循环流化床锅炉底渣显热回收工艺优化-毕业论文.doc

论文题目：循环流化床锅炉底渣显热回收工艺优化xxxx大学摘 要随着世界经济的发展，能源过度消耗与环境保护之间的问题日益严峻，循环流化床（简称cfb）锅炉技术作为一种高效低污染洁净燃烧技术，得到了迅猛发展。但cfb锅炉炉底排渣量大，并带有大量的物理显热，如何高效回收利用这部分余热，对提高cfb锅炉效率，实现节能减排有着重大意义。论文以唐山开滦东方发电有限责任公司490t/h cfb锅炉为研究对象，在cfb锅炉结构特点及煤种特性分析的基础上，研究了现有滚筒冷渣器的运行状况，提出了将冷渣器原有冷却水源闭式工业水改造成凝结水，凝结水吸收完热量后再通过水泵进入低压加热器进行循环，实现对底渣显热的回收利用的工艺改造方案，并对改造方案进行了热经济性指标计算。结果表明：改造方案虽然使汽机绝对内效率有所下降，但提高了锅炉效率，全厂热效率最终提高了0.26%。其研究结果可为cfb锅炉的运行和设计提供借鉴和参考。关键词: cfb锅炉；滚筒冷渣器；底渣显热；高效回收；工艺优化abstractwith the development of the global economy, the contradiction between excessive consumption of energy and environmental conservation is becoming increasingly serious. as a greatly efficient, environment-friendly and clean-burning technology, circulating fluidized bed (cfb for short)has been developing rapidly. but cfb boiler has nuch slag, which at the same time takes away a lot of physical sensible heat. how to recover this part of the wasted thermal energy efficiently is of great significance to the improvement of the economy of the boiler and realizing the conservation of energy and the reduction of emission. thesis makes the kailuan tangshan co. ltd. orient power 490t / h cfb boilers the object of studying. based on the analysis of the structural features of circulating fluidized bed boiler and the coal properties, the thesis studies the state of the operating rolling-drum slag cooler, puts forward a project of improving the technology, which makes use of the physical heat of slag in the slag cooler to heat the water from the condenser, and calculates the thermal economic index of the reform program. the result indicates that: although the reform program decreases the absolute efficiency of the turbine, but increases the boiler efficiency, eventually the thermal efficiency of the whole plant rises 0.26%. the results of the research can provide reference for the operation and design of the cfb boiler.keywords: cfb boiler, rolling-drum slag cooler, thermal energy of the slag, greatly efficient recovery, optimizing of the technologyivxxxx大学目录引 言11 绪论21.1 cfb锅炉应用背景21.2国内外大型cfb锅炉发展概况31.2.1 国外发展动态31.2.2 