330MW 循环流化床机组锅炉冷渣器冷却水设计优化

摘要：某电厂330MW新建机组为实例，分析了采用凝结水对循环流化床锅炉冷渣器进行冷却的可行性。结论认为采用凝结水冷却冷渣器是完全可行，可以提高机组经济性，符合国家节能减排政策。

关键词：330MW 循环流化床（CFB） 冷渣器 凝结水节能

1.工程概况

某电厂工程安装两台330MW国产燃煤空冷机组，锅炉为循环流化床锅炉。本工程采用洗选煤矸石、洗中煤及煤泥的低热值混合燃料，年耗煤量约310万吨。

锅炉、汽轮机、发电机分别使用哈尔滨锅炉厂有限责任公司，哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨电机厂有限责任公司产品。

1.1煤质分析

设计煤种为洗选煤矸石、洗中煤、煤泥按48%、34%、18%比例进行混煤

校核煤种为洗选煤矸石、洗中煤、煤泥按54%、25%、21%比例进行混煤

1.2除渣系统

本工程除渣系统每台炉设6台冷渣器，每台炉的除渣系统设计出力为180t/h，约为锅炉燃用设计煤种排渣量的230%、校核煤种排渣量的212%。本工程除渣系统采用干式机械除渣方式，每台锅炉炉膛左右侧标高约5m处各设有3个排渣口，每个排渣口下部安装1台额定出力30t/h（最大出力40t/h）的滚筒冷渣机，可将850℃～1100℃的炉渣冷却到150℃以下。实际运行方式为3台运行3台备用。

2.冷渣器冷却水选择

循环流化床锅炉的排渣，是控制床层厚度，保证流化质量进而稳定燃烧的重要手段。因此冷渣器的选择非常重要，综合考虑各种情况本工程选择水冷滚筒式冷渣器。其特点如下：整机寿命长，功耗低，噪声小、便于安装和维护、投资低，国内已有多台成功运行经验。

为了保证冷渣器换热效果，冷却水要求采用不易结垢的除盐水。本期工程设置了开式冷却水及闭式冷却水。其中开式冷却水为疏矸水，水质容易结垢，无法满足冷渣器运行要求。冷渣器冷却水可在凝结水及闭冷水中选择。

本期工程虽然设置了闭式冷却水系统，但是冷渣器冷却水如果采用闭式水，需要增加闭冷水换热器、循环水泵等设备，增加基础设备投资；最主要的是此种方案炉渣中的大量余热无法回收，将通过闭冷水换热器由开冷水带至机力通风塔散发到大气中。

经过与哈尔滨汽轮机厂配合，提出将凝结水作为冷渣器冷却水，得到汽机厂认可并调整了原则性热力系统图：在汽封加热器后引出凝结水管道至冷渣器与7号低加并联运行，将凝结水作为冷渣器冷却水，此方案虽然使凝结水系统稍显复杂，但是可以回收锅炉灰渣中大量热量，提高机组运行的经济效益。

3.凝结水系统优化设计

根据DL/T5054-1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》中公式

假设至7号低加凝结水管道阻力ξt1与之冷渣器管道阻力ξt2相差不大的情况下，管道流量与管径的平方成正比，所以至冷渣器支管内径=256 mm

Di1=377-20=357mm；

G1=538 t/h；

G2=268 t/h

初步确定至冷渣器凝结水管道选择φ273x7或者φ325x8。

冷渣器与7号低加并联运行，冷渣器布置在锅炉房零米处炉膛下方；7号低加布置在排汽装置喉部，6号低加在汽机房靠近发电机尾部处。从表4可以看出由于两支管布置不同，导致两并联管道的压降不一致。

经过管道水利计算，采用φ273x7管道作为至冷渣器支管，两管道压降相差约为0.15Mpa；采用φ325x8管道时，两管道压降相差约为0.05Mpa。

由于加热器水阻均为范围值，同时参考水力计算结果，决定至冷渣器凝结水管道选取φ325x8。

在运行时为使两支管压力平衡，在至7号低加的管道上安装节流孔板，但是实际运行时工况变化复杂，节流孔板孔径难以计算准确，安装节流孔板很难满足运行要求。可以考虑安装调节阀或者其他阀门，进行管道压降调节。

相对于调节阀，蝶阀安装所需空间小，全开启状态下两端压差小，工程造价低，维护方便，所以在7号低加出口管道安装一只手动蝶阀。通过调整蝶阀开度来控制冷渣器支管压降，达到平衡两支管压力的目的。在安装调试过程称中，调试单位通过实验，标定蝶阀的开度。

4.节能分析及经济效益对比

循环流化床锅炉的排渣温度通常可达到900℃，炉渣中含有大量余热，采用传统方式冷却的冷渣器此部分热量全部排放至大气中。由于循环流化床锅炉的排渣高于普通煤粉炉，灰渣的物理热损比煤粉炉高，致使锅炉效率比煤粉炉低。

采用凝结水做为冷渣器的冷却水源，可以将灰渣的物理热损进行回收。由于凝结水通过冷渣器升温，导致汽轮机7段抽汽量减少。相比不带冷渣器的工况下，通过低压缸末级的蒸汽量增加，汽轮机在相同进汽量的情况下发电量增加。但是同时也增加了低压缸的排汽量，增加了汽轮机的冷源损失，使汽轮机的内效率下降。

就本工程实际情况，锅炉在B-MCR工况下锅炉燃煤量为275. 5t/h ，输入热量为3404GJ/h；排渣量为78. 12t/h，灰渣物理热损失为18157kw，约为65GJ/h。冷渣器如果采用闭式冷却水此部分热量无法回收，将通过机力通风塔直接排入大气，不仅造成了能源的浪费，而且还将产生大量热污染。在环保形势日益严峻的今天，这种方式不符合国家的产业政策、环保政策。

采用了凝结水作为冷渣器冷却水与采用闭式冷却水相比，不需要单独设置闭式冷却水泵及闭冷水换热器，但是增加凝结水管道长度，增加了阀门数量。

经过对比，优化后的工程初投资比优化前降低47万元。

经过优化设计后，采用凝结水冷却冷渣器，经过计算在T-MCR工况下可以从冷渣器回收热量为54.8 GJ/h；相当于机组整体热效率提高了1.4‰ ；机组热耗降低31KJ/kw・h。

优化前与优化后的全厂主要经济技术指标对比见表1

表1：全厂经济技术指标对比（THA工况）

主要经济指标 单位 优化前 优化后

机组年利用小时数 h 5300 5300

THA工况热耗率值 kJ/kW・h 8246 8218

锅炉热效率 91.30% 91.30%

全厂年总发电量 kW・h 34.98x109 34.98x109

机组绝对效率 43.60% 43.80%

管道效率 98.00% 98.00%

全厂效率 39% 39.18%

发电标准煤耗 g/kW・h 314.9 313.8

按照机组年利用小时数5300小时、标准煤650元/吨计算，在THA工况下，全厂每年节约标准煤38.48x103吨，每年节约燃料费250万元。

5.结论

综上所述，对于循环流化床锅炉冷渣器采用凝结水作为冷却水是可行的。与常规采用闭式水作为冷却水源相比：工程初投资有所降低；而且通过回收锅炉的灰渣热损，在相同进汽量的情况下增加发电量，提高了整体热效率；降低了发电标煤耗。同时减少了废热排放，降低对环境的热污染，符合国家节能减排政策。

参考文献

[1]DL/T 5054-1996 《火力发电厂汽水管道设计技术规定》

[2]河北省电力勘测设计研究院. 华能白山煤矸石电厂新建工程初步设计说明书