【摘 要】 本文介绍了高坝发电厂原底渣系统及其存在的问题，论述了炉底渣的冷却对流化床锅炉经济性的影响，确定选择冷渣机的原则和方法。详细说明SA型溢流式气垫床冷渣机在高坝发电厂锅炉上的安装与运行情况。最后介绍RA型返回式气垫床冷渣机的应用的新成果，为气垫床冷渣机在大型循环流化床锅炉上的应用提供了示范经验。
【关键词】 底渣冷却器 冷渣机的选择 气垫床冷渣机
前言
循环流化床锅炉因其具有燃烧稳定、燃料适应性广、环保效益优越等优点在我国得到快速发展。据统计，目前我国已有35-480T/H不同蒸发量的循环流化床锅炉2000多台投入商业运行，总装机容量达25000MW。底渣处理系统是循环流化床锅炉的重要辅助系统，从已投入运行的循环流化床锅炉的情况表明，普遍存在底渣冷却器故障频繁，可靠性差等问题，严重影响循环流化床锅炉的安全经济运行。因此，如何保证底渣冷却器运行安全可靠、经济和环保，对于循环流化床锅炉的使用与发展至关重要。
1、高坝发电厂底渣冷却系统及存在的问题
四川内江高坝发电厂系我国从原芬兰AHLSTROM公司引进的第一台410t/h循环流化床锅炉的示范电站，1996年9月正式投入运行。其锅炉燃煤设计为南川煤，灰份为22+5%，锅炉在设计煤种下额定负荷运行底渣量为13t/h。
该锅炉底渣冷却系统共配置6台底渣冷却器（每台出力2.7T/H），一台刮板输渣机、一台斗式提升机和一座600m3底渣库。每套底渣冷却系统采用二级冷渣，第一级为单流化床选择性冷渣器，第二级为水冷螺旋冷渣器。
锅炉底渣通过排渣控制器(进渣管)从炉膛下部后墙和两侧墙（后墙4个，左右侧墙各1个）分别进入单流化床选择性冷渣器中，其流化介质来自引风机出口侧烟气，换热后的热烟气携带约25%的细渣料从冷渣器顶部回风口进入燃烧室；设计排渣温度为300℃的底渣从冷渣器底部排入第二级水冷螺旋冷渣器中进一步冷却降温至190℃以下并输送到刮扳输渣机，刮扳输渣机汇集并输送来自6个水冷螺旋冷渣器底渣，然后通过一台斗式提升机送入容积为600m3底渣库中，再由灰车运至灰场。
锅炉投运后，因燃煤达不到设计煤质，特别是近两年煤质严重下滑，该套底渣系统已严重影响到机组的安全运行和带负荷能力，其存在的问题有：

