冷渣器工作原理与故障分析

流化床冷渣器的工作原理与故障分析

[内容摘要]近几年来，循环流化床锅炉（CFB锅炉）技术在国内发展迅速，随着循环流化床锅炉的大型化，采用流化床冷渣器已成主导方向，本文主要阐述了流化床冷渣器的工作原理，对目前流化床冷渣器运行中出现的故障进行了分析并提出一些解决措施。

[主题词]循环流化床流化床冷渣器工作原理故障分析

１.流化床冷渣器的工作原理

1.1流化床冷渣器作用

循环流化床锅炉炉膛下部排放的大渣温度在850℃～950℃之间，如果直接进行排放或进入除渣系统，会危及人生安全，也不利于除渣系统和设备的安全运行，冷渣器的作用是将排渣温度降低到除渣设备可以承受的温度，回收排渣的物理显热，流化床冷渣器还可以将排渣中细的颗粒重新送回炉膛，以提高锅炉的燃烧效率和石灰石利用率。

以一台440t/h 中间再热CFB锅炉为例，假定锅炉燃用煤Qnet.ar=3500kcal/kg，Aar=46.8%,底渣分额αdz=0.53，如采用流化床冷渣器将锅炉排渣降到150℃，其热量全部被锅炉或热系统回收，锅炉折算热效率为90.28%，锅炉煤耗为85.58t/h；如直接排高温红渣，则锅炉折算热效率为89.09%，锅炉煤耗为86.72t/h。锅炉热效率相差1.19%，煤耗相差1.14t/h，如按锅炉年运行小时7000小时、煤单价200元/吨计算，采用流化床冷渣器后每年可节约煤耗7980吨，每年节约资金160万元。大型CFB锅炉在燃用高灰分煤时，冷渣器回收的热量显得尤其突出。

通常在中小CFB锅炉上采用的铰龙和滚筒冷渣器等机械式冷渣器由于冷渣能力较小，运行中容易出现机械传动故障，所以在大型CFB锅炉上几乎都采用流化床冷渣器。

1.2流化床冷渣器工作原理

冷渣器系统见图1。流化床冷渣器就是一个小型流化床换热器，炉膛的高温渣由炉膛布风板经排渣管进入冷渣器，冷却介质（空气或低温烟气）从冷渣器的风室通过布风板送入，流化介质由下而上穿过布风板流化高温炉渣，炉渣在依次流过第1仓、第2仓、第3仓的同时，被流化介质冷却，冷却后的低温渣排入除渣系统，被加热的流化介质携带少量细颗粒由回风管送回炉膛。

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根据锅炉排渣量的多少及冷渣器排渣温度的要求，确定冷渣器内是否需要布置水冷管束，如锅炉排渣量较大或要求冷渣器排渣温度较低，如只采用风冷，冷渣器冷却风量将很大，而锅炉燃烧需要的总空气量是一定的，锅炉的二次风量将大幅减少，由于二次风进入炉膛的速度较高，穿透能力强，经冷渣器加热后的空气进入炉膛速度较低，扰动强度不够，这将在一定程度上影响炉膛燃烧，通常要求冷渣器用风量不超过锅炉总燃烧空气量的10%，所以此时需要在冷渣器内布置水冷管束，水冷管束的作用相当于沸腾炉中的埋管，以增加冷却效果。

同时，根据锅炉排渣量的多少及冷渣器排渣温度，可决定是采用2个仓、3个仓甚至4个仓；流化冷却介质是采用热空气还是冷空气；冷却水源是采用锅炉给水还是系统冷却水。

流化冷却风

图1 冷渣器工作原理图

1.3流化床冷渣器的优势

目前中小型循环流化床锅炉大部分采用水冷铰龙、滚筒等机械式冷渣器，机械式冷渣器在运行中容易出现卡涩和堵塞问题，与机械式冷渣器相比，流化床冷渣器具有如下优势：1）流化床冷渣器在排渣、冷渣过程中没有机械传动装置，不会出现卡涩和堵死现象，有利于锅炉的安全运行。

2）流化床冷渣器的冷却能力强，冷渣迅速；而机械式冷渣器的单台冷却能力很难达到5t/h以上。

3）降低排渣温度，回收排渣的物理显热，提高锅炉效率。

4）由于炉渣细颗粒中的未燃尽碳和石灰石含量较高，流化床冷渣器能将该部分细颗粒送回炉膛，减低排渣中的含碳量，提高石灰石的利用率。

2. 运行中流化床冷渣器的常见故障及排除方法

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近几年，流化床冷渣器在大中型循环流化床锅炉上得到了广泛应用，由于冷渣器内的流化速度较低，壳体内部和蛇形管均采取了可靠的防磨措施，所以没有出现明显的磨损现象。但由于技术不够成熟，出现的其他问题也较多，影响锅炉的连续安全运行，其主要问题有：

2.1 冷渣器结渣

运行中冷渣器布风板上局部床温偏高，从冷渣器排渣管排出大块的渣块，严重时将堵塞排渣口而被迫停炉，主要原因有：

1）入炉煤的粒度不符合要求，有大直径的煤或石块送入炉内从而进入冷渣器，由于冷渣器的流化速度较低（通常为1～1.8m/s）,难以使这些大颗粒充分流化，造成局部结渣后蔓延。

