循環(huán)流化床鍋爐冷渣器控制策略改進(jìn)與優(yōu)化

夏明明

摘要：除灰及除渣系統(tǒng)是火力發(fā)電廠不可缺少的組成部分，隨著鍋爐容量增大，產(chǎn)生的灰渣也相應(yīng)增多， 為了保證除灰除渣系統(tǒng)的安全運(yùn)行，開展灰渣的綜合利用以及使灰渣處理達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)是目前火力發(fā)電廠灰渣處理面臨的首要問題。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；冷渣器；儀表與控制；改進(jìn)與優(yōu)化

冷渣器設(shè)備是循環(huán)流化床鍋爐的重要輔機(jī)設(shè)備，直接影響鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。從熱工儀表配置及自動(dòng)保護(hù)角度出發(fā)，深入分析設(shè)備運(yùn)行過程中存在問題，制定自動(dòng)控制優(yōu)化措施，徹底解決了冷渣器在運(yùn)行過程中安全可靠性差、自動(dòng)化程度低的技術(shù)難題。

一、 兩種冷渣器的性能比較

1. 風(fēng)水聯(lián)合冷渣器的性能優(yōu)勢(shì)。與滾筒式冷渣器相比，風(fēng)水聯(lián)合冷渣器具有許多優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：單臺(tái)出力大，可以實(shí)現(xiàn)選擇性排渣，傳熱系數(shù)高，布置方便，熱風(fēng)可直接進(jìn)爐等。以下分析風(fēng)水聯(lián)合冷渣器較為顯著的幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。（1） 回收熱量的品位高。在水冷方面，風(fēng)水聯(lián)合冷渣器的冷卻水可以采用給水，使得其埋管受熱面甚至可以成為省煤器的一部分，從而作為鍋爐本身的一個(gè)部件，對(duì)整體熱力系統(tǒng)沒有影響。冷卻水通過換熱，溫度可以提升 50～60 ℃，從而達(dá)到 250 ℃左右的省煤器進(jìn)口水溫。即使有些風(fēng)水聯(lián)合冷渣器設(shè)計(jì)出水溫度相對(duì)較低，其出水溫度比滾筒式冷渣器要高得多，一般都在200 ℃以上。這種情況下的冷渣器能部分代替較高級(jí)的低壓加熱器，排擠汽輪機(jī)高壓抽汽，提高汽輪機(jī)效率。滾筒式冷渣器多采用鋼板套筒水夾套結(jié)構(gòu)，其承壓能力較差，需要控制冷卻水壓力不要太高，一般在 2.5 MPa 以下，其冷卻水溫度提升在 20～30 ℃左右，出水溫度多在 70～80 ℃之間。因此不能將其冷卻水系統(tǒng)作為省煤器的一部分，而只能作為最低級(jí)低壓加熱器的一部分來加熱凝結(jié)水，這樣一來，熱渣的高品位余熱僅僅只能是代替了部分低壓抽汽，使其余熱回收利用率大打折扣。 （2） 傳熱系數(shù)大，體積小。風(fēng)水聯(lián)合冷渣器按照流態(tài)化原理設(shè)計(jì)及運(yùn)行，類似于鼓泡床流化床鍋爐中所采用的兩相流技術(shù) ，通過氣固流態(tài)化傳熱和氣固混合物與受熱面間傳熱達(dá)到冷渣的效果。在風(fēng)水聯(lián)合冷渣器中，熱渣被送入后，流化風(fēng)通過底部的布風(fēng)板進(jìn)入。當(dāng)氣流速度達(dá)到臨界流化速度時(shí)，渣粒即呈流體的狀態(tài)，氣速再增大，煤粒床層中會(huì)產(chǎn)生大量鼓包現(xiàn)象，床層出現(xiàn)由含顆粒稀少的氣泡相和含顆粒眾多的乳化相組成的兩相狀態(tài)，這時(shí)爐膛內(nèi)的傳熱傳質(zhì)過程顯著強(qiáng)化，傳熱系數(shù)可達(dá)100～250 W/（m2·K）。因此，整個(gè)冷渣器的體積也較小，布置相對(duì)更加靈活。而滾筒式冷渣器由于其傳熱效率相對(duì)較低，體積龐大，在鍋爐以下零米平臺(tái)上較難布置，在應(yīng)用滾筒式冷渣器時(shí)不得不占用鍋爐房檢修通道和消防通道。（3） 返回細(xì)小顆粒。風(fēng)水聯(lián)合冷渣器不僅在節(jié)能方面有著突出的優(yōu)勢(shì)，對(duì)鍋爐的正常運(yùn)行及其負(fù)荷調(diào)節(jié)也有較大的幫助。我國正在運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐中，許多都不能滿負(fù)荷運(yùn)行，部分原因就是循環(huán)灰量太少，有些電廠采用打入細(xì)沙或已燃過的煤灰等辦法來解決，這無形中增加了鍋爐的運(yùn)行成本。

