（山西平朔煤矸石发电有限责任公司山西朔州036800）
摘要：基于风水联合冷渣器在运行中高温室经常结渣的状况，通过建立风水冷渣器流化模型，得出流化程度对粒径具有选择性，同时得出床压与流化情况的不一致性，并且大颗粒中未燃尽碳加剧结焦现象的发生。结合山西某电厂300MWCFB机组风水冷渣器实际运行数据，为避免风水联合冷渣器高温室结渣提供借鉴。
关键词：循环流化床锅炉；风水联合冷渣器；结焦
前言
循环流化床燃烧技术(CFB)作为一种清洁高效的燃烧技术，采用干式排渣技术可以回收大量的排渣余热。随着CFB技术的大型化发展，由于风水联合冷渣器的结焦问题新建机组多采用滚筒冷渣器替代风水冷渣器。但是风水冷渣器出渣量大、传热系数大、回收热值高等优势是滚筒冷渣器无法比拟的。
本文通过深入分析风水冷渣器的结焦机理，对现有的风水联合冷渣器进行研究和优化改造，解决其结焦的问题，保证风水联合冷渣器的运行可靠性。
1风水联合冷渣器运行现状
风水联合冷渣器在运行中频繁发生不进渣、不出渣的问题，不得不经常在运行中耗费大量的人力去进行疏通，在不得已的情况下通过事故放渣口进行排渣，不仅增加了人身事故的危险性同时事故放渣口放出的“红渣”造成了热量的大量损失[1]。
风水冷渣器的结构图如图1所示。
冷渣器主要包括三部分：冷渣进渣插杆控制阀、冷渣器本体和冷渣器出渣控制阀。冷渣器内布置有四组水冷管束水冷受热面，能有效的吸收炉渣热量，降低渣温。冷却室由浇注料分隔为四个分床，每个分床之间有渣粒流通的通道。风室由隔板分为五个，每台冷渣器由一个进风母管供风，母管上的五个分支管分别与五个风室相连，每个风室的进风管配有手动调节风门对进入各风室的风量进行控制。冷渣器进渣直管上，装有插杆排渣控制阀，配有气动控制机构，对冷渣器的进渣量进行远方控制。冷渣器出渣直管上，装有出渣控制插杆阀，配有气动执行机构，对冷渣器的出渣量进行远方控制[2]。表1为风水冷渣器满负荷工况下的运行参数。
2风水联合冷渣器结焦机理分析
在诸多的国内常见煤种中，在煤种中不同成分的共同影响下，熔化温度大都高于1000℃，根据结焦理论，在低于熔化温度时，煤是不可能发生熔化，进而发生结焦的。
通过风水冷渣器运行参数分析，进入冷渣器的渣温一般在800℃左右，如果仅仅从渣温考虑，由于达不到渣的熔化温度是不可能发生结焦的，但事实情况是冷渣器高温室在如此低的渣温下结焦依然严重。
而底渣中一氧化二钠、一氧化二钾是产生低温焦的直接原因，通过渣样分析发现，一氧化二钠、一氧化二钾的成分仅仅为1%不到，低温结焦不能对风水联合冷渣器内发生结焦作出合理的解释。
通过分析为结渣渣样和结焦渣样的成分发现，结焦样中的含碳量是未结焦渣样的3倍还多。
风水冷渣器内发生结焦的根本原因是由于其内流化不畅的渣发生了二次燃烧。可以从二个方面考虑：（1）保证冷渣器内良好的流化环境，保证稳定的进渣量及一定的灰渣颗粒度，同时保证流化风量与进渣量保持同步；（2）抑制结焦的另一个途径就是抑制渣中碳的二次燃烧发生。为了研究高温室具体结焦的原因，作如下分析。
3风室流化情况分析
物料的粒径分布情况影响到流化床的燃烧、传热、床温的控制。
底渣进入高温室后经历三个过程：碰撞、残余焦炭燃烧、缩核，通过三个过程的作用，使进入高温室的灰渣粒径分布不断的发生变化，从而影响冷渣器内的料层压力。