1. 排渣控制器（进渣管）经常结焦。

锅炉排渣控制器由排渣管和布风装置组成。因其采用间隙排渣方式，排渣管结焦严重，且疏通困难。
2）冷却后的渣温达不到设计要求。
单流化床选择性冷渣器设计的排渣温度为300℃。机组投运后，第一级单流化床选择性冷渣器出口渣温度在400℃左右。近两年，因煤质进一步下滑，排渣温度增高至650℃左右,给后续设备的安全运行带来了严重影响。
3）单流化床选择性冷渣器排渣口结焦。
第一级单流化床选择性冷渣器不但进渣管经常结焦，因渣量大、排渣温度高，单流化床选择性冷渣器及排渣管处也经常出现结焦现象，造成堵塞，时常危及锅炉的安全与经济运行。
4）进入水冷螺旋冷渣器渣温高、渣量大造成其变形、磨损、卡涩等故障，维修工作量大，维护费用高。
5）底灰库内结焦：由于进入底灰库的渣温过高，底渣可燃物发生再燃烧致使结焦，且打焦难度大，打焦过程有一定危险性。
6）系统泄漏：各部件热变形及热交变裂纹，致使密封变得十分困难，严重影响现场生产环境。
因上述问题的存在，底渣系统已不能满足锅炉的安全经济运行需要，底渣系统的改造已势在必行。
2、冷渣机的选择
　2-1 冷渣机的选择基本原则
为了选择符合自己需要的冷渣机，首先应根椐自身情况确定对冷渣机的基本要求。我们认为选择冷渣机应遵循下述基本原则和要求：
1）能及时、连续、高效地把排放出来的底渣迅速冷却到安全温度以下，这就要求冷渣机具有传热系数高和连续冷却的能力。
2）布置安装方便，运行故障少、检修工作量小，做到长期稳定、安全、可靠地运行。由于冷渣机的工作环境恶劣，应尽可能减少机械转动部件。
3）能有效地回收炉底渣的余热，提高锅炉热效率.
4）不影响锅炉流化质量、燃烧工况和锅炉燃烧效率.
5）尽可能减少对环境的污染，保护环境.
6）便于实现自动化、大型化。
当然，要完全满足这些条件有一定的困难，我们只能择其主要点对现有市场供应的冷渣机进行分析、比较，进行选择。
2-2 SA型溢流式气垫床冷渣机的选择过程
首先，我们调查和分析了各种机械传动式冷渣机的情况。它们是以机械传动或振动方式将渣送走，在输送渣的过程中对热渣进行冷却。这类冷渣机结构紧凑，系统连接简单，动力消耗小。在流化床锅炉发展初期，曾被广泛应用。现在仍有不少电厂选用这类冷渣机。
但是，这类冷渣机是利用间接传热方式对炉底渣进行冷却，传热系数低，传热面积要求大，当冷却的渣量大时，要求冷渣机要有足够的长度，占地多。同时，耗水量也大，冷却1吨渣一般需要10～15吨的冷却水，这使其热量回收难于与锅炉热力系统达到平衡。
特别是这类冷渣机不与锅炉的烟风系统连接，不能回收颗粒回炉，一方面它回收渣的余热有限，另一方面不能与流化床锅炉燃烧系统、烟风系统和热力系统有机地结合，对改善锅炉的流化质量、燃烧工况和脱硫工况起不到积极作用，无助于提高锅炉热效率和脱硫效率，不能成为流化床锅炉整体的有机组成部分。
大量的运行实践表明，这类冷渣的机械故障多，维修费用高，有的还危及锅炉的安全与经济运行。因此，我们否定了选择这类冷渣机的可能性。
其次，我们对现有的各种流化床式冷渣机进行了调查和分析。流化床冷渣机，均是以流化床具有高的传热系数，加之炉料返回为基础设计出来的。众所周知，流化床之用于燃烧的原因之一，是因为它具有温度布均匀的特点，对燃烧极为有利。但它之用于物料冷却，这便成为流化床式冷渣机的致命的弱点。为了达到冷却效果，需要加倍设计冷却空间和加倍布置冷却受热面。稍有不慎，就会出现冷却效果不佳的局面。如何克服这一缺点，就成为流化床式冷渣机成败的关键之一。
再者，炉底渣的冷却，较之其它物料冷却，其显著特点除温度高之外，它还含有少量的碳；颗粒不均匀，十分粗糙；工作条件恶劣。采用传统的风帽，受其布风板冷却强度的制约，稍有不慎，就会结焦；且清渣困难。如何避免结焦和简化布风装置结构，就成为冷渣机成败的关键之二。
我厂进口的单流化床选择性冷渣器的运行实践说明了存在这二个问题。其它从兄弟厂使用的多流化床分选式冷渣器的运行情况的了觧，也说明存在这二个问题。
我们通过调查了觧认识到单纯把炉底渣冷却下来已不是问题，作为运行电厂考虑的首要问题是安全、经济和环保。
经过调查、分析、比较之后，高坝电厂认为毛鸿禧先生的专利——SA型溢流式气垫床冷渣机能较好地解决上述问题，基本上能满足安全、经济和环保要求。它由衡阳市启皓科技有限公司生产制造。因此，我们决定选用SA型溢流式气垫床冷渣机。SA型溢流式气垫床冷渣机是应用喷泉床原理对灰渣进行冷却。特殊设计了气垫槽配送冷却风装置，在床内有效地建立温度梯度场(参见图1 及图2)，能迅速将进入冷渣机的高温炉渣吹散并冷却；它没有风帽，不会发生堵渣、结焦现象。与螺旋冷渣机、滚筒式冷渣机相比，没有机械转动部件，没有机械故障与安全隐患；与多仓式流化床选择性冷渣机相比，冷却效果好，又没有风帽，不存在堵渣、结焦和风帽磨损问题，灰渣流动更通畅，因此运行可靠性更高。

