1  前言

循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術是近幾十年發(fā)展起來的一種高效、低污染，潔凈煤燃燒技術，具有煤種適應性廣、調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點，近幾年來在國內(nèi)得到大力的發(fā)展和推廣使用。隨著循環(huán)硫化床鍋爐在國內(nèi)發(fā)電廠的大量使用，特別是近年來循環(huán)流化床鍋爐往大容量、高參數(shù)方向的飛速發(fā)展，一些困擾循環(huán)流化床鍋爐長期安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行的問題也隨之而來，特別是循環(huán)流化床鍋爐冷渣器系統(tǒng)的設計和選型上的不足，一些運行的循環(huán)流化床鍋爐暴露出極大的安全問題和經(jīng)濟問題，嚴重影響了循環(huán)流化床鍋爐的安全穩(wěn)定運行和經(jīng)濟運行。

2  設備概況

福建晉江熱電有限公司建設有兩臺50MW抽凝式發(fā)電機組，鍋爐為東方鍋爐（集團）股份有限公司設計生產(chǎn)的單汽包自然循環(huán)、高壓循環(huán)流化床鍋爐，型號為DG-260-540/9.81-Ⅰ型。鍋爐設計燃燒煤種為福建龍巖的無煙煤，設計低位發(fā)熱量為20680KJ/kg，鍋爐采用∏型布置方式，前墻給煤，配備四臺皮帶給煤機，鍋爐排渣從鍋爐底部排渣管經(jīng)冷渣器排出，爐底從左到右分別布置有4臺滾筒式冷渣器，正常運行方式為三用一備。冷渣器冷卻水供水系統(tǒng)備有二臺一次循環(huán)水泵，一用一備方式運行。鍋爐冷渣器技術參數(shù)及工作流程如下：

鍋爐冷渣器主要技術參數(shù)：

型    號： HBSL-ⅠV     設備出力：0-8t       水阻：≤0.05Mpa

出渣溫度：≤100℃         冷卻水量：32t/h

進水溫度：10-30℃         進水壓力：≤0.8MPa

出水溫度：70-80℃

循環(huán)水泵額定參數(shù)：

流    量： 65t            揚    程：17m

電機功率：5.5kW

鍋爐冷渣器冷卻水流程：

除鹽水→膨脹水箱→一次循環(huán)水泵→￠73mm管道→4臺冷渣器入口（冷渣器入口管徑￠57mm）→4臺冷渣器出口（冷渣器出口管徑￠57mm）→￠73mm匯水管道→熱交換器→膨脹水箱。

3  存在的問題及原因分析

3.1存在的問題

福建晉江熱電有限公司#1、#2鍋爐分別于2006年1月和4月投產(chǎn)，至今已運行接近4年時間，由于電廠采購的入爐煤煤質(zhì)隨著采購市場的變化而變化，造成冷渣器運行工況也時常變化。當燃用低熱值煤炭時，冷渣器運行即暴露出安全運行和經(jīng)濟運行等問題，歸結如下：

3.1.1冷渣器冷卻水出水溫度高

由于煤炭走入買方市場，煤炭質(zhì)量無法得到保證，入爐煤熱值不斷不降，入爐煤低位發(fā)熱量最低到4300大卡，鍋爐在200t/h負荷時，入爐煤量從原30t/h左右最高上升到39t/h左右，四臺冷渣器全部投入運行時，冷渣器冷卻水出水溫度經(jīng)常在92～95℃左右運行，經(jīng)常出現(xiàn)冷渣器因超溫（≥95℃）而跳閘的事件。

3.1.2冷渣器耗水量大

由于冷渣器排渣溫度高，造成冷渣器運行中經(jīng)常因出渣溫度高而跳閘，為了保證鍋爐順利出渣，在冷渣器排渣溫度高時，打開冷渣器出水排污門，冷卻水部分排地溝運行，通過加大通過冷渣器的冷卻水量，勉強降低冷渣器冷卻水溫度，使冷渣器能維持連續(xù)運行。經(jīng)測算，但每日耗水量卻因為冷渣器冷卻水排地溝而增加耗水300t左右。

3.1.3冷渣器安全狀況差

由于冷渣器排渣量大，出水溫度高，冷渣器由于缺水出現(xiàn)超溫內(nèi)漏現(xiàn)象。2008年6月，由于超溫保護未正常動作，造成了#1爐#4冷渣器超溫泄漏。同時，為保證鍋爐正常運行，運行人員經(jīng)常對鍋爐進行事故放渣，增大了運行人員的勞動強度，同時也增大了因事故放渣引起的燒傷和燙傷事故概率，給安全生產(chǎn)帶來極大的影響。

