大型循環流化床鍋爐冷渣機優化創新

神華國熊四川白舄循環流他床示范電站有限責任公司

甘政 陳建斌 代澤華 劉昌旭 陳志遠

一、概況

循環流化床渣冷卻系統一直隨著循環流化床鍋爐的發展而發展，從風水聯合冷卻結構，到絞龍水冷夾套結構，再到夾層式螺旋結構，渣冷卻系統技術已走進膜式壁螺旋結構。膜式壁冷渣機是一種實現物料之間熱量傳遞的安全節能工藝設備，隨著設備的大型化、內部換熱管結構的緊湊化發展，冷渣機內部檢查檢修難度日益加大。四川白馬公司針對現有冷渣機的結構特點，調研國內冷渣機生產的幾個主流技術，通過技術優化創新，提高了冷渣機的可靠性。其中主要創新點為：

1、改變冷渣機局部水管道的位置，將管道重疊、移位，讓出部分檢查檢修空間，提高了檢修的便利性。

2、通過新型全框架支撐系統，提高了冷渣機內部換熱元件的支撐強度，避免了固定件松動，部件掉藩的問題。

3、采用獨特的冷渣機進渣管澆筑工藝，鉚扣工藝，加強了冷渣機進渣管道的可靠性。

通過優化后的冷渣機，工作運行狀態較好，第一臺優化的冷渣機時間是在2015年9月，運行近2年時間，未曾有冷渣機漏水、管排支撐件松動、進渣管脫落等問題，大大提高了冷渣機的安全可靠性，為將來冷渣機的發展指明了方向。

二、整體分析

大型冷渣機的結構現在主要分為兩個流派，一是以雙管排為主的青島派系，一是以十字分倉為主的成都派系。

分倉結構是將內筒分為大小不等的倉格，每個倉格的灰渣幾乎成獨立運動，也有部分交混，來提高換熱面積。而雙簡結構是采用同心的管排滾筒，來提高換熱面積。

上述兩種結構，不管派系結構如何，均采用的內部增加換熱管道，來加強冷渣機的整體換熱。內部換熱管道的增加，提高了檢查檢修的難度。

1、冷渣機漏水

冷渣機漏水是該設備常見故障。由于檢查難點的存在，會造成冷渣機運行時無法檢查和檢修，處理一小處漏點所需的時間及工期較長，設備的可靠率降低。特別是在冷渣機發生漏水以后，水和灰渣進行反應，產生難以清除的渣塊。渣塊會造成管排換熱極具惡化，管排其它部位觖水千燒損壞。另外當渣塊堆積位置集中時，冷渣機簡體處于不平衡狀態，造成設備無法啟動。

根據統計，處理一次渣塊堆積的故障，白馬公司最長時間為23天，大大增加了機組的安全隱患。

統計我廠和其它循環流化床電廠冷渣機漏水的缺陷，發現漏水部位集中在高溫段(高溫段是冷渣機下渣口向后延伸3米范圍內)。在高溫段，灰渣急劇換熱，輻射換熱能力強，管道及金屬件熱疲勞強度大。冷渣機的運行轉速最高為3r/min，這就造成管排每分鐘發生3次不同程度的冷熱交替，工況惡劣。同時在加工制造中的殘余應力與使用過程中的工作應力共同影響下，容易導致鰭片、導渣片焊縫位置發生裂紋。

通過在冷渣機外簡體上增加測溫孔、測溫儀器取平均值，發現高溫段能將灰渣從9000C左右降低到4000C左右。低溫段雖然長，但是換熱能力由于熱輻射下降和傳熱溫差下降而逐漸降低。另外當溫度下降到400攝氏度以下后，溫度對碳鋼的熱疲勞影響逐漸下降，低溫段管排由熱疲勞引起的故障很少。

2、支撐固定件松動

冷渣機的管排固定方式均為卡件或支撐件，其作用點均在外管內壁上。由于外觀內壁上的卡件部位的特殊性，當遭受外力作用時，整個內部的受熱面不能形成有效的剛體結構，內部管排首先破壞薄弱點，然后引超整個內換熱面晃動，、造成設備焊縫、管排拉裂漏水。

3、下渣管斷裂

冷渣機內部進口下渣管均采用奧氏體不銹鋼310S結構，在冷渣機內部長期運行后，下渣管上部焊縫強度變低，甚至斷裂，斷裂后的下渣管在進渣段反復碰撞冷渣機內部管排。使管道泄漏。

熱疲勞造成的換熱管漏水，支撐件松動，進渣管脫落不是偶然性的問題，它是長時間運行過程中，從量變到質變的一個過程。如果在每一個檢查周期(1個月一次)能有效的檢查預防熱疲勞造成的管排、卡件、管道缺陷，前期預防處理，就能提高冷渣機可靠性。

三、關鍵技術和創新點

1、管道讓管技術

讓管主要是利用彎管將外管排向兩邊移開，同時在外簡體高溫段開設長方形檢修孔。外管排組由兩根回水管及兩根進水管組成，將外管排兩組供水管二合一為一根供水讓管，兩組回水管二合一為一根回水讓管，讓管靠近簡體外壁，形成一個檢查孔。并以相同的結構在高溫段處開設5組檢查孔。在開孔后，整個視線空間能覆蓋內筒外壁，0-2.5米長度范圍的檢查視野達950，不存在檢修死區。

