沈陽熱電廠三期2臺CFB鍋爐投產后，就因風水聯合冷渣器存在種種弊端而導致鍋爐無法運行，最后不得不將其徹底改造，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
1、設備的基本概況沈陽熱電廠三期鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進Al-stom公司技術生產的CFB鍋爐，完全按照引進技術所確立的原則和結構進行設計和制造。該爐為床上、床下聯合點火，后墻給煤，前墻排渣。前墻下部左右2個排渣口各通過L閥與冷渣器連接，冷渣器后的輸渣系統采用正壓濃相輸送技術，利用3臺倉泵將冷渣器冷卻后的爐渣送到渣庫。
1.1鍋爐的主要設計參數
鍋爐的主要設計參數見表1。
1.2燃煤特性
燃煤特性見表2。設計最大允許粒度≤5mm，d50= 1.4～1.6 mm，d≤100μm的不大于10%。設計煤種變形溫度為1380℃，軟化溫度為1340℃，熔化溫度為1 460℃。
1.3冷渣器特點
沈陽熱電廠三期2臺220 t/h循環流化床鍋爐配套的冷渣器是依據Alstom技術由哈爾濱鍋爐廠制造的埋管式、風水聯合冷渣器。該冷渣器的基本結構為矩形結構，長4086 mm，寬1380 mm，面積為5.638 7 m2。
每臺鍋爐配備1臺冷渣器，位于爐前的中間位置。冷渣器內襯耐磨耐火材料。共分3個室，第一室為空室，第二、第三室內裝有蛇形管束，冷渣器底部有布風板和風箱。
冷渣器有2個進渣管，位于第一室上部兩側，在第三室后面有一個排渣管，排渣管口與濃相輸送系統相連，排汽管與爐膛相連。
冷渣器設計的主要運行參數如下。
額定灰渣流量：4.02 Uh
灰渣入口溫度：880℃
灰渣出口溫度：低于150℃
冷卻水流量：10.5 t/h
冷卻水溫升：低于20℃
流化風量：3．O kg/s
2、風水聯合冷渣器現狀調查
沈陽熱電廠三期工程的2臺220t/h CFB鍋爐自投運以來，冷渣器相繼暴露出很多問題。通過后期的反復試驗、研究以及同其他電廠同類設備運行情況的調研、比較和分析，認為該冷渣器存在很多自身無法克服的具有普遍性的問題。
2.1引進、設計制造方面存在缺憾
冷渣器在設計、制造中，完全按照引進技術所確立的原則進行設計和制造，過于理想化。沒有充分考慮我國煤炭市場與國外的區別，設備裕度過小，冷渣能力不足，實際排渣量稍有增大就無法正常運行。
2.2 L閥結焦、堵焦
L閥在運行中設計風壓不足，經常結焦。在設計上結構不合理，水平段過長，一旦堵焦無法疏通，且經常堵焦。L閥內襯耐火澆注料經常脫落，造成堵焦，全封閉的水平段使L閥內的耐火澆注料無法正常檢修和維護。
2.3 L閥出口電動門變形、卡死
L閥出口電動門在運行中由于溫度較高，經常出現卡死現象，造成閥門無法開關，導致鍋爐床料自流排光或渣料無法排出。
2.4冷渣器內埋管管束磨損嚴重
高速流化的熱灰渣與冷渣器埋管頻繁接觸，使冷渣器埋管變形、磨損相當嚴重，一般在3～4個月就有磨薄、泄漏現象出現，維護檢修十分不便，工作周期長。
2.5煤種變化時冷渣器水冷受熱面設計不足
當排渣量增大時，熱渣無法及時冷卻，導致冷卻水產生汽化現象，水冷管束變形或開裂。
2.6冷渣器內結焦或無法排渣
由于灰渣量大，矸石粒度大，若風量不足，灰渣在冷渣器一室內不能很好地流化、冷卻，結果造成低溫結焦。
原設計冷渣器排渣溫度在150℃以下，但由于冷渣器處于超負荷工作狀態，經常在350℃以下排渣，而倉泵及其整個系統的排渣溫度設計僅為200℃，使冷渣器即使一室運行也無法排渣。
2.7運行監控手段不足
冷渣器內由于測點有限，加之全封閉的冷卻流化結構，僅僅從現有表記上無法正確判斷冷渣器內工作狀態。
