浅谈循环流化床锅炉返料装置高温灰输送系统的设计

浅谈循环流化床锅炉返料装置高温灰输送系统的设计
王曦贞
（无锡国联华光电站工程有限公司，江苏无锡214028）
摘要：本文介绍了循环流化床锅炉返料装置的主要设备、结构、工艺流程，为高温灰输送系统的设计提供实践借鉴。

关键词：髙温灰；冷灰机；气力输送
1.前言
循环流化床锅炉返料装置处积聚的返料灰如果长时间不排出，会对锅炉的返料效率产生影响，继而发生一系列的问题，我公司设计的高温灰输送系统，用于清除循环流化床锅炉返料装置的积灰，保证了锅炉的正常运行。

2.循环流化床锅炉返料装置
从循环流化床锅炉旋风分离装置分离出来的物料需要被送回炉内，为了提高返料效果，返料必须进入炉室下部的密相区，在这一区域，锅炉炉膛内的压力为正压，旋风分离器内的压力为负压，因此要防止炉内烟气反窜，同时又要将物料从低压送至高压处。

由于烟气温度高，不能采用机械装置,只能设置非机械性的返料阀，没有阀门常用的阀板，但作用等同于阀门。

现在普遍采用的是自平衡的U阀,U阀设有2个室,物料在其中一个室下降，是移动床，在另一个室上升，是鼓泡床。

两个床下部分别通风，中间有一隔板，返料室上面隔开、下面相通，物料由下部通道从一室进入另一室。

在返料阀的下方设有风箱，风箱下方设有灰斗，锅炉返料装置所积聚的返料灰将从此处接出。

返料装置示意图见图1。

3.两种高温灰的冷却、输送、储存工艺流程
3.1工艺流程一
从锅炉返料装置灰斗下排出的高温灰，通过高温灰管路进入设置在锅炉底部的冷灰机冷却，在冷灰机中高温灰的温度由~1000匕降低至80C以下，随后高温灰被排放至输渣皮带上,同冷却后的锅炉炉渣一起输送至储渣仓进行统一储存、处置。

工艺流程一的流程图如下:
锅炉返料装置高温灰―►冷灰机
输渣皮带机—►渣仓
3.2工艺流程二
返料装置灰斗下部排出的高温灰，通过高温灰管路进入设置于锅炉底部的冷灰机，冷却至8(rc以下，随后冷却后的高温灰通过密相气力输送的方式被输送至灰库进行统一处理和处置。

工艺流程二的流程图如下：
|锅炉返料装置高温灰|-洽灰机|-
仓泵-*灰库
3.3两种工艺流程的优缺点
3.3.1工艺流程一
在工艺流程一中，冷灰机一般落地布置于锅炉底部，冷灰机冷却排出的灰与冷却后的锅炉炉渣一起混合后，经输渣皮带机运送至储渣设备储存。

工艺流程一的优点是：无需将冷灰机抬高或者挖深地坑布置，土建工作量较小，而且可以借用出渣系统的输送储存设备完成输送及储存的过程，设备投资较工艺流程二节省，系统设计也较为简单。

然而,工艺流程一也存在以下缺点:
(1)冷灰机排灰口的定位取决于出渣皮带机的位置，所以冷灰机的位置选择余地较小:
(2)由于此种流程是将高温灰与炉渣混合输送，混合后的炉渣综合利用效率比较低，如果电厂没有进一步的后续处理设备，一般只能将其填埋；
(3)由于锅炉炉膛为正压，如果冷灰机密封不完全，极易出现喷灰现象，继而出现烧带，影响输渣系统的正常运行，甚至威胁运行人员的人身安全。

3.3.2工艺流程二
在工艺流程二中，考虑到锅炉底部高度有限，冷灰机的布置也通常为落地布置，然后在冷灰机排灰口下进行挖深处理，并在挖的土建基坑中设置气力输送设备，负责将冷却后的高温灰通过浓相气力输送的方式输送至电厂配套的灰库进行综合利用。

工艺流程二的优点是：鉴于返料装置内积累的高温灰也来自炉膛烟气裹狭，其物理及化学特性与炉后烟气净化处理中分离出来的灰相近，所以被送至灰库后可以与除灰系统处理得到的灰统一处置，综合利用效率比较高。

工艺流程二的缺点是：该流程中气力输送设备一般放置于冷灰机底部专门为其设置的地坑中，而一般气力输送设备都有一定的高度，所以土建挖深的工程量较工艺流程一大很多。

此外，因工艺流程二选用气力输送，需要与除灰系统和压缩空气系统统一考虑，设计难度加大，设备及管路的布置也较工艺流程一复杂很多，设备采购成本也增加不少。

两种工艺流程的优缺点对比见表1。

表1两种工艺流程的优缺点对比
名称优点缺点
工艺流程一土建成本低
设备投资小
设备维护简单
高温灰及炉渣综合利用效率低
有喷灰烧带风险
工艺流程二高温灰综合利用效率高土建成本高
设备投入大
设备及管路布置复杂设计难度大
4.返料装置主要设备
4.1冷灰机
目前主流冷灰机的选型主要有两种，多管式滚筒冷灰机和热交换式冷灰机。