下圖中將兩根供水管和兩根回水管采用三通合二為一成讓管，讓管穿過外部簡體鋼板，管道與外部簡體鋼板貼近，這樣木會影響管道的受熱膨脹，也將需要的檢修檢查空間讓開，起到檢修孔的作用。

將兩管并聯后，通過讓管流速變化趨勢，來判斷冷渣機讓管處是否存在傳熱惡化情況。冷渣機在設計時，按照美國換熱器協會( HEI)發布的《電廠換熱器標準》(PPHX)進行流速控制。該標準提出最大換熱管內流速碳鋼管不超過2.4m/s進行設計。通過供水處旋轉接頭壓力表可以測得供水壓力門后為1.5MPa，回水壓力門前測得lMPa。水管直徑由兩組內徑50mm的換熱管合并為內徑為64mm的換熱管，管道的流通整體截面積減小。

采用流態模擬的方式，對整個變換區域的管組進行流速及流態檢查。三通制作外壁軌跡與流體運動時流跡線接近，沒有在三通處形成回流漩渦，避免了在三通處局部傳熱惡化，三通不影響流態變化。流速在三通前部為1.1m/s，合管后增大到2.lm/s，后部三通處流速又降低到1.2m/s。以溫度為600C流速水運動粘度計算雷諾數：

在1.2m/s時，Re-114884> 4000流體為紊流狀態;

在2.2m/s時，Re=219324> 4000流體為紊流狀態：

符合管道傳熱設計。

讓管位置管排采用讓管后，在冷渣機外筒內部形成了兩組受熱區。為了保證受熱區內，外殼鋼板千燒無冷卻造成鋼板碳化變形，在受熱區內填充耐火材料。耐火材料采用結構如圖8，另外采用耐火材料澆筑可以保護雙筒冷渣機內部支撐件的整體附陛。耐火材料理化性能如表1。

2、框架支撐系統

原設計的支撐結構由于外筒空間限制，需要將支撐件減薄。采用讓管后，支撐件采用整體圓形框架，這種結構由于截面積增大，其支撐強度也增大，由于管道內有水高速流動，容易產生管道振動，圓形框架結構在水平、垂直、傾450時更能穩定內管排，改變設備的固有頻率，不讓內管排發生振動、異響等機械缺陷。(該支撐結構主要針對雙滾筒結構)

3、耐火材料澆筑管道

(1)卷管、抓釘焊接位置

卷管作為下渣管的骨架，支撐內部所有的耐磨耐溫材料。卷管采用304鋼板制作。抓釘采用310S樹料制作，抓釘的Y型面分叉圓鋼采用螺旋結構，增加整個抓釘的抓伸力，從而避免內部澆注料的垮塌。

抓釘與卷管之間采用焊接固定。抓釘長度比下渣管耐磨材料內壁低15mm左右B抓釘采用梅花交叉型結構焊接。

(2)制作模具

模具的制作采用木材+鋁皮的結構，木材為模具的骨架，而鋁皮為脫模層。由于鋁皮的外表面較為光滑，能更好的進行脫模。并能保持下渣管內壁的光滑度，避免過于粗糙，造成堵渣。

將加工好的模具布置到焊接完成后的下渣管外管內，并將模具使用木板做好限位，防止模具在澆筑過程中發生脫落或者損壞。木板限位做成凹凸結構，并做好Z型膨脹縫的預留。

(3)澆筑渣管

澆筑采用#8料進行。將原漿按照水、料、合劑的比例使用攪拌機制作好。使用人工喂漿的方式將材料注入下渣管，并使用振動棒分層、逐級的震動排除漿液里的空氣。澆筑到頂層后，使用大小木環制作下渣管的膨脹Z型縫，待耐磨材料完全固化后形成膨脹縫所需要的間隙。

(4)渣管取模

將渣管放置在干燥地點，在溫度25。C以上放置7天以上，就可以進行取模。取模時要防止損壞澆筑層，禁止用撬棍直接敲擊模具。正規的做法是利用鏨子將連接模具的鐵釘斬斷，然后將模具取出。

(5)整體烘烤安裝

為了排除內鄯的水分，并且保證耐磨料的緊至、細密。需要對內部的耐磨料進行烘烤。烘烤可根據條件進行，如有較好的烘爐設備或整體烘箱最好。如達不到以上條件，可以使用在內部燃燒原木的方式進行烘烤，烘烤的標準是材料發生色變，并從內部析出水分為準;與原有下渣管道焊接安裝。

4、使用效果

技術改造完成時間為2015年9月，2017年7月對該新結構技術可靠性及性能進行驗證。

檢修空間驗證：打開5組檢修孔后，內筒0-2.5米位置均能進行檢修，檢查檢修空間滿足技改設計要求。

排渣溫度驗證:在3r/min轉速下對回水溫度及出渣溫度進行試驗?；厮疁囟炔捎孟到y自帶DCS數據，出渣溫度采用紅外線測溫儀取渣堆中部溫度，試驗數據如圖8。

對比之前的設備排渣溫度，偏差為1%左右，滿足設備使用要求。

四、成果應用

1、獲得相關專利1項，論文1篇。

2、集團內獲獎:神華國能公司第一屆青年科技創新項目一等獎。

五、結論

冷渣機已不止運用于循環流化床鍋爐上，在鋼渣冷卻及其它惡劣環境下需換熱項目上均有發展。上述三項創新內容，提升了運行時的可靠性，停備時檢修的便利性，從檢、運、維的三方面重點考慮了設備的周期性規律。為冷渣機高參數，大型化的發展上具有指導意義。大