图2极端情况下流化风速与床压的关系曲线
底渣主要由惰性床料、未燃尽碳、石灰石3种物料组成，在忽略颗粒加速对压降的影响情况下，可以得出风水冷渣器内料层压力和颗粒流化状态的关系：
（1）
式中：m为进渣量，t/h；A为仓室截面积，；为物料相对空隙率。
由李佑楚等的实验关联式可以知道，与流化风速、流化风密度、底渣平均粒径有关系，关系如下[3]：
（2）
（3）
（4）
式中：为流化风速，m/s；为流化风密度，kg/m3；为底渣密度，kg/m3；为空气动力粘度；为底渣平均粒度，m。
通过建立冷渣器流化模型，分析不同粒径分布下流化风速和床压的关系。
首先分析极端情况下（平均粒径<1mm的小粒径和平均粒径>10mm的大粒径）流化风速与床压的关系曲线，如图2所示：
从图2可以看出：1）大颗粒对应的临界流化风速大于小颗粒对应的流化风速；2）通过模型可以得出风水冷渣器的流化风速介于0.3m/s~2m/s之间。
根据实际排渣的筛分情况（见表2），将粒径分为3个档，<1mm、>1mm且<5mm、>5mm且<10mm。为了验证不同粒径分布下的临界流化风速与床压的变化关系，通过模型输出结果如图3所示。
图3不同粒径分布下风速床压模型输出结果
从图3中可以看出，平均粒径越小，起始床压增加的越快，同时发现小粒径所占的比例越大临界流化风速越小，流化越容易。在实际运行中通过观察床压来反应流化情况并不一定可靠，因为以临界流化风速作为中间点，临界流化风速前小颗粒的床压增长速率大于大颗粒的，成反比关系，临界流化风速后成正相关。
通过调取高温室堵塞情况下的实际运行数据发现，高温室风门开度100%，所对应的流化风量为7000Nm3/h，对应的风速为1.8m/s，在总风量不变的情况下风门已开大最大，此风速正好处于粒径为5mm<d<10mm的范围内，大于10mm的粒径由于达不到对应下的流化风速，被冷却室的隔板挡住积压在高温室内。所以说流化程度对粒径具有选择性。满负荷下冷渣器运行界面如图4所示。
图4满负荷下冷渣器运行界面
通过对结渣后疏通的渣样进行分析发现，渣样的粒径分布和含碳量间的关系见表2：可以看出，处于筛分区间的5mm~10mm的渣样含碳量明显高于其他区间，当这些渣样由于未燃尽碳的原因，在高温室发生再次燃烧，又加上流化不好，从而加剧了高温室的堵渣。
5总结
在实际运行中，在保证不了入冷渣器粒径的前提下，运行中注意观察高温室流化风量与床压的关系，当匹配关系出现不一致时，提前采取措施进行结渣干预，控制进渣量，提高风量，增大冷却水量，不仅可以使高温室的渣样快速冷却，降低二次燃烧产生的局部高温的可能，同时也保证大颗粒渣样能够流化。介于设备在运行中风门开度已开到最大，在锅炉检修时通过对高温室风道和风帽进行改造，使同样风量下风速提高，最终预防高温室结焦的可能。
参考文献
[1]刘建国.37t/h大型风水冷渣器运行问题分析及技改优化[J].科技创新与应用，2015,27:119.
[2]郭涛.300MW锅炉配套流化床式冷渣器的开发与应用[R].西安热工研究院有限公司，2009.
[3]李佑楚.流态化过程工程导论[M].北京：科学出版社，2008.
作者简介：路建洲，男，本科学历，工程师，主要从事循环流化床机组设备管理方面的工作。景博，男，硕士学历，助理工程师，主要从事电站系统节能方面研究工作