2）设计时流化速度偏低，或冷渣器采用一次风作为流化风，运行时没有有效的调节手段。

3）高温渣在冷渣器进渣管、冷渣器内部堵塞后出现结渣。

4）冷渣器在运行过程中由于运行床压不稳定、难以控制，流化不均匀而结渣。

5）在冷渣器进渣管上布置有风嘴起松动作用时，由于风量控制不合理而结渣。当风量过小时，松动作用不明显；风量过大时，该处的渣温较高，在排渣中出现再燃而结渣。

在众多大中型循环流化床锅炉的运行实践中，经过长时间的探索、总结，采取如下措施可有效防止冷渣器结渣：

1）从煤的破碎、筛选着手，严格控制煤的入炉粒度。

2）采取措施，防止在冷渣器进渣管、冷渣器内部出现堵塞（见2.2条）。

3）运行前将冷渣器铺一定厚度（约300mm）的启动床料，床料可以是0～3mm的炉渣，也可以是较细的河砂，可有效消除冷渣器投运前期流化不均匀而造成结渣的问题。

4）建议在锅炉运行前期，采用人工控制方式进行操作，而不宜采用自动控制方式，待运行一段时间，积累经验，获得充分数据后，可接入自动控制。

5）冷渣器采用溢流式排渣方式，可维持运行中冷渣器床压的稳定，流化均匀，避免冷渣器在进渣、排渣过程中床层高度的剧烈波动。

6）建议冷渣器采用连续排渣方式，一方面可以避免由于间断进渣、排渣对冷渣器内耐火非金属材料的热冲击，另一方面，还可维持运行过程中冷渣器料层的稳定，避免剧烈波动。

7）冷渣器配置单独的流化风机，由于其风机压头高，流量调节灵活，不受一次风的限制，可改善冷渣器的流化质量，增加调节的灵活性。建议采用2×100%容量的风机并联。

8）运行中严格控制冷渣器进渣管上松动风风量，防止冷渣器进渣管中出现再燃。

9）当锅炉燃用结渣性较强的燃料时，冷渣器可采用部分冷烟气（自锅炉除尘器后抽取，经烟气再循环风机加压后送入冷渣器）作为冷却流化介质，可有效防止冷渣器内部

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出现再燃。见图2

再循环烟气再循环风机

图2 烟气再循环系统

10）冷渣器的各冷却室设置大渣排放口，运行中根据煤质、床温及床压情况，决定大渣口开启周期及时间，防止大颗粒长时间停留在冷渣器内而又流化不好造成结渣。

11）进渣管上设置高压吹扫空气，当进渣管出现堵塞或结渣时，可开启吹扫风。

12）运行中密切监视冷渣器床温床压，发现异常工况，及早采取措施。如适当加大冷渣器流化风量、开启进渣管上的吹扫空气。由于冷渣器的运行及控制方式不一样，所以应根据具体情况采取相应对策。

2.2 冷渣器进渣管、冷渣器内部出现堵塞现象

冷渣器的排渣控制方式，目前国内的冷渣器有进渣机械控制和出渣控制两种方式，见下图。

（1）进口机械阀控制方式

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炉 膛

冷渣器

旋转阀

排渣

（2）出口控制方式

冷渣器进渣管、冷渣器内部的结渣和堵塞是相互影响的，当出现结渣时，可造成堵塞；反过来，堵塞也可加剧结渣现象的发生。所以除了措施外，在冷渣器的设计和运行中还可采取以下措施防止在冷渣器进渣管、冷渣器内部出现堵塞。

1）冷渣器进渣管的口径选取要合理，不能太小。

2）冷渣器进渣管采用合适的倾角斜度，通常与水平夹角a=5°～10°。

3）进渣管采用渐扩形式，有利渣的流动。

4）进渣管入口处、进渣管中部布置有风嘴，风嘴不宜伸入排渣管内太长，伸入太长也容易造成堵塞。当排渣管内出现堵塞时，将吹扫风切换为高压吹扫风，用于防堵。

5）冷渣器的每个冷却室设置排大渣口，定期排放大渣。

6）冷渣器隔墙开孔（绕流孔）大小合理，不宜太小，不利渣的流动。

图3 冷渣器防堵结构

3. 结论及建议

3.1 流化床冷渣器的必要性。随着循环流化床锅炉的大型化，要求冷渣器的冷渣能力增大，常规的机械式冷渣器难以满足需要，在燃用低热值、高灰分燃料时表现尤为突出；由于流化床冷渣器能够回收排渣中的部分热量，没有机械传动装置，所以在大型循环流化床

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锅炉上采用流化床冷渣器将是大势所趋。

3.2 近几年，流化床冷渣器技术还不够成熟，运行中暴露的问题也较多，有设计方面的原因，也有运行方面的原因，出现最多的问题是结渣和堵塞，应在设计和运行调试两方面予以充分重视，从冷渣器进渣、冷渣、排渣以及外围系统等各环节着手，考虑防止冷渣器结渣、堵塞的措施，以确保冷渣器良好流化、排渣顺畅。

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