劉丙乾,徐文忠

(河南理工大學 土木工程學院,河南　焦作　454003)

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滾筒式冷渣器冷卻水系統(tǒng)改造

劉丙乾,徐文忠

(河南理工大學 土木工程學院,河南焦作454003)

我國循環(huán)流化床鍋爐多采用劣質(zhì)煤，排渣量大，渣溫高，灰渣中具有大量的高溫余熱。因此回收排渣余熱也成為各電廠取得節(jié)能增效熱點之一。目前國內(nèi)電廠多采用把滾筒冷渣器冷卻水并入熱力系統(tǒng)，滾筒冷渣器作為低溫加熱器使用，其中對滾筒冷渣器冷卻水系統(tǒng)的設計是實現(xiàn)回收排渣余熱的關(guān)鍵[1]。

焦作某電廠冷渣器的冷卻是通過傳統(tǒng)冷卻水的開式循環(huán)實現(xiàn)的，高溫爐渣的熱量被循環(huán)冷卻水吸收后，通過冷卻塔排放到大氣中。這種灰渣冷卻系統(tǒng)存在以下兩方面的問題：

(1)高溫爐渣的熱量不能得到有效的回收利用；

(2)由于循環(huán)冷卻水水質(zhì)差，冷渣器內(nèi)部結(jié)垢嚴重，不僅影響冷渣效果，冷渣器超溫爆管事故時有發(fā)生[2]。因此，對傳統(tǒng)的灰渣冷卻水系統(tǒng)進行技術(shù)改造，對于電廠系統(tǒng)的節(jié)能和安全運行都是非常必要的。

1冷渣器冷卻水系統(tǒng)改造方案研究

1.1　冷渣器冷卻水系統(tǒng)概況

焦作某電力公司安裝有2臺220 t/h的循環(huán)流化床鍋爐，并配備2臺60 MW單缸、沖動、非調(diào)整抽氣冷凝式汽輪機，兩臺機組為母管制運行。每臺鍋爐配備三臺DSL-W-10滾筒冷渣器，其冷卻水進水壓力為0.3~1.6 MPa，流量為10 t/h；爐渣進口溫度1 000℃，出口溫度要求小于90℃。熱渣在冷渣器筒體內(nèi)螺旋形的導向槽作用下與冷渣器冷卻水進行換熱并同時緩慢移向排渣口；冷卻水由冷渣器后部旋轉(zhuǎn)水接頭內(nèi)套筒進入，與灰渣逆向流動帶走灰渣的熱量[3]。每臺爐配備兩臺冷渣泵，一用一備。每臺爐的冷渣泵進水取自相應汽機凝汽器冷卻循環(huán)水進水，由冷渣泵加壓后送入冷渣器；冷卻水在冷渣器內(nèi)吸收了高溫爐渣的熱量后，回至汽機凝汽器冷卻循環(huán)水回水管中，回到冷卻塔散熱后循環(huán)利用。

上述爐渣冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點是，冷卻水進水溫度比較穩(wěn)定，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。但經(jīng)過長時間運行后，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在如下問題：

(1)正常運行爐渣下渣溫度900℃，每臺爐下渣量14.8 t/h，冷渣器要求出渣溫度小于90℃，兩臺爐灰渣熱損失至少為26 133.8 kJ。

(2)由于冷渣器冷卻水使用的是汽輪機循環(huán)水，冷渣器出水溫度達到80℃左右，這種水質(zhì)在冷渣器內(nèi)結(jié)垢比較嚴重，結(jié)垢會影響冷渣器的換熱，使出渣溫度過高，出渣溫度高于110℃以上會容易燒壞輸渣皮帶，這會嚴重影響皮帶的壽命。冷渣器換熱管道局部因結(jié)垢會減小水的流量，較少流量的水吸收大量的熱汽化，冷渣器就會有超溫爆炸的可能。

(3)夏季涼水塔水溫度較高，為保證汽機真空需增大汽機凝汽器冷卻循環(huán)水量，冷渣器為保證出渣溫度和冷渣器冷卻水回水溫度不超溫，也需增大冷卻水量。因冷渣器冷卻水分流了汽機凝汽器冷卻循環(huán)水，這對汽輪機的真空度是不利的[4]。

1.2　冷渣器冷卻水系統(tǒng)改造方案

針對上述爐渣冷卻系統(tǒng)存在的缺陷，該廠于2013年對其進行了技術(shù)的改造，改造方案如圖1所示。改造后的爐渣冷卻系統(tǒng)主要有水箱、冷渣泵、換熱器、管道和閥門組成。

