优点在于：

      a 、采用干式排渣，保持了渣的活性，有利于灰渣综合利用和环境保护

      b 、采用筒体整体转动推进炉渣，炉渣由螺旋叶片导向前进，炉渣与螺旋
叶片及内筒摩擦小，磨损小，整机寿命长，功耗低，噪声小。

      c 、采用风水同时与滚动炉渣进行热交换，冷渣效果好，耗水量少。冷却
水可采用除盐水，提高综合热效率。

      d 、连续排渣，由于采用了变频调速电机，可进入DCS 系统进渣的含碳量。

      e 、结构合理，易损件少，便于安装和维护。

      f 、投资少，是目前排渣方式的理想产品。

      风水联合冷渣器和水冷滚筒冷渣器在我厂都使用过，现就具体情况作一下
阐述。

      设备简介及运行情况：

      一、我厂一期安装了三台四川锅炉厂生产的75t/h 循环流化床锅炉。其排
渣方式原设计为水力除渣。于1998年8 月投产后发现此种排渣方式存在以下缺点
：一是因流化床锅炉渣颗粒较大，输送困难，经常堵塞，影响生产；二是排出的
高温热渣经冷水汽化后产生大量的热气和灰尘，使厂房和现场污染严重，同时不
利于灰渣的综合利用。后为维持生产取消了此种排渣方式改为直接排红渣，致使
现场污染严重而且非常危险。为改善此种生产现状，经过多方考察，于2000年5
月安装了六台水冷滚筒冷渣器（每台炉两台）。

      其型号： GTL——80Z 冷渣量 2——8 t/h 冷却水量 60t/h炉渣入口温度
＜1000℃炉渣出口温度＜200 ℃冷却水水质除盐水、软化水冷却水进口压力≤0.6MPa
冷却水进口温度＜30℃冷却水出口温度＜80℃冷却风量 1200 ㎡/h配套电机功率
3kw 经实际使用，此种冷渣器能够满足运行的需要。在进渣温度800 ℃时，排渣
温度低于70℃，此时冷却水出口温度40℃左右，冷却水流量60t/h 左右。但此种
冷渣器也存在以下一些问题：

      1 、冷渣器入口管膨胀位移不够，导致排渣管变形，漏火、漏灰。

      2 、冷渣器倒灰管连接形式不牢固，易脱落，从而导致滚筒入口处漏灰。

      3 、水侧连接管原设计为胶管，经常泄漏，后改为金属软管。

      4 、电机冷却风扇材质是塑料的，温度稍高即损坏。

      5 、滚筒冷渣器支撑圈、托滚、倒向滚磨损较快，致使滚筒运行时平衡破
坏，震动大。

      6 、冷渣器入口联箱与滚筒连接处不严，漏灰严重。

      7 、水侧轴封不严，漏水严重。

      8 、滚筒内叶片变形严重，螺距不相等。

      9 、出口防护罩不便于拆卸，导致检修维护量大。

      10、冷渣器出风口结构不当，导致灰渣吸入尾部烟道。

      在之后的生产中，我厂对此六台冷渣器不断地进行改造，但由于设计上的
先天不足，现在仍然存在漏灰，支撑圈、托滚、倒向滚磨损较快等一些问题，但
基本上能够满足生产需要。

      二、2002年根据供热的需要，我厂进行二期扩建，扩建工程新上一台哈锅
生产的220t/h循环流化床锅炉。锅炉采用引进Alstom公司的循环流化床锅炉技术
进行基础设计，并完全按照引进技术所确定的原则和结构进行施工设计和制造，
其选用的冷渣设备为风水联合冷渣器，先就具体情况作一下介绍：

      1 、锅炉简介：

      220t/h CFB锅炉采用高压参数（9.81MPa.g ，540 ℃）设计，锅炉采用循
环流化床燃烧方式，循环物料的分离采用高温绝热旋风分离器，锅炉采用平衡通
风。水循环采用单汽包、自然循环、单段蒸发系统。

      2 、冷渣器参数：

      灰渣的入口温度： 860℃

      灰渣的出口温度： <150 ℃

      冷却水流量： 50t/h

      冷却水温升： <20℃

      冷却渣量： 20t/h

      冷却风量：在冷态调试时确定

      3 、设计燃煤

      名称符号单位数值

      设计煤种校核煤种

      碳Car % 24.52 21.273

      氢Har % 2.4 2.199

      氧Oar % 11.532 10.86

      氮Nar % 0.712 0.64

      硫Sar % 0.138 0.126

      灰分Aar % 40.948 44.282

      全水分Mar % 19.75 20.62

      挥发分Vadf % 58.6 60.37

      低位发热量Qnet.ar kJ/kg 9236 7997

      哈氏可磨系数HGI

      最大允许粒径为≤10mm

      d50=1.2-1.5mm

      d<100 μm 不大于10%

      4 、工作原理：

      锅炉排渣系统采用两台风水联合式冷渣器布置于炉膛前墙，这种冷渣器在
国外使用较多。它共分三个分室，第一个分室为空室，采用气力选择性冷却，在
气力冷却灰渣的过程中还可以把较细的底渣（含未燃尽碳颗粒，未反应石灰石颗
粒等）重新送回燃烧室；第二、第三分室内布置埋管受热面与灰渣进行热交换，
可以把渣冷却到150 ℃以下，然后排至除渣系统。每个分室均有独立的布风板和
风箱。布风板为钢板式结构，在其上面布置有大直径钟罩式风帽。同时布风板上
敷设有约200mm 厚的耐磨耐火材料，并且倾斜布置有利于渣的定向流动，每个分
室均布置有底部排渣管，在第三室后面有一个排渣口和一个排气管，排渣口与排
渣系统相连接，排气管与炉膛相连。三个分室的配风来自冷渣器流化风机。

