CFB鍋爐風(fēng)水聯(lián)合冷渣器改造為滾筒冷渣器的案例分析

董 建（山東電力工程咨詢院有限公司,濟(jì)南 250013）

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CFB鍋爐風(fēng)水聯(lián)合冷渣器改造為滾筒冷渣器的案例分析

董 建
（山東電力工程咨詢院有限公司,濟(jì)南 250013）

摘 要：本文通過實(shí)際案例從安全性和經(jīng)濟(jì)性角度分析了循環(huán)流化床（CFB）鍋爐的風(fēng)水聯(lián)合冷渣器改造為滾筒冷渣器的可行性；分析了改造過程中遇到的問題，并給出了解決方案；利用凈現(xiàn)值法計算的改造的投資回收期為兩年以內(nèi)，改造的投資收益率較高。

關(guān)鍵詞：循環(huán)硫化床鍋爐；冷渣器改造；風(fēng)水聯(lián)合冷渣器；滾筒冷渣器

冷渣器是循環(huán)硫化床（CFB）鍋爐的重要設(shè)備，發(fā)揮著安全排渣和余熱回收利用［1］的重要作用。風(fēng)水聯(lián)合冷渣器和滾筒冷渣器是目前應(yīng)用較多的兩種形式［2］，兩種形式的冷渣器在運(yùn)行中都存在各種問題，并得到不斷的完善。其中風(fēng)水聯(lián)合冷渣器存在的問題更加突出［3］，因此，在工程應(yīng)用中，滾筒冷渣器逐漸得到人們的更多認(rèn)同［4］。本文以某CFB鍋爐發(fā)電廠作為案例，研究風(fēng)水聯(lián)合冷渣器改造為滾筒冷渣器的可行性，分析改造過程中遇到的問題和解決方案，并分析改造的節(jié)能效益。

1 改造的可行性分析

某電廠2×150MW發(fā)電機(jī)組的CFB鍋爐一直沿用哈爾濱鍋爐廠標(biāo)配的風(fēng)水聯(lián)合冷渣器，自投運(yùn)以來，運(yùn)行情況基本良好，但存在水冷管束容易磨穿泄漏、冷渣風(fēng)機(jī)低頻噪聲較大等缺陷。因此，該電廠對冷渣器進(jìn)行了改造，由風(fēng)水聯(lián)合冷渣器更換為滾筒冷渣器，以求達(dá)到提高安全性和經(jīng)濟(jì)性的的。以下對從安全、經(jīng)濟(jì)方面分析改造的必要性和可行性：

1.1 安全性

該電廠風(fēng)水聯(lián)合冷渣器運(yùn)行基本良好，排渣也較為順暢。但在全燒無煙煤的情況下經(jīng)常出現(xiàn)堵渣及排渣能力不足等問題。另外，風(fēng)水聯(lián)合冷渣器的水冷管束經(jīng)常出現(xiàn)因磨損泄漏需進(jìn)行堵管處理，在泄漏點(diǎn)較多時，經(jīng)常出現(xiàn)將所有水冷管束封堵的情況，失去水冷的作用，影響余熱回收利用；并且在檢修時需對水冷管束進(jìn)行整體更換，因此維護(hù)費(fèi)用較高，經(jīng)濟(jì)性較差。水冷管束的泄漏還會導(dǎo)致大量的濕渣堵塞輸渣泵和渣庫，為機(jī)組運(yùn)行帶來安全隱患。

滾筒冷渣器是在CFB鍋爐大量應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，已得到業(yè)界的普遍認(rèn)可，幾乎被所有新建CFB機(jī)組電廠所采用，有90%以上原采用風(fēng)水聯(lián)合冷渣器的CFB鍋爐由于各種各樣的原因已經(jīng)改造為滾筒冷渣器，并在實(shí)際運(yùn)行過程中不斷進(jìn)行改進(jìn)、完善。目前滾筒冷渣器的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，能很好地適應(yīng)各種煤種。因此，風(fēng)水聯(lián)合冷渣器改造為滾筒冷渣器能更好地為機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行護(hù)駕保航。

1.2 經(jīng)濟(jì)性

改造后，能耗較高的冷渣風(fēng)機(jī)被取消，可降低廠用電率；另外，由于取消了冷渣風(fēng)，為了保證鍋爐的總風(fēng)量不變，需增加進(jìn)入空預(yù)器的風(fēng)量，可有效降低鍋爐排煙溫度。以上兩點(diǎn)都可帶來節(jié)能效益。改造前，經(jīng)多次停運(yùn)冷渣風(fēng)機(jī)，模擬改造成滾筒冷渣器的運(yùn)行情況，從試驗(yàn)結(jié)果可知，改造的預(yù)期節(jié)能效益較大：

1.2.1 機(jī)組按滿負(fù)荷（150MW）運(yùn)行時節(jié)能效益預(yù)估

在滿負(fù)荷時，因取消冷渣風(fēng)機(jī)的節(jié)電量與一次風(fēng)機(jī)耗電量增加相抵消，廠用電率變化不大，可忽略不計；但排煙溫度降低4.5℃，使得發(fā)電標(biāo)煤耗降低約1g/kWh，按年運(yùn)行5500小時計算，每臺爐每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤825T標(biāo)煤，按平均煤價477元/T（發(fā)熱量4628kCal/kg）計算得每年節(jié)省燃煤費(fèi)用為：825×7000/4628×477≈60萬元。改造費(fèi)用為220萬元，靜態(tài)回收期為220/60=3.67年。