国内发展动态41.3 大型循环流化床锅炉运行中的主要问题41.4 cfb锅炉冷渣器的研究现状51.4.1 冷渣器的作用61.4.2 冷渣器的主要类型71.4.3 国内外流化床冷渣器的技术特点91.5 课题研究意义111.6 课题研究内容及技术路线121.6.1 研究内容121.6.2 技术路线121.6.3 研究目标122 东方电厂cfb锅炉技术特点分析132.1 东方电厂cfb锅炉简介132.2 东方电厂cfb锅炉燃烧系统132.2.1 床料及物料循环系统132.2.2 除渣除灰系统142.2.3 烟风系统153 东方电厂cfb锅炉底渣显热回收工艺163.1 cfb锅炉滚筒冷渣器结构163.1.1 滚筒冷渣器及其特点163.2 滚筒冷渣器存在的问题173.2.1 东方电厂cfb锅炉煤种特性分析173.2.2 东方电厂cfb锅炉底渣冷却工艺分析184 东方电厂cfb锅炉底渣显热回收改造方案194.1 底渣冷却水系统设计194.1.1 冷却水源选择194.1.2 冷却水系统设计194.2 锅炉热效率计算214.3 汽机绝对内效率计算244.4 全厂热效率计算264.5 计算结果分析27结 论29参考文献30致 谢31附 录i 改造后的部分热力系统图32附 录ii 改造前后锅炉热效率计算33附 录iii 改造前后汽机绝对内效率及全厂热效率计算35附 录 补充计算37xxxx大学引 言目前cfb锅炉存在的主要问题之一是排渣系统中冷渣器运行故障常导致降负荷运行，机组停运，给电厂造成了很大的经济损失。冷渣器排渣温度过高是冷渣器的主要问题之一，排渣温度较高，不仅会造成后续除渣设备故障，同时高温炉渣带走大量物理显热，造成环境热污染，降低锅炉热效率，浪费能源。 随着cfb锅炉的日益大型化，高温灰渣的冷却和热量回收问题越来越受到人们的重视。cfb锅炉的燃料一般为劣质燃料，发热量低，灰分高，因此底渣热损失较大，一般为0.5%1.8%，热渣的温度约为900到1000，每吨渣所含的热量大约与1t蒸汽的热值相当，若能将底渣热量进行回收，则可大大地提高电厂正常运行的热经济性。因此，研究cfb锅炉底渣热量的回收具有非常重要的意义。本课题以唐山开滦东方发电有限责任公司（简称东方电厂）490t/h超高压cfb锅炉为背景，通过对cfb锅炉结构及其冷渣器运行特性的分析研究，优化改造底渣余热回收方案，并对改造方案进行热经济性计算分析。课题来源于导师与唐山开滦东方发电有限责任公司合作的横向课题。37xxxx大学1 绪论1.1 cfb锅炉应用背景能源与环境是人类社会进步与经济发展的两大要素，而能源是人类社会存在与发展的物质基础。其中，煤炭是世界上普遍利用的一次能源资源，利用煤炭燃烧产生的热能生产优质二次能源-电能，推进了世界文明与技术进步，燃煤发电技术在上个世纪得到了快速发展。但在利用煤炭获得电能的同时，煤炭燃烧产生大量二氧化硫（so2）、氮氧化物（nox）、二氧化碳(co2)等气体对大气环境造成了严重污染。能源与环境问题日益严峻，寻求一种清洁高效安全可靠能源开发机制成为当今世界面临的热点问题。1980年以来，中国的经济迅速发展，对能源的需求越来越大。中国的能源结构中，煤炭是主要的一次能源。目前，我国已经是世界上最大的煤炭生产国和消费国；煤炭在我国电力工业中占有举足轻重的地位，发电装机容量中火电装机容量占70%以上，火电机组又以燃煤机组为主。近年来，中国政府大力发展水电和核电，但是，在可以预见的未来，很难改变煤炭的绝对重要地位。2010年，中国能源构成中煤仍占2/3，在今后相当长的时期内，煤炭还将是中国的主要能源。尽管中国是一个煤炭资源比较丰富的国家，但是煤炭资源的分布呈现了严重不均匀性，大部分位于西北，远离发达的东南沿海，出现了煤炭运输问题；优质煤被运输走后，遗留了大量的劣质煤甚至矸石。如何经济合理利用这些低质量燃料，成为一个推动中国cfb燃烧技术发展的重要动力之一。与此同时，中国燃煤种类繁多，包括褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤，热值变化很大，硫含量普遍较高，利用煤炭发电成为燃煤污染物的主要来源。因此，发展洁净煤发电技术，提高能源利用率，提高发电效率，降低污染排放，是我国能源战略的重要方面。循环流化床锅炉燃烧技术是在炉内燃用颗粒煤，并在低温（850900）燃烧状况下向炉内加入适量石灰石实现高效脱硫的洁净煤发电技术，其发电效率与同容量、同参数常规燃煤发电机组基本相同。它具有煤种适应性强、负荷调节范围大、燃烧稳定、炉内燃烧中添加石灰石低成本脱硫、分级燃烧有效降低nox排放、灰渣综合利用等优点。特别是适应燃用高灰分、低挥发分等其他燃烧设备难以适应的劣质燃料方面及低负荷要求较高、负荷变化频繁的调峰电厂和负荷波动较大的自备电站中，cfb锅炉是最佳选择。