      冷渣器埋管受热面内工质为除盐水，来自回热系统，完成换热后再送至回
热系统中。根据锅炉排渣量的多少及冷却情况，可适当调整进入冷渣器的冷却水
量。由于水温很低（约为30℃），可以获得较大的传热温差。

      冷渣器的三个分室均处于鼓泡床状态，流化速度很低（<1m/s ），因此管
束不易发生磨损，从而保证冷渣器工作的安全性。

      当炉膛下部床压升高时，底渣通过炉膛前墙底部的两个出渣口经过L 阀从
两侧进入冷渣器第一室内，在流化风的作用下，首先在第一室内得到冷却，再经
过第二室溢流到第三室，底渣不断被风和水冷管束冷却，冷却后的底渣再溢流到
排渣口，进入排渣系统；流化空气及所携带的细灰通过排气管重新送回炉膛。

      5 、投入运行：

      该台锅炉安装结束后，于2002年11月20日开始进行整体调试，在调试过程
中，因为冷渣器不能满足排渣需要而导致停炉有6 次。具体现象如下：

      a 、为此种冷渣器选配的是L 阀排渣，此种L 阀排渣的线性较差，不能达
到连续、均匀、少量的排放，所以在排渣时渣量很难控制。当床压升高进行排渣
时，大量的高温渣经L 阀进入一室，此时一室温度在一分钟左右就升高至800 多
度，虽经加大一室风量也仍然不能控制住温度，而且二、三室温度变化缓慢，此
种现象说明一室的渣进到二、三室去得很少，因一室渣温度高排不出去，几分钟
后冷渣器结焦停炉。

      b 、针对此种现象，经与哈锅技术人员研究，改变排渣操作。排渣时执行
如下运行程序：开L 阀约30秒—90秒，停L 阀冷却。加大一室风量，观察二、三
室温度，当三室温度降至150 度以下，开三室插板门放渣，当三室床压降至4Kpa
以下时，关三室插板门，当一室温度降至150 度以下，开一室插板门放渣，当一
室床压降至4Kpa以下时，关一室插板门，重复开L 阀工作，约需30—50分钟完成
一次全部操作。因排渣时间较长，致使锅炉负荷始终在80t/h 左右，而且经常结
焦导致停炉。

      在此之后经多次改造，但效果均不理想，负荷始终在100t/h左右，并经常
结焦，不能正常运行。而且该冷渣器配套的流化风机电机功率为800kw ，即使能
够正常运行也势必将增高厂用电率，从而降低了综合效益。针对此种情况，我厂
于2003年4 月开始着手进行冷渣器的换型改造工作，根据我厂应用水冷滚筒冷渣
器的经验，决定仍然采用水冷滚筒冷渣器。但因我厂锅炉燃用的是褐煤，灰分较
大，而且目前国内还没有单台出力为20t/h 的水冷滚筒冷渣器，所以经过多方考
察、研究，最后选择青岛四联电力设备厂与其合作，共同研制出了单台出力为20t/h
的水冷滚筒冷渣器，于2003年10月在我厂投入使用。现把具体情况作一下介绍：

      设备简介：

      型号： GTL——15C

      出力： 20t/h

      进渣温度： <1000℃

      出渣温度： <150 ℃

      电机功率： 18.5kw

      进水压力： 0.6Mpa

      最大转数： 50Hz

      运行状况：

      该设备在设计上吸取了我厂一期滚筒冷渣器的经验，使其性能更加完善。
该设备于2003年10月末投入使用，经过近5 个多月的运行调试，现运行基本正常，
经多次检测，各项指标如下：

      煤发热量2800kal/kg除渣温度<70 ℃

      瞬时负荷170t/h入口水温<20 ℃

      投入台数2 台出口水温<45 ℃

      滚筒转数#1—25Hz、#2—25Hz风室静压<11kpa

      冷却水量<80t/h床压

      从以上指标来看，虽然锅炉没有达到额定负荷，但就冷渣器来看，其余量
还是能够满足锅炉满负荷运行需要的，而且该设备配套电机功率仅为18.5kw，与
风水联合冷渣器相比，厂用电率大大降低，且运行性能稳定。但此设备在运行中
还存在以下几个问题需要继续完善：

      1 、滚筒冷渣器支撑圈、托滚、倒向滚磨损较快，致使滚筒运行时平衡破
坏，震动大，轴向串动大。

      2 、因托滚磨损或更换磨损托滚时导致滚筒中心度偏移，是滚筒震动大，
水侧金属软管泄漏。

      3 、滚筒冷渣器内部冷却水连接法兰经常发生泄漏。

      4 、支撑圈与外置冷却水管之间存在相对运动，导致冷却水管因磨损泄漏。

      此台冷渣器的投产运行，不但解决了循环流化床锅炉排渣的问题，而且还
填补了我国冷渣器大型化的空白，虽然还存在一些问题，但我们相信，经过设计
方、生产方、使用方等各方面不懈的努力，水冷滚筒冷渣器将不断完善，最终将
成为循环流化床锅炉理想的配套除渣设备。