3.2原因分析

3.2.1鍋爐排渣量增大：

如果以設計的入爐煤發(fā)熱量運行，在鍋爐200t負荷時，每小時的入爐煤量只有30t，如煤灰分及灰渣、飛灰總計含量為35%，灰渣比例按4：6計算，則每小時排渣量約為4.2噸。如果入爐煤熱值下降到4400大卡左右時，鍋爐每小時煤量則上升到38~39噸，每小時排渣量約為5.32噸。如以后鍋爐260t負荷運行時，每小時耗煤約45~50t，每小時產(chǎn)渣6.3~7t，因煤質(zhì)變化造成鍋爐產(chǎn)渣量變化較大，影響了冷渣器運行。

3.2.2冷卻水量不足：

如果冷卻水量能達到冷渣器必需的水量，則冷渣器運行還是可保證正常運行，如以4~5噸水冷卻1噸渣來計算，每小時39噸入爐煤量產(chǎn)渣5.32噸，需耗水21.5~26.6噸，但是由于一次循環(huán)水泵供水壓力低(出口壓力0.16Mpa)，系統(tǒng)管阻大，冷渣器進出口壓差很小，只有0.05MPa（進口0.06MPa，出水壓力0.01 Mpa），壓差不夠，無法保證足夠的冷卻水量。經(jīng)測算，此壓差下每小時水量只有10~12噸，遠遠滿足不了冷渣器需要的耗水量，造成冷渣器出水溫度偏高。所以，日常運行時需排地溝運行。

3.2.3冷卻水管管徑配合不當：

以4臺冷渣器進水管口徑￠57mm來計算，在壓力不高的情況下，為保證水量足夠，則要求主供水管的口徑最小需要￠108mm為宜，我司一次循環(huán)水泵出水管口徑只有￠73mm，在一次循環(huán)水泵的出口壓力不高，流速不大情況下，冷卻水量不能滿足冷渣器要求。

4  改造要點及系統(tǒng)圖

4.1改造要點

4.1.1對冷卻水源進行改造

將冷渣器水源由除鹽水改成凝結水，凝結水從汽機軸封加熱器后引來，經(jīng)過冷渣器后再回到汽機#3低加出口管。原除鹽水管作為凝結水的備用水源使用，以回收冷渣器熱能。

4.1.2對冷卻循環(huán)水泵運行改造

拆除原四臺二次循環(huán)水泵，在冷渣器出水母管后新增三臺熱水循環(huán)泵，將冷渣器后冷卻水升壓后再送回汽機#3低加出口管，升壓水泵揚程選擇33.5米，電機功率15kW，以達到水量充足。

4.1.3對冷卻水管道運行改造

將原來的冷渣器前冷卻水母管管更換成￠108mm管徑，以保證管徑與四臺冷渣器冷卻水管管徑進行匹配。將汽機至鍋爐冷渣器冷卻水管管徑定為￠159mm和￠133mm管徑，以保證充足的凝結水量。

4.1.4熱工控制改造

冷卻水升壓泵采用變頻調(diào)節(jié)技術，根據(jù)冷渣器出口水溫來控制升壓泵的轉速，保證出水溫度在70～75℃，同時還設立電氣事故聯(lián)鎖和壓力低聯(lián)鎖，保證冷渣器冷卻水正常供水。

4.2 改造后冷卻水系統(tǒng)圖

5  改造后經(jīng)濟分析

5.1熱能回收效益

根據(jù)目前鍋爐蒸發(fā)量210t/h時燃料消耗量30t/h，無煙煤的灰份含量為30%，鍋爐排渣占灰渣總量的40%，來計算1臺鍋爐額定工況下小時排渣量：

30×1000×0.3×0.4＝3600kg/h

我司目前50MW抽凝汽式汽輪發(fā)電機組額定發(fā)電量50MW、供汽35t時，汽機進汽量為217t/h，考慮汽水損失率3%后，需鍋爐提供的蒸汽量為217×1.03=223.5t/h。