4.1.1多管式滚筒冷灰机
现在使用较为广泛的多管式滚筒冷灰机（见图2）具有结构紧凑，换热效率高等技术特点。

针对锅炉高温灰的流动性特别好的特性，改变原先冷渣机进渣口处套筒式膨胀节的连接设计方式，采用內导流式的波纹管膨胀节结构设计。

多管式滚筒冷灰机内部设置一锥形小灰仓,灰进入小灰仓后分散进入多管内的螺旋装置。

由于灰在小灰仓内形成一定的堆积高度，采用下渣管与灰仓锥壁贴紧（一般预留间隙20mm 〜25mm）的方式确保灰仓不充满灰，这样当冷渣机筒体旋转时，在筒体上部灰堆积高度达不到的位置冷灰管就不进渣，冷灰管内灰的分布呈断续状，即一个螺距间隔一个螺距内有灰，从而从根本上避免窜灰现象，确保冷灰机不会发生出红灰、导致后续设备损坏、烫伤设备及人员等安全事故。

4.1.2热交换式冷灰机
热交换式冷灰机（见图3）无传动设备,让高温灰在冷灰机内完成自然重力沉降，在高温灰自然沉降的过程中与冷灰机内部盘管内的冷却水完成热交换，达到冷却高温灰的目的。

此种设备密封性优于前者，喷灰情况较少发生，但是此种冷灰机的高度与占地要求较前者更大，若锅炉底部空间有限可能会出现布置不开的情况,在初设方案中应予以充分考虑。

图2多管式滚筒冷灰机
4.2气力输送设备
考虑到冷却后的高温灰物理及化学特性与炉后烟气净化后产生的飞灰接近，因此可以在高温灰气力输送系统中采用仓泵作为浓相输送设备，并采用与除灰系统类似的输送系统布置方式。

5.设备选型和管路布置
5.1设备选型
为满足工艺要求，并保证系统稳定性，冷灰机一般按照返料装置设计排灰量的250%进行选型。

在工艺流程一中，输渣系统的设计出力需同时满足冷渣机和冷灰机的出力要求，一般不小于锅炉最大连续蒸发量工况燃用设计煤种时排渣量和返料装置排灰量之和的250%,且不小于燃用校核煤种时排渣量和排灰量的200%。

在工艺流程二中，气力输送系统的设计出力按照锅炉最大连续蒸发量工况燃用设计煤种时返料装置排灰量的200%,以保证设备的正常运行。

5.2管路布置
5.2.1灰管路
循环流化床锅炉返料装置下灰斗排灰温度较高，将近1000C,因此高温灰管路应考虑选用耐高温材质、厚壁不锈钢管，在管路的布置上应充分考虑高温状态下管路的伸长量、管路的空间角度，并在必要处设置固定支架及弹簧支架,以确保高温灰管路的安全性。

而仓泵出口的灰温度一般都在80C以下，因此，此处的灰管路可以考虑选用输灰系统常用的厚壁碳钢管。

设计灰管路走向时，尽量与全厂输灰管路统一规划,优化管路走向，减少90°弯头，且可考虑于改向处选用耐磨弯头。

5.2.2压缩空气管路
采用工艺流程二设计气力输送管路时，应考虑压缩空气管路的布置，根据每小时高温灰的排出量确定冷灰机仓泵出力、压缩空气耗量等。

从系统运行稳定性出发，建议单独设置压缩空气储管，压缩空气管路布置尽量与灰管路统一规划。

6.工程实例
黑龙江省某公司2个玉米加工项目配套热电联产项目、吉林省某配套热电联产项目、越南某造纸公司锅炉岛项目采用的是工艺流程一的返料灰输送系统，黑龙江某热源厂项目采用的是工艺流程二的返料灰输送系统，以上项目均取得了较好的运行效果。

7.结语
循环流化床锅炉返料装置下灰斗高温灰的冷却、输送与储存是这几年电厂除灰工作中遇到的新难点，但随着循环化床锅炉技术的不断进步、冷灰机等相关设备的不断更新、高温灰输送系统流程的不断优化，在不久的将来，这一难点必将被坚持不断创新的设计人员所攻克。

参考文献
[1]邢培生•锅炉设备运行及事故处理[M].北京:化学工业出版社,2005.
[2]电力规划设计总院.火力发电厂除灰设计技术规程：DL/T5142—2012[S].寸匕京:中国计划出版社,2012・
节能减排科学发展。