1.2.2 機(jī)組按實(shí)際平均負(fù)荷（120MW）運(yùn)行時節(jié)能效益預(yù)估

改造后廠用電功率可減少約250kW，按年運(yùn)行5500小時計算，年節(jié)電量為：250×16533=137.5萬kWh；按上網(wǎng)電價0.4241元/kWh計算，年節(jié)省費(fèi)用為：137.5×0.4241≈58萬元。

排煙溫度下降7.7℃，使得發(fā)電標(biāo)煤耗降低約1.54g/kWh，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1016.4T標(biāo)煤，按平均煤價477元/T（發(fā)熱量4628kCal/kg）計算得每年節(jié)省燃煤費(fèi)用為：1016.4×7000/4628×477≈73萬元；改造費(fèi)用為220萬元，靜態(tài)回收期為220/（58+73）=1.68年。

因此，無論是在滿負(fù)荷還是實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷下，冷渣器由風(fēng)水聯(lián)合形式改造為滾筒形式的經(jīng)濟(jì)性是很明顯的，靜態(tài)回收期均在四年以內(nèi)。

2 改造過程中出現(xiàn)的問題及解決方案

該電廠在大修期間將#5爐兩臺風(fēng)水聯(lián)合冷渣器改造成滾筒冷渣器。經(jīng)冷熱態(tài)調(diào)試后，兩滾筒冷渣器投入使用至今運(yùn)行情況良好，即使在鍋爐燃用灰分較高的煤種時（最高達(dá)35%），兩滾筒冷渣器均能滿足鍋爐大排渣量的要求，其運(yùn)行效果較改造前有較大的改善。但兩滾筒冷渣器在投運(yùn)初期也曾出現(xiàn)過一些問題和缺陷，經(jīng)多次消缺及完善，現(xiàn)問題基本得以解決?，F(xiàn)將#5爐冷渣器改造后遇到的問題和解決方案總結(jié)如下：

2.1 二三室緩沖倉下渣不均缺陷

問題表現(xiàn)：滾筒冷渣器出渣管排至緩沖倉二室和三室的分渣能力不強(qiáng)，渣量分配不均勻，需等三室滿渣才能往二室排渣。

解決方案：在三室下渣口（冷渣器排渣管的第一下渣口）處加裝分渣裝置，以達(dá)到均勻分渣的目的。

2.2 緩沖倉無滿渣監(jiān)控裝置

問題表現(xiàn)：冷渣器緩沖倉滿渣后無監(jiān)控手段，導(dǎo)致緩沖倉堵塞后爐渣從滾筒冷渣器后部漏出，對安全文明生產(chǎn)造成較大的影響。

解決方案：將原設(shè)于緩沖倉濾網(wǎng)下部的料位開關(guān)遷移至緩沖倉上部接近排渣管附近，當(dāng)緩沖倉出現(xiàn)堵塞時向運(yùn)行及燃運(yùn)人員發(fā)出報警，以便作出清理緩沖倉及停止向冷渣器排渣等處理措施。

2.3 冷渣器進(jìn)渣端負(fù)壓管金屬膨脹節(jié)及負(fù)壓管彎頭容易磨穿

問題表現(xiàn)：冷渣器進(jìn)渣端負(fù)壓管金屬膨脹節(jié)及負(fù)壓管彎頭等容易出現(xiàn)磨穿漏渣。

解決方案：更換磨穿的金屬膨脹節(jié)，并對膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改良，同時適當(dāng)調(diào)整負(fù)壓管調(diào)門開度，以減少負(fù)壓管風(fēng)量及其所攜帶的細(xì)床料量。對負(fù)壓管的彎頭進(jìn)行防磨處理（灌注可塑料）。

2.4 凝結(jié)水壓力低時冷渣器無法投入運(yùn)行

問題表現(xiàn)：由于冷渣器設(shè)置了低水壓保護(hù)，在凝結(jié)水壓力低于0.8MPa時（主要在停爐過程中），滾筒冷渣器即發(fā)出跳閘信號跳閘，無法投入進(jìn)行排渣。

解決方案：在DCS設(shè)置低水壓報警信號，在現(xiàn)場控制箱設(shè)置低水壓投退開關(guān)，在超低負(fù)荷或停爐過程中，在DCS發(fā)出低水壓報警后，將低水壓投退開關(guān)退出（正常運(yùn)行時投入），既可保證冷渣器的安全，又可確保冷渣器的正常運(yùn)行。

