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。近年来，由于燃煤价格的不断上涨，各电厂都在积极开展技术攻关、节能增效，千方百计的降低产汽标煤耗。循环流化床锅炉灰渣热量利用也成为了电厂节能增效的热点之一。选择合适的冷渣机余热利用方案是取得节能增效的关键。为此，本文将结合郑州铝业410t/h循环流化床锅炉冷渣机的运行特点以及厂内现有设备流程加以优化改造，使锅炉排渣余热得到充分利用。
关键词：节能增效,冷渣机,余热利用,排渣余热,标煤耗
1锅炉概况
郑州铝业循环流化床锅炉采用高压参数设计，过热蒸汽压力9.81MPa，主蒸汽温度540℃,由燃烧室、高温绝热分离器、自平衡分路回料阀和尾部对流烟道组成。燃烧室全部采用膜式水冷壁，下部布风板为水冷布风板，采用大口径风帽，燃烧室下部覆盖非金属耐磨材料。燃烧室采用宽深比较大的矩形截面，主要考虑二次风的布置及穿透能力。燃烧室上部布置有双面水冷屏（8屏）和二级过热器屏(6屏）间隔布置。锅炉采用两个内径7050mm；高为7400mm，高温绝热旋风分离器，布置在燃烧室与尾部对流烟道之间，外壳由钢板制造，内衬绝热材料及耐磨耐火材料，分离器上部为圆筒形，下部为锥形。中心筒为锥型，由＄=10mm，1Cr20Ni14Si2材料卷制而成。防磨绝热材料采用拉钩、抓钉、支架固定。为解决分离器膨胀密封问题在分离器与炉膛之间、分离器与水平烟道之间采用非金属膨胀节连接。每个分离器下部分别布置有一个分路自平衡式返料装置，将循环物料分四点由后墙回送至燃烧室，锅炉给煤系统采用前墙四点给煤，煤仓里的煤经给煤机直接由炉前的密相区送入。在给煤系统中通入二次风（冷风），作为正压密封风，其目的是为了防止炉膛内部的烟气（正压）返窜到给煤系统中引燃皮带，同时在给煤口处引入热一次风作为播煤风。锅炉通风系统采用并联方式布置，共设有两台一次风机、两台二次风机、两台引风机、三台高压流化风机，采用平衡通风方式，炉膛压力平衡点在炉膛出口。郑州铝业锅炉采用循环流化床燃烧方式，炉内燃烧室燃烧温度为900℃左右。水冷壁采用多个水循环回路来保证水循环安全可靠。锅炉两侧各有一个排渣口，排渣口标高为7430mm，两侧各布置一台滚筒冷渣机，可将底渣温度冷却到100℃以下。
郑州铝业两台循环流化床锅炉蒸汽额定蒸发量是410t/h，主蒸汽压力是9.81MPa.G，主蒸汽温度是540℃,排烟温度是141℃,锅炉保证效率是90%，冷渣机出口渣温不大于100℃,燃用设计煤种时B-MCR工况下，锅炉飞灰量9.05t/h，锅炉底灰量9.34t/h，入炉煤粒径要求不大于7mm。
2滚筒冷渣机的结构及作用
2.1概述
郑州铝业GTL系列滚简冷渣机的具体型号是GTL-n×LZ（或Y）。其中n表示冷渣机的出力（t/h），L表示冷渣机的进出口距离（mm），Z表示是左型，Y表示是右型。主要作用是将循环流化床锅炉排出的热渣（约950℃)进行冷却。冷却后的渣温一般不大于100℃。此种冷渣机的冷却方式以风冷为辅，水冷为主。冷却水水源最适合使用软化水，软化水不易结垢，可保证冷渣机连续稳定运行，电厂一般采用除盐水或者是汽轮机的凝结水。风冷作用较小，但其出风口和出端吸尘口接于尾部烟道负压区，郑州铝业接于空预器出口、布袋除尘器入口，由于环保排放原因，郑州铝业单独设置一套收尘系统，否则冷渣机会有灰尘排出从而污染环境。
2.2主要结构及作用
GTL系列滚简冷渣机主要由滚筒、进渣装置、出渣装置、转动机构、驱动机构、冷却水系统和电控装置、进渣管组件等组成。滚筒由内筒、外筒套装一起构成，并与热膨胀节、旋转接头回水管等形成封闭的水腔。冷渣机内筒内壁焊接有呈螺旋状分布的螺旋叶片及纵向叶片，能将灰渣从入口端移动到出口端，在灰渣移动的过程当中，灰渣的热量可以传递到循环冷却水中，其主要换热方式有热传导、热对流、热辐射等多种形式。驱动装置主要是通过链传动带动冷渣机筒体和冷却系统同步转动，灰渣通过进渣管进入冷渣机筒体内，在冷却系统中不断滚动、抛起或翻转，向冷渣机排渣口移动，同时灰渣的热量通过冷渣机的冷却系统及冷渣机筒体的内胆进行热传导，与冷却系统中的冷却水进行换热，并通过冷却水将灰渣的热量带走，灰渣的温度降低后从排渣口排出。冷却水系统由旋转接头、筒口水管、回水管、金属软管等组成，能将吸收的灰渣热量带走。其中旋转接头部分将进水、回水均置于出口端，不仅方便检修，而且安全。旋转接头装设有压力表、热电阻、安全阀等安全附件，并设置热工连锁，以保证冷渣器能够安全稳定运行。