应用于发电领域的常压cfb燃烧技术始于七十年代末，作为一项高效、低成本的清洁燃烧技术，它具有接近或达到同容量煤粉炉的燃烧效率；燃料适应性强，不仅可以燃用烟煤等优质煤，而且可燃用各种劣质燃料如洗中煤、泥煤、矸石、石油焦、油页岩、废木屑甚至工业废弃物和城市垃圾等；负荷调节比宽，在25%额定负荷下仍能稳定燃烧；负荷调节方便快捷；污染物排放少，低温燃烧使nox生成量少，可用石灰石作脱硫添加剂低成本实现炉内脱硫；灰渣便于综合利用等优势，是国际上公认的商业化程度最好的洁净煤技术之一。自从二十世纪80年代，该技术商业化过程中显示出其优良的环境排放特性，其污染控制成本是目前其它技术无法匹敌的。为了将低成本污染控制与高效发电相结合，目前国内外正展开高参数、大容量cfb锅炉的研究。超临界cfb锅炉综合了cfb低成本污染控制及高供电效率两个优势，在燃料价格、材料成本、制造水平上，具有巨大的商业潜力，是一个具有明显优势的燃煤发电技术。1.2国内外大型cfb锅炉发展概况1.2.1 国外发展动态cfb燃烧技术是国际上70年代兴起的新型燃烧技术，这项技术的应用成功使cfb锅炉得到了迅速的发展。cfb锅炉具有高效、低污染、燃料适应性强、负荷调节比大等一系列优点。cfb锅炉以其优越的环保特性、燃料适应性和良好的运行性能受到广泛欢迎，并得到了迅猛发展，已经形成几个技术流派：以鲁奇公司为代表(包括alstom)的绝热旋风筒带有外置cfb换热器的cfb锅炉技术；以德国b&w公司为代表的采用塔式布置中温旋风分离器的cfb锅炉技术；以原芬兰alhstrom公司为代表的燃烧室内布置翼形受热面的高温绝热旋风分离器的cfb锅炉技术；以美国fw公司为代表的带有整体式再循环换热器的汽冷旋风分离器的cfb锅炉技术。九十年代中期，又迅速崛起了由前alhstrom公司开发出的带冷却式方型分离器的紧凑式cfb锅炉技术。尤其是最近十年，机组大型化发展取得了突破性的进展。世界上100300mw级的各种类型的大型cfb锅炉有100多台在运行中， 600mwcfb锅炉的方案设计已经完成，800mw的cfb锅炉也开始进入人们的视野。国外cfb锅炉的先进性主要有以下几点：（1）基础工作扎实。国外对cfb锅炉的基础理论研究深入，设计方法科学先进。在cfb锅炉的设计中，利用相应的计算软件进行冷态、热态实验，对燃料进行试烧等。另外，国外是在较低容量的cfb锅炉上进行12年的性能测试，在掌握全部的特性曲线、建立相应的数学模型后，才向大型发展的，这样就保证了较大容量cfb锅炉的安全、文明，经济运行。（2）锅炉的可用率较高。国外cfb锅炉的可用率可以达到90%左右。由于国外cfb锅炉设计制造技术先进合理，安装质量有保证，有专用的循环硫化锅炉配套设备，而且辅机、给煤系统等可靠性高。（3）锅炉的燃烧技术效率较高。国外cfb锅炉的燃烧技术效率均在97%以上，较高的可达98%99%。飞灰含碳量可达13%。（4）大型步伐快。国外250mw等级的cfb锅炉已经投运，300400mw等级的cfb锅炉已经开始设计。1.2.2 国内发展动态中国是世界上cfb锅炉装机容量最多的国家，自1995年首台50mwe cfb锅炉投运以来，到2005年，中国通过合作生产、设备进口、制造许可证、自主开发等多种形式，完成了从高压、超高压到亚临界300mwcfb锅炉技术的飞跃。在锅炉技术进程中，典型的是：哈锅引进ppc公司220t/hcfb锅炉制造技术；东锅引进f.w公司220410 t/h非再热cfb锅炉设计制造技术；哈锅引进alstom公司(evt)220440t/h非再热和再热cfb锅炉设计制造技术；上锅引进alstom公司(ce)220440 t/h非再热和再热cfb锅炉设计制造技术；武锅引进alstom公司(evt)220440t/h非再热和再热cfb锅炉设计制造技术；哈锅、东锅、上锅同时引进alstom公司(ce)200350mwe再热cfb锅炉设计制造技术。目前中国已经掌握了100300mw级cfb锅炉设计制造与运行技术。据不完全统计，到现在中国100mwe以上到200mwe级的cfb已经设计制造了200多台；300mwe的cfb锅炉30多台。超临界600mwecfb锅炉正在高校与制造厂联合设计研发之中。毫无疑问，中国是世界上最大的cfb燃烧技术市场。1.3 大型循环流化床锅炉运行中的主要问题随着cfb锅炉的大型化发展，国内外面临很多重大技术问题。cfb锅炉大型化中的问题主要是燃烧室内受热面的布置，燃烧室深度对二次风穿透深度的限制，大型高效低阻耐磨分离器的研制及多个分离器的布置，循环灰回送系统及其控制系统的可靠性，外置式换热器的研制，锅炉负荷与床温的快速控制，大型燃烧室和大型旋风分离器内空气动力特性的不确定性等。这些问题对300mw级的cfb锅炉已不再是障碍，但对600、1000mw级的cfb锅炉尚需进一步研究解决。由于大型循环床锅炉气-固混合和气-固两相流动的复杂性，要求对气-固两相流反应流体力学，以及床内煤、床料、石灰石和回料的混合特性和燃烧过程特征、物料平衡及热平衡等问题进行深入的基础理论和实验研究，以掌握放大规律、指导设计。