2.5 滾筒冷渣器漏水

問題表現(xiàn)：B側(cè)滾筒冷渣器旋轉(zhuǎn)接頭出現(xiàn)輕微滲漏，A側(cè)冷渣器筒體焊口出現(xiàn)拉裂漏水。

解決方案：廠家提供全新改良的旋轉(zhuǎn)接頭，密封性更好及更容易維修。對A冷渣器筒體由于冷熱交替頻繁而出現(xiàn)拉裂的小焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊處理，同時交代運(yùn)行人員在停運(yùn)冷渣器后不得將冷渣器內(nèi)的渣排空，保留一部分冷渣以防止恢復(fù)投運(yùn)后熱渣的沖擊。

2.6 冷渣器進(jìn)渣管三維膨脹節(jié)漏灰

問題表現(xiàn)：滾筒冷渣器進(jìn)渣管三維膨脹節(jié)處由于間斷排渣而出現(xiàn)漏灰現(xiàn)象，對現(xiàn)場的文明生產(chǎn)造成一定影響。

解決方案：更換并加固三維膨脹節(jié)盤根，同時對該膨脹節(jié)進(jìn)行保溫并加設(shè)非金屬膨脹節(jié)。

#5爐兩臺滾筒冷渣器在投入運(yùn)行初期雖然已顯現(xiàn)部分缺陷及不足，但在廠家的積極配合下，所存在的問題已基本得到解決和完善。滾筒冷渣器單臺最大出力達(dá)到12.8T/小時，滿足排渣安全性需要。

3 改造后節(jié)能效益評估

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

（1）#5機(jī)組某年實(shí)際運(yùn)行時間為6778小時，發(fā)電量91556萬千瓦時，發(fā)電標(biāo)煤耗322.28g/kw.h，電價0.4241元/kw.h；

（2）改造前：風(fēng)水聯(lián)合冷渣器冷渣風(fēng)機(jī)電流45A，冷渣風(fēng)量4.15萬，一次風(fēng)機(jī)電流114A，二次風(fēng)機(jī)電流80A，引風(fēng)機(jī)電流113A，排煙溫度152.2℃，高壓廠用電壓為6.1KV；

（3）改造后（相同工況下）：冷渣器總功率11×2＝22KW（每臺滾筒冷渣器的額定功率為11KW），一次風(fēng)機(jī)電流117A，二次風(fēng)機(jī)電流83A，引風(fēng)機(jī)電流115A（取消冷渣風(fēng)機(jī)后各電機(jī)共增加電流16A），排煙溫度145.7℃，高壓廠用電壓為6.1KV。

3.2 節(jié)能量計算

（1）節(jié)電帶來的節(jié)能量：冷渣風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率為：1.732×6.1×45×0.85＝404kW；兩臺滾筒冷渣器的額定運(yùn)行功率為：22kW；取消冷渣風(fēng)機(jī)后各風(fēng)機(jī)所增加功率為：1.732×6.1×16×0.85 ＝144kW；則改造后可節(jié)省電功率為：404-22-144＝238kW，年節(jié)省238×6778×322.28÷1000000≈520T標(biāo)煤；

（2）排煙溫度降低帶來的節(jié)能量：經(jīng)改造后，燃用低灰分的褐煤時，鍋爐排煙溫度降低6.5℃，排煙溫度降低1℃，發(fā)電煤耗將降低0.22g/kw.h，則共可降低發(fā)電煤耗：0.22×6.5＝1.43g/kw.h，則年可節(jié)省1.43×915560000÷1000000≈1309T標(biāo)煤。

（3）改造后總節(jié)能量為1829T標(biāo)煤。按平均煤價477元/ T（發(fā)熱量4628kCal/kg）計算，得每年節(jié)省燃煤費(fèi)用為：1829×7000/4628×477=132萬元。

3.3 投資收益分析

本改造投資按220萬元計，年維護(hù)費(fèi)用按初投資的5%計，內(nèi)部收益率分別取i=6%，8%，10%和12%，采用凈現(xiàn)值法進(jìn)行投資收益分析，計算結(jié)果如圖1所示。可見內(nèi)部收益率對于投資回收期影響不大，在所假設(shè)的四個內(nèi)部收益率情況下，該改造的投資回收期都在1.5-2年之間，可見，該改造的投資回報率較高。

圖1 凈現(xiàn)值法投資收益分析結(jié)果

4 結(jié)論

CFB鍋爐的風(fēng)水聯(lián)合冷渣器改造為滾筒冷渣器后，排渣能力提高，運(yùn)行安全性增強(qiáng)；節(jié)省廠用電和降低鍋爐排煙溫度所帶來的節(jié)能量顯著；改造的投資回收周期在兩年以內(nèi)，投資回報率高。

參考文獻(xiàn)：

［1］侯致福,楊玉環(huán),高建強(qiáng).300MW CFB空冷機(jī)組冷渣器余熱利用系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報,2015,42（03）：85-89.

［2］劉亮,崔林.冷渣器的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢［J］.河南化工,2012（29）：5-7.

［3］陳金利.480t/h CFB鍋爐風(fēng)水聯(lián)合冷渣器運(yùn)行問題分析及改造［J］.鍋爐技術(shù),2012,43（02）：59-62.

［4］卜銀坤.CFB鍋爐冷渣器的現(xiàn)狀分析及發(fā)展方向探討［J］.工業(yè)鍋爐,2011（01）：34-39.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.002