2.3冷渣机水路保护系统
冷渣机滚筒水路系统若超过承压部件承受能力，极易发生危险，因此冷渣机水路系统必须设置热工连锁以保护设备的安全稳定运行。
（1）冷渣机冷却水系统的进出水手（电）动门要与冷渣机的启动设置联锁，即必须先打开进出水阀门确保冷却水能够进入冷却系统之后才能启动冷渣机，同时如果冷渣机计划停运时，冷却水系统不能断水，必须先将锅炉排渣阀关闭，冷渣机继续运转20min～30min后，确保冷渣机筒体内的热渣温度完全降下来，冷却水温度降下来之后再停冷却水，以保证滚筒内无热渣，避免冷却水停运后，热渣继续加热冷却水导致冷却水系统压力升高造成危险。
（2）冷渣机进水管路上需安装流量计，在线显示流量大小，并根据冷渣机的处理设置最低流量与冷渣机的启动进行连锁保护功能，即冷渣机冷却水水量。达不到设定的最低流量时不能启动冷渣机避免水系统超压造成危险。
（3）冷渣机冷却水水路上需安装压力表（或压力开关），当冷渣机水系统欠压或者超压时报警并设置跳机连锁。
（4）冷渣机冷却水出水温度应设置热工测点及连锁保护，当冷却水出水温度大于等于85℃时冷渣机跳停。
（5）冷渣机冷却水水路上应配备安全阀，当水路系统超压时具有超压泄放功能，保护冷渣机安全稳定运行。
（6）冷渣机冷却水水路上应装有的水流开关具有断水报警功能，如果冷却水系统无水则不能启动冷渣机。此水流开关现场应装设于进水手（电）动阀门前。
3冷渣机排渣流程及注意事项
郑州铝业两台410t/h循环流化床锅炉共拥有4台滚筒式冷渣机，布置在炉膛左右两侧，根据床层压力的高、低启动一台或两台冷渣机进行排渣，锅炉排渣（温度约900℃左右）进入冷渣机筒体内与冷却水系统进行换热，降温后（温度≤100℃)的炉渣通过二级输送进入渣仓。
需要注意的是冷渣机运行方式一般采用连续运行的方式来保持床压的高低，根据床压的高、低可以适当的提高或者降低冷渣机转速，但转速不能过高，过高的话床压将在短时间内急剧下降，这是不允许的，不仅影响锅炉本身的安全稳定运行，而且对冷渣机本身也会造成巨大伤害，筒体内堆积的渣量过多，回转式密封回料不急可能造成泄漏，大大降低了进渣密封装置的使用寿命。当冷却水为工业水时，为了减少结垢，冷渣机的出水温度一般不大于50℃,根据冷渣机的出水温度高低来调节冷却水流量，并需要将出水温度报警值设置为50℃。当冷渣机冷却水为软化水时，出水温度一般不大于90℃,出水温度报警值设置为95℃。当水压不足，出水温度较高时应适当提高水压，但最高不能超过1.1倍的额定工作水压。冷渣机进水管电动阀门以及进水最小流量应与冷渣机设置连锁，这样就能保证在断水或者水量不足时，冷渣机跳停或者无法启动，来保证冷渣机的安全稳定运行。
4底渣冷却水系统
4.1现有冷却水流程
目前郑州铝业1#、2#锅炉的冷渣机冷却方式以水冷为主风冷为辅，其原有冷却水系统为闭式循环，包括4台除盐水泵、4台循环水泵、2个除盐水箱。其中4台除盐水泵、4台循环水泵的运行模式为两运两备状态，冷却水储存在除盐水箱，通过除盐水泵增压后进入冷渣机换热系统，换完热后的除盐水流经板式换热器再与循环水进行换热，最终再回到除盐水箱。这样灰渣的物理显热最终被循环水带走了，没有得到充分利用。因此，需要重新设计冷却水系统流程来回收灰渣的物理显热。
4.2锅炉现有补水流程
郑州铝业锅炉现有补水水源有两路，一路是除盐水，一路是凝结水，除盐水由化水工序提供，经2#汽轮机轴封加热器进入相变换热器，进入大气除氧器，通过中继水泵进入高压除氧器，通过给水泵进入高压加热器，加热后进入锅炉给水平台补入锅炉水系统，另一路是1#汽轮机凝结水，通过凝结水泵、7#低压加热器、6#低压加热器、5#低压加热器、4#低压加热器补入高压除氧器，通过给水泵进入高压加热器，加热后进入锅炉给水平台补入锅炉水系统，化水工序除盐水有两路组成，一路是除盐水母管的水（温度60℃,压力0.5MPa），另一路是不经板式换热器的冷除盐水（温度45℃,压力0.5MPa）作为凝汽器的备用补水水源，而1#汽轮机凝结水（温度40℃,压力1.4MPa）。补入大气除氧器的水源由相变换热器提供，水温80℃左右。
5冷却水系统设计
5.1冷却水源选择
（1）采用工业水。工业水水质相对较差，若循环使用，则应控制出水温度小于60℃,出水温度较高时，管内容易结垢，需定期除垢，检修维护工作量比较大，维护成本较高，并且灰渣物理显热不能利用。