但是，目前中国的cfb锅炉，尤其是大容量cfb锅炉，最大的问题是可用率。统计表明，通常的大容量cfb锅炉的可用率平均为80%左右，少量的甚至低于70%。自然地，这些大容量cfb锅炉的投资上普遍认为cfb锅炉的可用率无法与煤粉炉相比。研究发现辅机设备（主要为冷渣器）运行问题和炉膛中水冷壁与耐火材料交接面附近的磨损是影响cfb机组可用率低的两大因素。仔细分析cfb锅炉非计划停炉的原因，发现主要原因并非锅炉本体，而主要是流化床冷渣器的结焦（占事故的70%）。由于国内的锅炉燃料使用原煤，其中不可避免的含有一定量的矸石。矸石的破碎特性与煤相差很大，因此经过破碎的炉前煤中，存在一定比例的超过入炉煤粒度要求的大颗粒。这些大颗粒在cfb锅炉中燃烧，一般没有问题；但是燃烧后形成的大颗粒将以底渣的形式排出锅炉，进入冷渣器。由于冷渣器是按着一定的底渣粒度要求设计的，这些大渣在流化床式冷渣器中沉积，影响了正常的流化和流动，在流化风的作用下，底渣中的未燃尽碳将发生燃烧，导致结焦，从而引起机组停机。另外，由于国内煤源紧张，入炉煤的发热量、灰分和底渣的粒度（底渣粒度（030mm）及渣量远大于设计值、份额变化范围大、灰分高、煤质差，发热量低；煤制备系统不过关，无或不投筛选系统，这些都会造成渣粒度偏大，使冷渣器运行不稳定。因此，进一步研究与开发性能优良的冷渣器成为cfb锅炉开发利用的一个重点问题。除此之外，cfb锅炉的厂用电率较高也是一个值得关注的问题。通常，cfb锅炉的厂用电率高于同容量等级煤粉炉的3%左右，cfb锅炉的初投资和维护费用较高。这些都直接影响cfb锅炉的推广与使用。1.4 cfb锅炉冷渣器的研究现状随着cfb锅炉的发展，高温灰渣的冷却问题越来越受到人们的重视。作为cfb锅炉的重要辅机，灰渣冷却装置的正常运行至关重要，特别是随着锅炉容量的增大，已直接关系到锅炉的连续可靠和安全经济运行。1.4.1 冷渣器的作用典型cfb锅炉主要由燃烧室、高温分离器、返料装置和尾部对流烟道四部分组成，如图1所示。流化床锅炉的最基本特征就是有一定量的物料在系统内循环，这些物料来自于给煤中灰分和脱硫剂，它们是惰性的。cfb锅炉的运行性能主要依赖于床料的品质，诸如颗粒粒径分布、沿炉膛的浓度分布等。cfb锅炉的循环方式不断推陈出新，但燃烧形成的大颗粒底渣能否顺利排出，是cfb锅炉大型化过程中必须解决的重要课题。炉底渣的排放与冷却装置已成为cfb锅炉不可分割的组成部分。 图1 典型cfb锅炉结构图cfb锅炉密相区灰渣直接排放温度高达800c 以上，高温灰渣带走了大量的物理显热，灰渣中残留的硫仍可以在炉外释放出二氧化硫，造成环境污染；灰渣中的残炭在高温下接触到空气继续燃烧，由于接触面积较小，会产生co气体，危及运行工人的安全。对灰分高于30%的中低热值燃料，如果灰渣不经冷却，灰渣物理显热损失较大，可达2%以上，这一部分热量通过适当的传热装置是可以回收利用的。另一方面，炽热灰渣的处理和运输十分麻烦，不利于机械化操作。一般的灰处理机械可承受的温度限大多在150300c 之间，故灰渣冷却是必需的。此外，为了控制炉膛床压，防止大渣沉积，保持良好流化条件，避免结焦，必须适时地放渣。而cfb锅炉没有溢流渣，主要以底渣形式进行放渣。此外，底渣中的细颗粒床料，对炉内热量传递极为有利，为进一步提高燃烧和脱硫效率，有必要使这部分细颗粒床料返回炉膛参与二次循环。因此，在大容量cfb锅炉中，一般配置有冷渣器，在将炉渣排至灰处理系统之前需要安全可靠的将高温炉渣冷却至一定的允许温度之内（100c左右），并尽可能的回收高温灰渣的物理显热以改善锅炉的热效率。具体归纳起来，冷渣器的作用主要有以下几点： 实现锅炉底渣排放连续均匀可控，保持炉膛存料量。一方面排掉大渣改善流化质量，另一方面若能同时实现细颗粒分选和回送，将有利于提高燃烧和脱硫效率，同时选择性排渣是实现锅炉物料平衡的重要手段之一； 有效回收高温灰渣的物理显热，提高锅炉的热效率和整个机组的经济性。例如，加热给水，起省煤器的作用；加热空气，起空气预热器的作用； 将高温灰渣冷却至可操作的温度以下（通常为150c以下），以便采用机械或气力方式输送灰渣； 保持灰渣活性，便于灰渣的综合利用； 尽可能减少高温灰渣的热污染，改善劳动条件，消除安全隐患。1.4.2 冷渣器的主要类型随着cfb锅炉的不断发展和完善，国内外先后出现了多种形式的灰渣冷却装置，按炉渣运行方式的不同，冷渣器可分为流化床式、移动床式、混合床式及螺旋给料机等。按冷却介质的不同，冷渣器可分为水冷、风冷及风水联合冷却式；按照颗粒运动机理可为两大技术流派，一为机械式冷渣器（以滚筒式冷渣器、水冷绞龙冷渣器、高强钢带冷渣器为代表）；二为流化床式冷渣器（以流化床冷渣器为代表）。下面将简单介绍几种常见的冷渣器。1 滚筒式冷渣器滚筒式冷渣器的外形如图2所示，其原理是通过水冷通体的转动和风的作用将灰渣冷却和输送。内外筒夹套内通过冷却水与热渣进行表面逆向换热，具有使用寿命较长，结构简单，运行可靠，对冷却水水质要求不高，对灰渣的粒度适应性好等优点。