2. 滾筒式冷渣器的性能優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于風(fēng)水聯(lián)合冷渣器，滾筒式冷渣器也有其自己的優(yōu)勢(shì)，它具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，易操作；對(duì)底渣粒度要求不嚴(yán)，可靠性高設(shè)備造價(jià)低，運(yùn)行電耗低等優(yōu)點(diǎn)。其中最突出的就是較高的運(yùn)行可靠性和低電耗的特點(diǎn)。（1） 運(yùn)行可靠性高。滾筒式冷渣器對(duì)渣適應(yīng)性很強(qiáng)，對(duì)底渣粒度基本沒有特殊要求，并且隨著滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度的變化，可以快速調(diào)整冷渣器的出力，出力是滾筒轉(zhuǎn)速的線性函數(shù)。這樣，滾筒轉(zhuǎn)，熱渣流進(jìn)；滾筒停，熱渣停流；快轉(zhuǎn)快進(jìn)，慢轉(zhuǎn)慢進(jìn)。因此，滾筒式成為保證鍋爐連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的優(yōu)良底渣處理系統(tǒng)。同時(shí)又由于風(fēng)水聯(lián)合冷渣器運(yùn)行中存在的問題一直沒有得到較好解決，使得滾筒式冷渣在國內(nèi)各大電廠得到迅速推廣。（2） 電耗低。以國內(nèi)某 135 MW 循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組為例 ，其節(jié)能效果明顯。改造時(shí)拆除了兩臺(tái)用于風(fēng)水聯(lián)合冷渣器的流化風(fēng)機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)平均電流在 46 A 左右，功率約 354 kW，同時(shí)另有兩臺(tái)運(yùn)行功率約 8 kW 的埋刮板輸渣機(jī)一并拆除。換裝兩臺(tái)滾筒式冷渣器之后，同時(shí)運(yùn)行時(shí)功率之和約為 20 kW。因拆除流化風(fēng)機(jī)而減少的鍋爐進(jìn)風(fēng)量由一、二次風(fēng)機(jī)承擔(dān)，使一、二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率增加約 111 kW。那么本次換裝冷渣器使鍋爐輔機(jī)運(yùn)行功率降低了 354+8-111-20=231 kW，按統(tǒng)計(jì)期間機(jī)組平均負(fù)荷率 80%（108 MW）計(jì)算，廠用電率降低了 0.21%。