2.8受灰渣粒度制約強
風水聯合冷渣器的設計前提就是對物料的粒度要求十分嚴格，沈陽熱電廠三期CFB鍋爐要求入爐煤粒度在5 mm以下，而現有煤種矸石破碎后粒度在10～20 mm之間，因此灰渣無法流化，僅僅停留在一室之內，無法進入二、三室。
2.9無成熟的運行操作規范
冷渣器投運后，無論是設計、制造還是調試人員均無明確指導意見，無成熟運行規范，僅僅進行各種嘗試、試驗，無明顯效果。
3、比較、試驗、研究分析
為了徹底弄清風水聯合冷渣器的工作特性、狀態及其故障的原因，我們對風水聯合冷渣器進行結構改進和模擬試驗。與此同時，我們考察了8家CFB鍋爐的風水聯合冷渣器，目的是找出問題的普遍性，避免犯主觀錯誤。
3.1冷渣器風室結構改進后試驗
按照山東晨鳴電廠的做法，東北電力科學研究院調試所和沈陽熱電廠都懷疑冷渣器流化風量不夠，爐渣流化不起來，把一室28個風帽芯子全部拆除，以減輕阻力，增大流量，同時把一風室的人口風管由∮108改成∮219，風冷隔墻由1.6 m降到1.0 m。改造后試運，情況與改前相同，爐渣還是不能翻越隔墻進入第三風室，而堆積在一、二風室內。由于爐渣的溫度超過了地泵的工作要求，因此，堆積在一、二室內的爐渣不能走正常的排渣渠道，只好在第一風室下的排渣管上進行直排。
3.2冷渣器流化物料試驗
3.2.1冷渣器內填裝的爐渣粒度特性
試驗前，按照試驗的步驟，分2種情況在冷渣器風室中加入爐渣。粒度分配是：在第三室中裝入5～8 mm的爐渣約1.3 m，一、二室內裝大于8mm的爐渣約Im，爐渣的粒度篩選結果見表3。3.2.2冷渣器的流化特性
a． 三室空床時的流化特性試驗
冷渣器流化特性試驗開始前，在一、二風室填入5～8 mm底料，高度為l m，三室空床。打開三倉下溢流閥插板門，把總風量分別控制在8 000m3/h、9000 m3／h、10000m3／h和12 000m3／h，風機出口壓頭由27 kPa變化到42 kPa，使一、二室風的風門開度從50%到100%變化、三室風門開度為1OO%。在這種狀態下，始終未見爐渣從溢流閥流出，說明爐渣沒有流化，更沒有翻過隔墻進入三室。停止冷渣風機進入冷渣器內觀察，從現象看，爐渣沒有流化起來。經分析，雖然風機的風量滿足了設計要求，但可能是風機出口壓頭不夠。
為了更好地觀察冷渣器內的流化情況，第二次試驗前，用有機玻璃制成人孔門，可以觀察到冷渣器的流化狀況。在風機啟動前，把一、二室的風門開到50%，三室全關，啟動風機，此時風機流量為8 857 m3／}i，壓力為62.4 kPa，其中一室風量為4 533 m3/h，壓差為26.8 kPa，二室流量為5077m3／h，壓差為28.9 kPa，三室風量為481m3/h，壓差為0。從人孔門觀察：一室已經完全流化，二室不能流化，三室的溢流口也沒有底料流出。通過這個試驗說明，要使底料流化，只滿足風量要求不行，風機的壓頭也必須足夠才能使底料流化。
b．3個風室都填入底料的流化特性試驗
把5～8 mm的底料填人三室，約1.3 m，一、二室用部分5～8mm的底料和一部分大于8mm的底料填至Im高，為了能進入冷渣器內觀察二、三室的流化情況，風機啟動前，一室的風門關閉，二、三室風門開50%，啟動風機，此時風機流量為8 650 m3/h，壓力為52 kPa，二室風量為4 598m3／h，壓差為25.9kPa，三室風量為5 170m3／h，壓差為24.06 kPa。觀察的結果是：三室完全流化，二室局部有氣泡，隔墻附近是死區。改變試驗工況，風量增加到12 395 m3/h，壓頭到64.5 kPa，結果幾乎相同。
將一、三室風門全關，二室風門全開試驗，結果二室只是局部有少量氣泡產生，根本沒有整體流化，仍然有死區。