圖1　冷渣器冷卻水系統(tǒng)圖

該系統(tǒng)運行方式有兩種，這兩種運行方式工作流程如下：

正常運行工況，凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵加壓后分為兩路，一路按原來的方式，進入1#低溫加熱器，被來自汽輪機低壓抽氣口的低壓蒸汽加熱；另一路進入冷渣器，吸收高溫爐渣的熱量被加熱至與低溫加熱器出口大致相等的溫度；兩路凝結(jié)水在低溫加熱器出口管段混合，然后再依次進入后續(xù)各級加熱器，被加熱后進入高溫除氧器進行熱力除氧[5]。

非正常運行工況，即在鍋爐停爐檢修等其他情況時，需要斷開凝結(jié)水至冷渣器時，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的閥門，切斷凝結(jié)水至冷渣器，啟動鍋爐冷渣泵，冷渣器冷卻水系統(tǒng)切換成鍋爐自身的冷卻循環(huán)系統(tǒng)，凝汽器凝結(jié)水按汽機自身凝結(jié)水管路運行。水箱里的除鹽水經(jīng)過每臺爐所對應的冷渣泵加壓后送至冷渣器進行換熱，從冷渣器出來的高溫水到板式換熱器進行換熱，降溫后的冷卻水回到水箱完成循環(huán)。換熱器的冷卻水來自汽輪機凝汽器循環(huán)冷卻水，循環(huán)冷卻水進入換熱器換熱后回水混入汽機凝汽器循環(huán)水回水管中送至冷卻塔將熱量散失于大氣中后再循環(huán)利用。

1.3　冷渣器冷卻水系統(tǒng)主要設備選型

(1)水箱

通過熱量平衡角度來分析冷渣器實際需要冷卻水量[6]。冷渣器換熱面積比較充分，在物料充分換熱的條件下

Q1=C1×ΔT1÷(C2×ΔT2)=1.09×(900-90)÷4.2÷(85-25)=3.5 t/h

式中Q1——每噸灰渣的冷卻水量/t；

C1——灰渣比熱容/kJ·kg-1·℃，取1.09 kJ/kg·℃；

ΔT1——灰渣的降溫值/℃；

C2——水比熱容/kJ·kg-1·℃，取4.2 kJ/kg·℃；

ΔT2——鍋爐冷渣器冷卻水溫升/℃。

每噸灰渣的冷卻水量為3.5 t，非正常運行工況每臺爐冷渣器每小時需要冷卻水量51.85 t。冷渣器緊急停運要停止給料并排凈料后需等30 min后才能切斷冷卻水，結(jié)合實際設備地理布置，水箱的設計總有效容量按運行最大流量的20~40 min的水量確定，水箱設計40 m3足可滿足需求。

(2)凝結(jié)水泵和冷渣泵

汽輪機配用的是6 LDTN-11凝結(jié)水泵，該泵額定流量是180 m3/h，額定揚程為130 m，額定電流202.2 A。除氧器正常運行時壓力為0.42 MPa，除氧器比熱井高19 m，該凝結(jié)水泵滿足系統(tǒng)改造后要求。

冷渣器進口壓力0.3~1.6 MPa，系統(tǒng)總管阻小于0.1 MPa，冷渣泵選用ISW150-200臥式管道離心泵，揚程50 m，流量200 m3/h[7]。

(3)換熱器

非正常運行工況，冷渣器回水流量至少為51.85 t/h，每臺爐冷渣器回水攜帶熱負荷為下渣熱降13 066.9 kJ/h。

該系統(tǒng)選用板式換熱器，板式換熱器效率高，占地面積小，容易改變換熱面積或流程組合，熱損失小，且管阻小[8]。換熱器型號BBR0.9-1.6-169-E，設計溫度150℃，換熱面積169 m2,流程組合1。

2效益分析

冷渣器冷卻水系統(tǒng)的改造解決了冷渣器結(jié)垢問題，而且還回收了灰渣的熱量，并且正常運行時不再分流循環(huán)水，對汽機的真空和各種需要工業(yè)水的設備是有利的。其效益分析如下：

2.1　節(jié)能效益

計算條件：正常運行按運行方式甲，#1低加抽汽減少量m為6.5 t/h，1# 低加抽汽焓值h2=2 641.5 kJ/kg, 汽輪機乏汽焓值h1=2 565.1 kJ/kg,標準煤熱值為Q=29 270 kJ/kg，該廠設計效率η=35.5%。

每臺爐節(jié)煤量

m1=[m×(h2-h1)]÷(Q×η)=6500×(2641.5-2565.1)÷10390.8=47.79 kg/h

以兩臺機組每年正常運行7 000 h計算，兩臺機組每年節(jié)煤量

M=47.79×2×7000=669.1 t

目前河南地區(qū)一噸電煤500元左右，則該系統(tǒng)改造帶來的節(jié)能經(jīng)濟效益每年約334 550元[9]。

未改造前由于冷渣器管道結(jié)垢嚴重，需要每兩個月進行一次酸洗，每臺冷渣器酸洗用酸量0.5 t，改造后冷渣器管道不用酸洗，六臺冷渣器每年節(jié)省酸量為18 t，每噸酸進價700元，可節(jié)省人民幣12 600元。