二、技改措施

1.對(duì)落后的儀表進(jìn)行更新升級(jí)，將每臺(tái)冷渣器出口冷卻水電接點(diǎn)壓力表更換為測(cè)量精度高、性能可靠的壓力變送器，將壓力信號(hào)送至DCS系統(tǒng)，運(yùn)行人員可在監(jiān)控畫面上實(shí)時(shí)監(jiān)視壓力大小變化，在冷卻水壓力信號(hào)超限時(shí)，可通過聲光報(bào)警信號(hào)提示運(yùn)行人員注意，及時(shí)采取調(diào)整措施。由于原冷渣器冷卻水出水溫度保護(hù)二次表可靠性差，經(jīng)常存在保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)現(xiàn)象，通過優(yōu)化方案，將冷渣器冷卻水出水溫度信號(hào)直接送入DCS系統(tǒng)，減少中間環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的遠(yuǎn)程顯示、報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù)功能。原冷渣器出、入口隔離門全為手動(dòng)閥門。在每次冷渣器事故處理和檢修時(shí)，運(yùn)行人員必須就地手動(dòng)操作閥門，存在人身安全的風(fēng)險(xiǎn)，而且工作量大。為了提高冷渣器控制的自動(dòng)化水平，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，在每一臺(tái)冷渣器入口的冷卻水管道上增加閥門電動(dòng)裝置，保證在事故狀態(tài)下可靠地將故障的冷渣器進(jìn)行系統(tǒng)隔離。在冷渣器冷卻水母管金屬軟管發(fā)生爆管時(shí)，冷卻水進(jìn)、回水母管的壓力變化不大，運(yùn)行人員無法及時(shí)、準(zhǔn)確地判斷就地金屬軟管是否破裂，無法及時(shí)有效的處理異常情況。在進(jìn)行技術(shù)論證后，在冷渣器入口冷卻水管道上加裝流量計(jì)，對(duì)冷卻水流量大小進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)，通過邏輯判斷，設(shè)置低流量保護(hù)措施，在事故狀態(tài)下，可靠地停止冷渣器運(yùn)行。由于冷渣器入口冷卻水管道具有直管段較短、管道變徑等特點(diǎn)，積極引進(jìn)新型V錐式流量計(jì)，V錐式流量計(jì)是一種差壓式流量計(jì)，它是通過節(jié)流取差壓來反映流量大小的裝置。V錐式流量計(jì)的測(cè)量原理與其他差壓式儀表相似，但結(jié)構(gòu)不同，懸掛在管線中心的V型椎體具有獨(dú)特的整流功能。流體在節(jié)流元件的作用下，流場(chǎng)將經(jīng)過“非穩(wěn)定流—穩(wěn)定流-橫流”的變化過程，在節(jié)流元件的上游部分達(dá)到差壓式流量計(jì)測(cè)量原理所需要的理想條件，從而本質(zhì)上保證了測(cè)量的精度。同時(shí)，與V錐式流量計(jì)配套使用的是3051性高精度差壓變送器，改造后，每臺(tái)冷渣器入口冷卻水流量測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，性能也非常穩(wěn)定，運(yùn)行人員可以在DCS畫面上實(shí)時(shí)監(jiān)控冷卻水流量大小變化。根據(jù)運(yùn)行規(guī)程和冷渣器廠家提供的技術(shù)資料，對(duì)冷渣器冷卻水流量設(shè)置低流量保護(hù)措施，在運(yùn)行冷渣器冷卻水流量達(dá)到低保護(hù)定值時(shí)及時(shí)聯(lián)鎖停止冷渣器運(yùn)行。某電廠完成冷渣器就地?zé)峥貎x表和控制裝置設(shè)備改造后，對(duì)冷渣器DCS控制方案進(jìn)行了完善與優(yōu)化，充分考慮冷渣器在斷水、堵渣等故障發(fā)生的各種情況，完善的控制邏輯。

總之，為了提高冷渣器的系統(tǒng)效率，在使用上要盡量和鍋爐本體以及電廠的熱力系統(tǒng)做到一體化設(shè)計(jì)，否則冷渣器只能作為降低熱污染和減輕出渣勞動(dòng)強(qiáng)度的作用.甚至在極端情況下，流化床冷渣器的效率可能為負(fù)值，不僅不節(jié)能，反而消耗了更多的能量。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝瑜.探討循環(huán)流化床鍋爐冷渣器控制策略改進(jìn)與優(yōu)化.2017.

[2]李武.淺談循環(huán)流化床鍋爐冷渣器控制策略改進(jìn)與優(yōu)化.2017.

（作者單位：新疆圣雄能源股份有限公司）