但是，由于其对细颗粒无法回收利用，在一定程度上会影响锅炉主床的燃烧效率和脱硫效率，同时更无法满足超临界cfb锅炉炉膛内较高的细颗粒浓度的要求。图2 滚筒冷渣器外形示意图滚筒式冷渣器主要由我国一批中小型企业自主开发，在我国中小容量cfb锅炉上获得了大量应用，包括大批135mw容量等级的cfb锅炉。在300mwcfb锅炉上也有配套业绩，但从其技术特点看，滚筒冷渣器用于大容量cfb锅炉的能力尚待检验。2 水冷绞龙冷渣器水冷绞龙冷渣器的原理是通过水冷轴、水冷叶片的转动将灰渣冷却和输送，（如图3所示）。其优点是换热量较大，再燃性小，运行稳定，调节方便，外形尺寸较小。缺点是主轴、叶片磨损量大，易泄漏，每年需要换叶片、防磨护瓦，维护量大。图3 水冷绞龙冷渣器示意图3 风冷式冷渣器风冷式冷渣器主要是利用流化介质（空气或烟气）与灰渣逆向流动完成热量交换，从而使灰渣冷却，属于接触式冷渣器。风冷式冷渣器种类很多，但主要是流化床冷渣器、移动床冷渣器、混合床冷渣器和气力输送式冷渣器等四种。其中，根据系统布置的不同，流化床冷渣器又有单室流化床和多室流化床之分。风冷式单流化床冷渣器的冷却介质通常由冷风和再循环烟气组成，加入烟气的目的是为了防止残炭在冷渣器内继续燃烧。风冷式单流化床冷渣器有多种形式，其中主要有带z型落渣槽的流化床冷渣器和塔式流化床冷渣器。多室选择性排灰流化床冷渣器通常被分隔成若干个分室，每一个分室都是一个鼓泡流化床，第一室为选择性排灰室（筛选室），其余则为冷渣室（冷却室）。从炉膛下部排除的炉渣经输送短管进入冷渣室的第一室进行选择性排灰。来自飞灰回送装置送风机的高压空气被注入输送短管以帮助灰渣送入冷渣器，冷风作为各个风室的流化介质，而且每个冷却床独立配风。为提供足够高的流化速度来输送细料，对筛选室内的空气流速采取单独控制以确保细颗粒能随流化空气（作为二次风）重新送回炉膛。4 风水共冷式流化床冷渣器流化床冷渣器利用流化床的气固两相流特性传热，气固间以及床层与受热面间的传热强烈，以风、水联合冷却，传热效率高，冷渣效果好。其原理是：冷空气通过高压风机输送到冷渣器的风室，然后冷风均匀地穿过布风板，与布风板上的炉渣接触。在流态化的状态下，冷空气与炉渣进行换热，冷空气被加热，炉渣被冷却。另外，冷渣器内布置水冷受热面，能更有效地吸收炉渣热量，降低渣温，提高锅炉效率。风水共冷式流化床冷渣器的冷却效果好，但系统却较风冷式流化床冷渣器复杂。另外，对于风水共冷式冷渣器，由于灰渣粒度大，流化速度较高必须采取严格的防磨措施，以防止埋管受热面的磨损。流化床式冷渣器主要特点有：传热系数高（70250w/(m2k)），适用范围广，单台出力可达3.540t/h；灰渣物理显热可有效利用，并且可使炉渣进一步燃尽。同时风水共冷式流化床冷渣器无机械设备，结构简单，维护费用低，热能回收利用性好，节能效果佳，使配套的输渣设备工作安全可靠，密封性好。缺点是体积略大。是一种很有发展前途的灰渣冷却设备，应广泛推广应用。目前国内外大容量cfb锅炉多采用这种冷渣器。1.4.3 国内外流化床冷渣器的技术特点流化床冷渣器实质上是一个布置有省煤器埋管组和水冷换热表面的小型鼓泡床，有效地利用了流化床锅炉成熟的两相流技术，传热效率高，成为国内外主要锅炉制造厂商传统配套的主流冷渣器技术。为了满足燃用高灰分、低热值燃料的需要，流化床冷渣器出现了多种形式，结构上各有特点。1 单流化床冷渣器 早期的大型cfb锅炉采用的是并联单流化床冷渣器（如图4所示）。国内四川高坝电厂从芬兰ahlstrom公司引进的首台pyroflow型410t/h cfb锅炉就采用了6个并联的单流化床冷渣器。在单流化床冷渣器中，灰渣由冷风或低温烟气流化，并将热量传递给流化介质，冷却后的灰渣通过排渣管排出。每套底渣冷却系统都采用了两级串联冷渣，第一级采用单流化床冷渣器，第二级采用水冷螺旋冷渣器。图4 单流化床冷渣器示意图由于单室流化床只能将热渣冷却至风渣平衡温度，且热渣停留时间分布接近全混流状态，故单流化床冷渣器冷渣能力有限，并容易出现尚未充分冷却的红渣。这样导致单流化床冷渣器排出的底渣温度仍较高，因此需要采用两级冷却系统，在单流化床冷渣器后再串联一个其他形式的冷渣器（如水冷螺旋冷渣器），对灰渣继续进行冷却；第二级冷渣器往往也起到一个调节排渣量的作用。但是，两级冷却系统的布置在结构上增加了排渣系统的复杂性。 多床式流化床冷渣器近年来，为满足cfb锅炉大型化发展的需求，适应燃煤煤种的变化，提高锅炉底渣冷却处理能力，国内外大型cfb锅炉大多采用多床式布置的流化床冷渣器。目前其主要分为两种技术流派：一种是美国foster wheeler公司生产的多仓选择式流化床冷渣器；另一种是法国alstom公司生产的多床溢流式流化床冷渣器。但是，这种多床式的串联布置结构使锅炉底渣流动特性更加复杂，当底渣中混有较大尺寸的渣块、石头或炉内脱落的耐火材料时，冷渣器中底渣的流动不畅、结焦堵塞等问题就成为影响流化床冷渣器安全稳定运行的主要因素之一。 