此時1臺鍋爐每小時排渣量G

G＝3600÷210×223.5=3831kg/h。

鍋爐小時排渣熱量計算

計算公式：Q=[C（tz1－tz2）+251]×G KJ/h

式中：Q—鍋爐小時排渣熱量KJ/h

       C—渣平均比熱KJ/Kg?℃

       tz1—排渣溫度℃按950℃計

       tz2—排渣溫度℃按50℃計

       G—鍋爐小時排渣量kg/h，按3831kg/h計

按《小型熱電站實用設計手冊》P478頁要求，

查得： C＝[0.17＋0.06×10-3（tz1-tz2）]×4.1868KJ/Kg?℃

       C＝[0.17+0.06×10-3(950-50)]×4.1868

       C＝0.224×4.1868=0.9378KJ/Kg?℃.

鍋爐排渣熱量：

       Q＝[0.9378（950-50）+251]×3831＝1095×3831

       Q＝4194945KJ/h

鍋爐排渣熱量通過冷渣器回收至主凝結水系統(tǒng)中，減少低加抽汽量，增加做功能力，進而達到節(jié)省汽機進汽量目的。

按冷渣器出水溫度85℃來計算流經(jīng)冷渣器的凝結水流量，根據(jù)武漢汽輪機廠提供的凝汽工況熱力特性計算書來計算經(jīng)濟效益：

計算條件：主蒸汽溫度535℃，壓力為8.83Mpa，焓值為3475 KJ/kg，軸加出口水溫43℃，焓值為180KJ/kg，#3低加出水溫度70℃，焓值為293KJ/kg，冷渣器出水溫度85℃，焓值為356KJ/kg，原#3低加設計出水溫度68.1℃，焓值為285.12KJ/kg，六抽抽汽壓力為0.0387Mpa，溫度75.1℃，焓值為2523.6KJ/kg，#2低加設計出水溫度為115.7℃，焓值為484.41KJ/kg，五抽抽汽壓力為0.2206Mpa，溫度146.3℃，焓值為2759.9KJ/kg，凝結水流量為143.4 t/h

流經(jīng)冷渣器的凝結水流量為：

Q＝4194945÷（356－180）÷1000＝24 t/h

汽輪機六抽抽汽量減少值為：

Q＝（（285.12－180）×143.4（293－180）×（143.4－24））÷（2523.6－285.12）

 ＝(105.12×143.4－(113×119.4)) ÷2238.48

＝0.7 t/h

汽輪機五抽抽汽量減少值為：

           Q＝(143.4×(484.41－285.12)－(143.4－24)×(484.41-293)－24×(484.4－356)) ÷（2759.9－484.41）

            ＝(143.4×199.29－119.4×191.41－24×128.4) ÷2275.5

            ＝1.16 t/h

汽輪機主蒸汽量減少值:

       Q＝(1.16×(2759.9－2333)＋0.7×(2523.6－2333)) ÷(3475－2333)

        ＝(495.2＋133.42) ÷1142

        ＝0.55 t/h

2臺50MW汽輪發(fā)電機組年節(jié)省蒸汽量

Q＝0.55×2×7000＝7700t/a

2臺汽輪發(fā)電機組年節(jié)省蒸汽量折算成年節(jié)約標準煤量。

經(jīng)計算，鍋爐產(chǎn)噸蒸汽標煤耗量103kg/t汽，計算年節(jié)約標準煤量：

103×7700÷1000＝793.1t/a。

按每噸標煤700元，微增功率系數(shù)取1.3來計算經(jīng)濟效益，每年取得的經(jīng)濟效益為：

       793.1×700×1.3＝72.17萬元/a

5.2節(jié)水效益

以每日節(jié)水300t，年運行小時7000小時，每噸除鹽水2元制備成本來計算每年的節(jié)水效益為：

      300÷24×7000×2÷10000＝17.5萬元/a，

6  結論

福建晉江熱電有限公司鍋爐冷渣器冷卻水改造完成投入運行后，基本上可解決原冷渣器運行中出現(xiàn)的冷卻水出水溫度超溫情況，冷渣器將不再出現(xiàn)因冷卻水超溫引起設備跳閘事件，同時也減少了除鹽水的耗量，節(jié)省了除鹽水制備投入，又回收了冷渣器熱能。整個改造工程達到安全和經(jīng)濟雙豐收的目的。

參考文獻：

［1］       《小型熱電站實用設計手冊》.水利電力出版社，1989.10

文章作者：福建晉江熱電有限公司 福建 晉江 362200廖 偉