（2）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。但是软化水需经过水处理系统，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。
（3）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，但由于除盐水水质符合锅炉补水要求，故灰渣物理显热可全部利用。
（4）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，凝结水通过凝泵升压后进入冷渣机冷却水系统冷却灰渣，加热后的凝结水通过增压泵回到4#低压加热器凝结水出口母管，进入汽水循环系统。但是由于郑州铝业的生产组织方式决定，1#汽轮机全年间断运行，此路水不可长期使用，另外，由于4#低压加热器出口母管压力偏高（1.4MPa左右），凝水通过冷渣机换热后，管路较长，沿程损失和局部损失较大，不能直接回到4#低压加热器出口母管，需要单独设置两台增压泵，这样一来，无形中就增加了运行维护成本以及电耗，故灰渣物理显热可部分利用。
综上所述，改造方案采用除盐水回收锅炉底渣显热。
滚筒式冷渣机在CFB锅炉上采用除盐水进行冷却时，减少了锅炉的排渣显热损失，同时提高了系统的补水温度，对于整个机组的性能提高以及锅炉产汽标煤耗的降低是有利的。因此，对于滚筒式冷渣机的冷却水系统进行设计时，一方面，要考虑尽可能多地回收灰渣热量，另一方面，要满足冷渣机安全稳定运行的要求，特别是要防止冷渣机冷却水由于超温、汽化，从而发生爆炸、泄露和高温细渣自流等问题。采用除盐水作为滚筒式冷渣机的冷却水源，原则上要考虑冷渣机的运行方式以及综合全厂水系统的流程及用量，在不破坏水平衡并且满足冷渣机安全稳定运行的前提下，尽可能的提高机组补水的初始温度。
5.2冷却水量的计算
冷渣机冷却水量w（t/h），当不计风冷作用时可按下式进行计算：W=0.24Pz*（Tz1-Tz2）÷（Ts2-Ts1），式中Pz代表渣量t/h，Tz1代表进渣温度℃,Tz2代表出渣温度℃,Ts1代表冷却水进水温度℃,Ts2代表冷却水出水温度℃。
冷却水耗量与出水温度关系较大，例如，当进渣温度Tz1=900℃,出渣温度Tz2=100℃,进水温度Ts1=30℃,出水温度Ts2=90℃,则每吨热渣冷却水耗3.2t。若出水温度为80℃,则每吨热渣冷却水耗量3.8t。
由此，我们选择了除盐水母管的水（温度60℃,压力0.5MPa）作为冷渣机的冷却水源，考虑到冷渣机运行的安全性，冷渣机的冷却水出水温度不能大于85℃。又选取了冷除盐水（温度45℃,压力0.5MPa）作为备用冷却水源对灰渣进行降温，换热后的除盐水直接进入大气除氧器，从而进入锅炉补水系统。为了更好地控制冷渣机的出水温度，在滚筒冷渣机的进水口各添加一台电动调节门，根据排渣量的大小调节冷却水量来控制冷却水的出水温度在80℃左右。为达到出水温度的稳定，规定了排渣方式，单台锅炉根据负荷量调整冷渣机转速尽可能的使用单台冷渣机连续排渣，只有这样才能保证冷渣器冷却水回水温度的稳定，锅炉补水系统稳定，经济效益才能最大化。
6经济效益分析
冷渣机冷却水流程优化改造完成之后，根据原有流程与改造流程的不同，重新设置了热工连锁，并顺利投运锅炉余热利用系统，改变了原有的闭式循环系统，用除盐水母管的水冷却灰渣后直接进入锅炉补水系统，流程投用后停运循环水泵两台（单台功率15kW），除盐水泵两台（单台功率15kW）。可将除盐水提温20℃以上，节省自用汽及节电效果显著。
7结论
（1）本文通过可行的4个冷渣机余热利用冷却水源方案，结合郑州铝业的实际生产运行模式，得到最优方案3，即采用除盐水母管的水作为冷渣机的冷却水源。
（2）在保证冷渣机出渣温度不大于100℃的前提下，冷却水回水温度越接近报警值，余热利用的经济性越好，因此要在保证冷渣机排渣温度以及冷渣机冷却水出水温度不超限的前提下，来调整冷渣机冷却水的进水调节门来控制冷却水量，用尽可能用少的冷却水与炉渣进行换热，这样就能取得最佳的经济效益。
（3）为了保证冷渣机冷却水回水温度的稳定，以及兼顾锅炉床层压力的高低，我们可以通过调整冷渣机的启动台数以及控制滚筒冷渣机的转速来保证冷渣机冷却水的回水温度，提高冷渣机的负荷利用率。
（4）本文虽然是对郑州铝业410t/h循环流化床锅炉冷渣机余热利用系统的优化分析，但其上述结论同样对其它形式的余热利用也有借鉴价值。
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