多室选择性排灰流化床冷渣器多室选择性排灰流化床冷渣器设置四个小流化床仓室，呈长方形结构，按炉底渣的冷却行程串联排列，即炉底渣依次进入第一级选择仓、第二级冷却仓、第三级冷却仓和第四级排渣仓（如图5所示）。冷渣器内设有一个进渣口、一个排渣管和两个出气口。相邻两级仓室之间用分隔墙隔开，在进入下一级仓室之前，底渣从分隔墙底部侧面开孔绕流流过，以延长停留时间；每个仓室均有其独立的布风装置，在布风板上布置有定向风帽。图5 多室选择性排灰流化床冷渣器所谓选择性排灰，就是将炉渣进行风力筛选，粗颗粒冷却后排放掉，而细颗粒则被送回炉内作为循环物料。该种冷渣器的作用主要有：选择性的排除炉膛内的粗床料，以控制床层的固体床料量并避免炉膛密相区流化质量的恶化；将进入冷渣器的细颗粒进行分离，并重新送回炉膛，维持炉内循环物料量；将粗床料冷却到排渣设备允许的温度；用冷空气回收床料中的物理显热，并将其作为二次风送回炉膛。选择性排灰流化床冷渣器采取分室结构，形成逆流换热器布置的形式，各分室以逐渐降低的温度工况运行，可以最大限度的提高待加热空气得温度，使冷却空气量减少，有利于提高冷却效果，分室越多效果越明显，但系统的复杂性随之增加，通常以三到四个分室为宜。1.5 课题研究意义能源是国家国民经济的重要物质基础，能源问题关系到我国经济社会的发展。节约能源是我国更好地进行社会主义现代化建设、发展市场经济的关键问题，因此有必要研究提高能源利用率的方法。锅炉目前是中国主要的热能动力设备，随着我国经济快速发展，能源消耗日益增加，城市大气质量日益恶化的问题越发突出。锅炉的节能改造项目能够减少锅炉柴油消耗，取得良好的经济效益和社会效益，锅炉可有条件地选择实施合适的节能方案，能达到较大幅度地减少燃料的作用，不仅可带来经济效益，而且减少了温室气体的排放，有利于缓解地球气候变暖，同时减少酸雨气体和总悬浮颗粒物的排放量，有益于改善地区的生态环境。论文基于cfb锅炉结构、冷渣系统特点和冷渣器的运行特性进行分析研究，进而得出cfb锅炉高温炉渣余热回收优化方案并对其进行经济性评价，从而使余热得到充分利用，节省能源。1.6 课题研究内容及技术路线本课题以东方电厂490t/h cfb锅炉及底渣余热回收系统作为研究对象，主要对底渣余热回收方案进行经济性研究，并且提出优化改造方案。其研究成果可大大地提高电厂运行的热经济性，实现企业节能减排，降低能耗，取得良好的社会效益、经济效益和环境效益，具有重大的理论价值和现实意义。1.6.1 研究内容 东方电厂cfb锅炉结构、煤种特性及低压加热器系统特点分析对东方电厂cfb锅炉结构及机组低压加热器系统特点进行研究分析，在了解这些特点的基础之上对锅炉冷渣器的运行过程进行分析。 cfb锅炉高温炉渣余热回收方案优化改造根据东方电厂490t/h cfb锅炉的冷渣器的研究分析以及底渣余热回收存在的问题，对余热回收方案进行优化改造，并对比改造前后电厂的热经济性。1.6.2 技术路线论文采用“理论-实践-再理论”的研究方法，在毕业论文进行中通过检索阅读国内外cfb锅炉和冷渣器方面的文献，结合东方电厂490t/h cfb机组热力系统特点以及冷渣器的运行参数，对现场采集的数据进行分析处理，对电厂锅炉炉渣余热回收方案进行改造，并对改造前后的方案进行热经济性评价。1.6.3 研究目标在毕业论文的撰写期间，通过检索国内外的相关文章，结合在东方电厂所得的相关数据和经验，通过综合分析和学习cfb锅炉冷渣器运行特性，了解cfb锅炉底渣余热回收中所存在的问题，且具有针对性的对锅炉底渣显热回收问题进行分析，研究东方电厂锅炉机组的热力系统，对其进行改进和优化，并对改造前后的系统进行热经济性评价，进一步提高cfb锅炉运行的热经济性。2 东方电厂cfb锅炉技术特点分析2.1 东方电厂cfb锅炉简介东方电厂490t/h cfb锅炉是超高压中间再热、单锅筒自然循环锅炉，该锅炉采用平衡通风，集中下降管布置。炉膛是膜式水冷壁设计，其下部采用耐火炉衬。锅炉前墙设有4各给煤点，4个石灰石给料口。锅炉采用床上点火方式，床上布置4只大功率点火油枪。锅炉燃烧采用cfb燃烧技术，循环物料的分离采用绝热式旋风气固分离器。炉膛底部4台滚筒式冷渣器，后烟井内布置对流受热面，过热器采用两级喷水调节蒸汽温度，再热器采用以烟气挡板调节蒸汽温度为主，事故喷水装置调温为辅。东方电厂490t/h cfb锅炉主要技术参数如表一所示。表1 490t/h cfb锅炉主要技术参数项目单位 数 值过热器出口蒸汽流量过热器出口蒸汽压力过热器出口蒸汽温度再热蒸汽流量再热器进口蒸汽压力再热器出口蒸汽压力再热蒸汽进口温度再热蒸汽出口温度给水温度49013.8540396.842.82.8/2.613285402512.2 东方电厂cfb锅炉燃烧系统燃烧系统包括燃烧室（炉膛）、布风装置、物料循环系统、给料系统、烟风系统、除渣除灰系统、点火启动装置等。其中，炉膛、循环灰分离器和飞灰回送装置（有时包括外置流化床换热器）构成物料循环回路。