2.2　環(huán)境效益

1 t煤含5~50 kg硫，以燃燒含硫量1%的煤估算每燃燒1 t煤約產(chǎn)生18 kg SO2，2.66 t CO2，7.4 kg NOx[9]。改造后的系統(tǒng)每年可減少廢氣量如下

CO2：669.1×2.66=1 779.8 t;

SO2：669.1×0.018=12.04 t

NOx：669.1×0.0074=4.95 t;

3結(jié)論

(1)改造后的系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定，冷渣器的冷卻效果明顯，冷渣器水冷管道不再結(jié)垢，徹底解決了冷渣器超溫問題，降低了冷渣器的故障率，冷渣器不用再定期酸洗，保證了機組的安全運行，也減輕了職工的勞動量。

(2)正常運行時滾筒冷渣器冷卻水系統(tǒng)并入熱力系統(tǒng)，滾筒冷渣器即作為低溫加熱器成功回收了排渣余熱，兩臺機組每年為企業(yè)能節(jié)省30多萬元，提高了機組運行的經(jīng)濟性。

(3)系統(tǒng)改造降低了鍋爐煤耗，減少了各種硫化物和氮氧化物的排放，因此給企業(yè)也帶來了可觀的環(huán)境效益。

參考文獻

[1]段景衛(wèi)，陳傳平.440 t/h循環(huán)流化床鍋爐滾筒冷渣器冷卻水系統(tǒng)改造[J].華電技術(shù)，2014，36(9)：42-45.

[2]張曙光，蘇鐵熊.30 MW機組CFB鍋爐滾筒冷渣器存在問題及處理[J].熱力發(fā)電，2015，44(3)：129-132.

[3]劉遠超，尹洪超，劉建平.循環(huán)流化床鍋爐滾筒式冷渣器冷態(tài)及熱態(tài)特性試驗研究[J].電站系統(tǒng)工程，2006，22(5)：35-38.

[4]楊鑄.汽輪機運行[M].北京：中國電力出版社，2011.

[5]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M]．北京：中國電力出版社，2001．

[6]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].4版.北京：高等教育出版社，2007.

[7]鍋爐房實用設計手冊[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[8]史美中，王中錚.熱交換器原理與設計[M].2版.南京：東南大學出版社，2005.

[9]沈維道，蔣智敏，童鈞耕.工程熱力學[M].3版.北京：高等教育出版社，2001.

摘要：為提高焦作某電廠滾筒冷渣器冷卻水系統(tǒng)安全和經(jīng)濟性，對冷渣器冷卻水系統(tǒng)長期運行狀況進行了分析研究，提出冷渣器冷卻水系統(tǒng)的能源回收利用改造方案，并據(jù)此對冷渣器的冷卻系統(tǒng)進行了改造。改造后系統(tǒng)的運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)改造不僅解決了冷渣器超溫問題，降低了冷渣器的故障率，而且具有顯著的節(jié)能效益和環(huán)境效益。系統(tǒng)的改造成功的實現(xiàn)了排渣余熱回收利用，提高了機組的安全經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；滾筒冷渣器；冷卻系統(tǒng)；節(jié)能改造；效益分析

Optimization of Rolling-cylinder Type Slag Cooler Cooling Water SystemLIU Bing-qian,XU Wen-zhong

(School of Civil Engineering, Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China)

Abstract：In order to improved the rolling-cylinder type slag-cooler cooling-water system safety and economy of one power plant in Jiaozuo, an optimization scheme of the cooling-water system of the slag-cooler was put forward,using turbine condensate water to cool the slag cooler.Base on the scheme, reformed the rolling-cylinder type slag-cooler cooling-water system.Result makes know,the system after reconstruction solved the overtemperature problem of the slag-cooler,therefore the trouble rate is very low,it also has the significant role in energy efficiency and environmental benefits.The new system can recover the waste heat in slag and improve generating unit safty and economy.

Key words：circulating fluid bed boiler; rolling-cylinder type slag-cooler; cooling system;energy conservation transformation;benefit analysis

作者簡介：劉丙乾(1988～)，男，碩士研究生，研究方向為多熱源環(huán)狀管網(wǎng)。

收稿日期2015-01-23修訂稿日期2015-04-29

中圖分類號：TK227.3;TK11+5

文獻標識碼：A

文章編號：1002-6339 (2015) 06-0566-03