循环流化床锅炉滚筒式冷渣器冷态及热态特性试验研究

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电站系统工程
2006 年第 22 卷
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
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（900～950 ℃）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（120～150 ℃） 由冷渣器出口排出。
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性，得出了一些规律性的结论。
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
冷渣器转速/r·min-1 传动电机工作电流/A
进口物料温度/℃ 出口物料温度/℃ 冷却水量/t·h-1
第 22 卷第 5 期 2006 年 9 月
文章编号：1005-006X(2006)05-0035-03
电站系统工程 Power System Engineering
Vol.22 No.5 Sep., 2006
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)
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。
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了筛分
修理，这么长的停机时间，必然使商用锅炉代价提高。
气体
这是造成采用耐火衬垫旋风分离器的循环流化床锅炉热损 失高的主要原因。为解决这个问题，旋风分离器采用蒸汽或 水冷却，蒸汽冷却形式如图所示，这种旋风分离器能减少使 用耐火材料的数量，也能减少旋风分离器外表的辐射损失。
该冷渣器的初期产品为美国进口产品，在电厂投产初期 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
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：B
Cold and Hot Test Study on the Rolling-cylinder Type Slag-cooler of CFB Boiler
LIU Yuan-chao, YIN Hong-chao, LIU Jian-ping
入口水温度/℃ 锅炉起始床压/kPa
运行时间/h 试转后锅炉床压 kPa 测算冷渣器的排渣量/t·h-1
试验数值一 2.8 10.2 25 25 30 28 5.1 2 3.9 3
2.2 热态试验
试验数值二 3.8 9.8 25 25 30 28 3.9 2 2.4 4
在改造后的冷渣器投入正常运行后，又进行了相应的热
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
锅炉负荷/t·h-1 给煤量 /t·h-1 锅炉床压/kPa 筒体转速/r·min-1 进口物料温度/℃ 出口物料温度/℃ 冷却水量/t·h-1 入口水温度/℃ 出口水温度/℃ 冷却水入口压力/MPa
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。
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
且在大滚筒内设置了多个内滚筒，换热面积比较充分。从理
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/t·h-1 筒体转速/r·min-1
8 0.8～8
进口物料温度/℃
1 000
出口物料温度/℃ 冷却水量/t·h-1
试验一数据 181 31 5.1 3.5 900 75 32 28 57 0.4
试验二数据 166 28 5.2 3.1 890 68 30 28 52 0.4
试验三数据 150 25.8 5.4 2.6 890 66 30 28 50 0.4
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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
88.2%
底渣中 ≤5.0 mm
79%
底渣中 ≤2.0 mm
57.1%
底渣中 ≤1.0 mm
30.9%
底渣中 ≤0.5 mm
17.4%
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根据冷渣器的实际运行状况的试验数据（见表 3），可
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
是：由两台同步变频调速电机通过托辊驱动冷渣器滚筒旋
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1
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图 多管式滚筒冷渣器结构简图
1.滚筒 2.驱动电机 3.旋转接头 4.进料装置 5.出料装置 6.导流肋 片 7.基座 8.内滚筒 9.冷却水入口 10.冷却水出口 11.出渣口
<120 20～30
入口水温度/℃
20～30
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
2
传动电机额定工作电流/A
6.8
2 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
Abstract: Based on the two units of 220t/h CFBB in Dalian Thermal Power Group Xiang-Hai Thermal Power Plant, it studied 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 characteristics 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 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 （0～ 20 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，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。