在锅炉设备主体结构上，cfb锅炉与煤粉锅炉的主要区别就在于燃烧系统及设备。2.2.1 床料及物料循环系统锅炉在两个“u”型返料器的上升立管处均留有启动床料的给入口，启动床料仓布置在锅炉本体构架内，其高度在启动床料的给入口的标高之上，保证床料能够自流到返料器内。通常采用河沙作为启动床料，或者采用燃烬程度高的煤灰。石灰石系统可采用在锅炉内设置破碎设备或直接采购石灰石粉，应根据石灰石的含水量选用不同的破碎系统。4个石灰石口布置在水冷壁前墙，石灰石喷管插入播煤风管中，使煤和石灰石在进入炉膛前进行预混合。石灰石粉采用气力输送，石灰石粉采用气力输送，石灰石喷口规格为，喷口处压力不小于12kpa。炉膛、旋风分离器和“u”型返料器三大部件形成锅炉的物料循环系统，一次风从布置在水冷布风板上的风帽进入炉膛底部的密相区，使炉膛内的物料流化，高温物料与煤粒和石灰石充分混合，在密相区内完成燃烧和脱硫过程。大颗粒物料被流化悬浮到一定高度后，沿炉膛四周水冷壁流回到底部的密相区，细小颗粒物料则被烟气携带离开炉膛，通过变截面的旋风分离器进口烟道时被提速后，高速切向进入旋风分离器。烟气在旋风分离器内高速旋转，受离心力的作用烟气中质量较大的固体粒子被抛向旋风分离器壁面，顺着壁面向下流入返料器，而质量较小的固体粒子经过旋风分离器顶部的中心筒，进入锅炉后烟井。2.2.2 除渣除灰系统燃煤中的灰分由炉膛下部以灰渣形式和锅炉尾部以飞灰形式排出。根据燃煤粒度、煤的成灰特性不同，各类灰分所占份额会有所不同。就锅炉的设计煤种和入炉煤粒度而言，灰渣占总灰量的，平均粒度为左右；飞灰占总灰量的，平均粒度为左右。本锅炉共设置四台滚筒冷渣器，分布于炉膛下部。在炉膛底部设有排渣口，排渣量通过变频电机转速控制，进渣量受控于炉底热一次风风室的入口风压与炉膛出口风压之间的差压值，床压超过13.5kpa时则排渣。进渣管采用耐高温不锈钢管，设有膨胀节，冷却介质以循环闭式冷却水水冷为主，风冷为辅；筒体采用了螺旋滚筒，传动机构采用变频调速、减速机系统，即可手动调速，又可实现随炉床料层厚度而自动调节冷渣机出力；同时其对多尘环境的适应性高。锅炉吹灰系统采用北京嘉德兴业科技有限公司生产的jd智能单元并联锅炉脉冲吹灰系统。该系统由软件和硬件两部分组成。其中软件由plc软件、上位机集控软件组成，硬件由中央控制柜、分配器、脉冲引发柜、脉冲发生器及发射喷口等组成。由于cfb锅炉的炉膛水冷壁具有较强的自清灰能力，因此，在炉膛内不设置吹灰器。锅炉仅在后烟井对流受热面中安装吹灰器，整台锅炉共36只，其中在过热器各管组进口处安装吹灰器6支；在二级省煤器管组进口处安装吹灰器4支；在再热器各管组进口处安装吹灰器10支；在一级省煤器管组进口处安装吹灰器4支；在管式空气预热器各管组进口处安装吹灰器12支。智能脉冲吹灰器选择乙炔作为燃料。配燃料的空气为压缩空气。2.2.3 烟风系统 锅炉采用平衡通风，炉膛的压力零点设置在旋风分离器进口烟道内。cfb锅炉内物料的循环是由送风机（包括一、二次风机）和引风机启动和维持的。从一次风机出来的助燃空气先后经由暖风器、一次风空气预热器回热后一路进入炉膛底部一次风室，通过布风板上的钟罩式风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的固体循环；第二路从一次风室引出一根总风道至炉前，再从该总风道上引出4根支管至落煤管作为播煤风，播煤风总风量为；第三路则从一次风机出口后的冷风道上引出一股高压冷风作为炉前落煤管和给煤机的密封风，给煤机密封风总风量为，落煤管密封风总风量为。二次风经由暖风器、二次风空气预热器加热后引至炉前，由二次风箱引出若干根支管，分两层从炉膛前后墙、密相区的上部进入炉膛燃烧室，同时二次风作为床上油枪点火和油枪冷却用风。携带固体粒子的烟气离开炉膛后，通过旋风分离器进口烟道，分别切向进入两个旋风分离器。在分离器内，粗颗粒从烟气中分离出来，而烟气流则通过分离器中心筒进入后烟井，烟气被对流受热面冷却后，通过管式空气预热器进入除尘器去除烟气的细颗粒成分，最后，由引风机送入烟囱，并排入大气。高压流化风一路作为“u”型返料器流化用风；一路作为返料器立管和返料管的润滑风。3 东方电厂cfb锅炉底渣显热回收工艺根据现场调研分析，东方电厂中的锅炉底渣显热全部排到大气中耗散掉，没有有效的加以利用，造成了很大的热损失。因此，需结合锅炉燃烧状况对锅炉底渣显热进行有效地回收，并对改造前后的系统进行了合理的热经济性评价。3.1 cfb锅炉滚筒冷渣器结构3.1.1 滚筒冷渣器及其特点cfb锅炉滚筒冷渣器作用是冷却底渣，保持灰渣的活性有利于底渣余热回收和底渣的综合利用。通过研究分析，cfb锅炉底渣显热的处理方式有以下几种： 作单独的循环系统，回收底渣余热用于冬季供暖。这种方式的优点是对系统没有影响，但受季节和地域的限制，还需设有辅助供热系统。 利用风水联合冷渣器，高温段冷却介质采用给水，作为给水旁路送入省煤器中，低温段冷却介质采用凝结水，送入回热系统中。