图2 流化床式冷渣机内炉底渣温度变化 

3、底渣冷却器的改造

1. SA型溢流式气垫床冷渣机的应用

2004年初，随着电煤市场变化，我厂电煤质量持续下滑，灰份达50%左右，锅炉底渣系统负荷重，排渣温度高，致使刮板输灰机和斗式提升机故障频繁，底灰库多次结焦，我厂被迫采取昼夜拉运底渣的措施；同时，煤中矸石或石头较多，入炉煤的粒度远远超过设计值，导致锅炉床压经常偏高，影响带负荷，且底渣冷却器经常发生堵塞，底渣冷却器维护人员由每班2人增至6人；企业安全文明生产压力极大。
2004年8月，我厂通过申报科技项目改造了一台底渣冷却器，采用湖南衡阳启皓科技有限公司生产的容量为10t/h的SA溢流式气垫床冷渣机。该设备于2004年10月11日安装完毕，并投入运行，约一半的底渣从SA溢流式气垫床冷渣机排出，排渣温度能控制在150℃（在额定负荷10t/h）以下，其余指标达到或超过设计要求，使用情况较好。
表1 SA-10型溢流式气垫床冷渣机技术经济参数

 
经过一段时间运行后，SA溢流式气垫床冷渣机逐步暴露出一些问题，如冷却水管的长度不够、检修不便等，特别是因SA溢流式气垫床冷渣机排出的热风未考虑回收，直接引入空气预热器后尾部水平烟道，热风带走的颗粒进入电除尘器较多，导致电除尘器除尘效果差，且造成炉内细床料大量丢失，影响锅炉正常流化。
2）RA型返回式气垫床冷渣机的应用
为此，我厂提出将常压式SA型溢流式气垫床冷渣机改为正压式RA型返回式气垫床冷渣机，直接将冷渣机排出的热风和细床料回收炉膛，并配合厂家及专利人完成了设计，于2005年3月底生产出了RA返回式气垫床冷渣机。RA返回式气垫床冷渣机同样是气垫床冷渣机的一种，布风板水平布置。在2005年5月的大修中，我厂进行了第二期的改造工作。即用1台10t/h的RA返回式冷渣机来替代原有的#1底渣冷却器及#1水冷螺旋冷渣器，锅炉排渣口不变，冷渣机出口的热风通过原#1底渣冷却器回风口进入炉膛，解决了热风和细床料回收问题，避免了对除尘器的影响。

从RA返回式气垫床冷渣机运行情况看，克服了SA溢流式冷渣机的缺点，运行可靠性和经济性进一步提高。2005年10月份机组小修中，我厂对所有的底渣冷却器实施了改造，工程总投入286.4万元，预计投资回收期16个月，可实现年直接经济效益为216.78万元。锅炉效率也有改造前的85.88％提高到改造后的87.82％。整体改造后的冷渣风取自再循环风机出口，一次风作为备用风，冷却水采用凝结水，冷渣机排出的渣通过输渣绞龙送入刮板输渣机。
4、结论
底渣系统改造后近5个月的应用实践证明，RA返回式气垫床冷渣机冷却效果好，运行稳定、安全、可靠，为大型循环流化床锅炉降低锅炉底渣系统排渣温度，减少维护工作量及降低维护费用，提高锅炉运行的安全性、稳定性和经济性有着重要的意义，具有明显的经济效益、环保效益和社会效益。特别是近年来煤质下滑后，我国大部分循环流化床锅炉都存在和高坝发电厂相似的问题，推广应用返回式气垫床冷渣机更具有现实意义。

参考资料：

1. 毛鸿禧 循环流化床锅炉炉底渣之冷却 中国电机工程学会热电专委会2003年年会论文集 2003年5月海口。
2. 毛鸿禧 溢流式气垫床冷渣机　中国专利　No.02 2 50136.3（2003）。
3. 毛鸿禧 流化床锅炉安全经济运行与炉底渣的排放与冷却 第五屆国际热电联产分布式能源年会论文集 2004年10月北京。
4. 中国华电集团公司 新型SC型气槽式冷渣机应用研究科技项目验收意见 中国华电科函［2005］58号 2005-4-29
5. 毛鸿禧 返回式气垫床冷渣机 中国专利 No.2005 2005 0540.7（2005）。
6. 游 宏 李文孝 蔡祯跃 内江发电总厂高坝发电厂循环流化床锅炉冷渣机改造工作情况汇报 中国华电集团公司CFB锅炉冷渣机现场会技术交流资料 2005.07.05-07.宜宾。
7. 毛鸿禧 王伟林 气垫床系列冷渣机专利产品的开发、制造与售后服务 中国华电集团公司CFB锅炉冷渣机现场会技术交流资料 2005.07.05-07.宜宾。