渣中的大部分热量被送回锅炉本体，减少了热量损失。 从冷凝器取水，冷却介质被加热后再送回到锅炉的回热系统。采用凝结水冷却回收方式，冷渣器起到了一个加热器的作用，灰渣物理显热被充分利用，可提高系统的热利用率，降低了机组的热耗，提高了机组的运行经济性。 回收热量代替工业用抽汽。如某造纸厂化学水处理车问将回收的热量用于加热生水以减少抽汽的消耗量。东方电厂cfb锅炉装有四台滚筒冷渣器主要技术参数如表2所示。表2 东方电厂冷渣器主要技术参数内容单位数据出力进渣最高温度出渣最高温度有风冷时每吨渣耗水量无风冷时每吨渣耗水量每吨渣冷却风量冷却水进出口水温冷却水进口压力t/ht tm3mpa410001504750030/601.63.2 滚筒冷渣器存在的问题3.2.1 东方电厂cfb锅炉煤种特性分析东方电厂cfb锅炉的设计煤种为范各庄洗煤#3+15%原煤，校核煤种1为范各庄洗煤#3+70%原煤，校核煤种2为吕家坨洗煤#4+25%原煤。燃煤的挥发分含量较高，低位发热量低，控制燃煤入炉粒度范围为010mm，50%切割粒径d50=1.5mm，其中小于1mm以下颗粒重量比不小于50%。燃煤灰分含量高，运行中应实时监控床存量，控制排渣量；灰的变形温度和软化温度均大于1500（见表3），床温控制在850950范围内不易造成结渣。表3 唐山开滦东方发电有限责任公司490t/hcfb锅炉设计及校核煤种分析序号名称符号单位燃煤分析设计煤种校核煤种1校核煤种21收到基全水分mar%2.902.401.402收到基灰分aar%52.7640.7952.783干燥无灰基挥发份vdaf%39.8435.2839.494低位发热量qnet.arkj/kg1371717690131005高位发热量qnet.arkj/kg1439818481137436收到基碳car%33.8446.1534.807收到基氢har%2.713.252.708收到基氧oar%5.675.386.719收到基氮nar%0.850.870.6710收到基全硫sar%1.271.160.9411合计%100.00100.00100.0012哈氏可磨指数hgi%70736713灰变形温度dt15001500150014灰软化温度st15001500150015灰流动温度ft150015001500对三种煤种的灰分分析如下：设计煤种：aar=52.76% 折算灰分aar,red=4190aarqar,net=16.12% 校核煤种1aar=40.79% 折算灰分aar,red=4190aarqar,net=9.66% 校核煤种2aar=52.78% 折算灰分aar,red=4190aarqar,net=16.88% 由此可得，cfb锅炉通常燃用高灰份燃料，因此排渣量大，锅炉底渣中的显热含量大。3.2.2 东方电厂cfb锅炉底渣冷却工艺分析炉膛下部装有四台滚筒冷渣器，进渣管采用耐高温不锈钢管，设有膨胀节，冷却介质以循环闭式水水冷为主，风冷为辅；筒体采用了螺旋滚筒，传动机构采用变频调速、减速机系统，即可手动调速，又可实现随炉床料层厚度而自动调节冷渣机出力；同时其对多尘环境的适应性高。东方电厂实际运行中通过闭式循环冷却水吸收底渣显热，水中的热能全部通过板式换热器排放到大气中耗散掉，浪费能源，污染环境，若能将锅炉排渣的热量进行回收并加以有效利用，则可大大提高电厂正常运行的热经济性，节约能源，保护环境。4 东方电厂cfb锅炉底渣显热回收改造方案4.1 底渣冷却水系统设计4.1.1 冷却水源选择 采用工业水工业水水质差，若循环使用，则应控制出水温度小于60度，出水温度较高时，需定期除垢，检修维护工作量大，维护成本高，灰渣物理显热不能利用。 采用软化水软化水水质好，允许出水温度高达90，一般不需要除垢，可长期运行。软化水需经水处理，运行成本较高，由于软化水水质不符合汽机补水要求，故灰渣物理显热不能利用。 采用除盐水除盐水水质比较好，允许出水温度高达90，不需要除垢，可长期运行。除盐水需经水处理，运行成本较高，由于除盐水水质符合汽机补水要求，故灰渣物理显热可部分利用。 采用凝结水凝结水水质很好，允许出水温度高达90，不需要除垢，可长期运行，凝结水从轴封加热器后通过冷却水泵升压后进入冷渣器冷却灰渣，加热后的凝结水回到#7低压加热器凝结水出口母管，进入汽水循环系统，故灰渣物理显热可全部利用。但进水温度高，吸热温差降低。综上所述，改造方案采用凝结水回收底渣显热。4.1.2 冷却水系统设计滚筒式冷渣器在大型cfb上采用凝结水进行冷却时，减少了锅炉的排渣显热损失，同时提高了凝结水的温度，对于整个机组的性能提高是有利的。因此，对滚筒式冷渣器的冷却水系统进行设计时，一方面能够尽可能多地回收热量，另一个方面要满足冷渣器安全稳定运行的要求，特别是要防止冷渣器发生爆炸、泄露和高温细渣自流等问题。采用机组的凝结水作为滚筒式冷渣器的冷却水源，原则上要考虑冷渣器的运行方式和汽机凝结水系统运行方式的不同，确保冷渣器的冷却水运