為了弄清二室不流化的原因，我們抽出二室水冷管排，清除所有底料然后按標準重新填人。另外將二室風帽內部分套管抽出，以增加流化風量。抽出方法是南北側墻和入口處全拆，其余每隔一個拆一個，共抽出34個（共56個風帽），啟動風機，此時風機流量為10836 m3/h，壓力為72.3kPa，二室仍然有死區，灰渣不能越過隔墻。
c． 橫向考察對比
風水聯合冷渣器到底運行情況怎樣，是個別還是普遍？我們走訪了一些使用廠家，進行了這方面的考察，具體情況見表4、表5。
從以上調查情況不難看出，冷渣器不能很好地運行，燃煤偏離設計煤種僅僅是一部分原因（因為有的電廠燃煤比較接近設計煤種），肯定存在其他方面的原因。考察的這些電廠其風水聯合冷渣器均存在同樣的問題：冷渣能力不足、排渣溫度高，結焦、堵渣，三室均無法排渣。對上述情況，各電廠均作了改進、運行調整，但運行情況始終不理想。如山東晨鳴電廠的CFB鍋爐及冷渣器與我廠的型號相同，燃煤比較穩定，接近設計煤種，也與我廠燃煤的化驗結果接近，僅僅矸石粒度比我廠小些。晨鳴電廠在投產初期，也遇到與我廠冷渣器故障同樣問題。他們對L閥、冷渣器的結構，流化風量及運行參數分別進行了改造和調整，經過8個月的努力，盡管晨鳴電廠的風水聯合冷渣器曾連續運行了幾天，但最終還是因為無法連續正常運行而被迫拆除。
吉林東關電廠、河南開封電廠、山西侯馬電廠、石家莊光華電廠等CFB鍋爐風水聯合冷渣器運行情況均不理想，好的僅在一、二室就地排放，有的干脆直排。
目前獲悉，吉林東關電廠、山西侯馬電廠等已將風水聯合冷渣器拆除，改成了其他型式的冷渣器。我廠也將現有冷渣器拆除，更換為滾筒式冷渣器，目前運行效果良好。
由此可見，風水聯合冷渣器的問題是共性問題，并已經成為威脅CFB鍋爐連續安全運行的首要問題。
3.3風水聯合冷渣器故障原因分析
3.3.1灰渣粒度
冷渣器堵焦、流化不好和入爐煤的質量有關系。灰渣的粒度有一定的原因，但從冷態試驗來看，灰渣的粒度已嚴格按照標準粒度篩選，冷渣器流化效果仍然不理想，二室渣也未能翻越隔墻。對比鍋爐燃燒室流化參數：正常工作風量為110 000m3/h，風壓為12～14kPa。就目前運行情況看，灰渣粒度有相當一部分大于10 mm，有的甚至達到20～30 mm。因此，單純認為灰渣粒度（入爐煤）影響理由不十分充分。
3.3.2流化風影響
冷渣器不能運行，曾懷疑風量不足，然而通過冷態試驗發現在標準物料下，風量、風壓均低于流化風機額定出力時，冷渣器一室、三室已經正常流化，而二窒在風量達到最大時（冷渣器流化風機最大流量）仍不流化，說明風量不足的說法也不完全正確。
目前，由于冷渣器運行時狀態無法觀察，關于冷渣器的實際運行方式有兩種說法。一種是爐渣在冷渣器內高度流化的越墻說，認為冷渣器是在空室運行中排入熱爐渣，熱爐渣在第一風室被流化風吹起并冷卻，冷卻后的熱爐渣在流化風的作用下進入第二風室，并在第二風室內被流化風吹起，與水冷管束和冷風進行熱量交換，使爐渣溫度進一步降低。然后爐渣在流化風的作用下翻越隔墻，進入第三室。爐渣在第三室內進一步被冷卻，最后排出冷渣器。另一種是爐渣在冷渣器內微流化的溢流說，認為在冷渣器運行前，應用粒度（5 mm左右）合格的爐渣把3個風室均填滿，讓二、三室內的水冷管部分埋在爐渣里，使其真正成為埋管式。熱態運行時，3個冷卻倉內的爐渣被流化風吹起，其中一室內的流化程度比二、三室強些，二、三室實際是鼓泡床。熱爐渣進入一室后，被冷渣和流化風冷卻，使渣溫降低。冷卻后的爐渣在流化風的作用下溢流到二室，在二室表面與冷渣和水冷管束混合，使渣溫進一步降低，在流
化風的作用下，溢流過風冷隔墻，進入第三室。在三室再與冷渣和水冷管束混合，使渣溫再一次降低，最終由三室排渣口排出。
對于第一種說法，在試運初期都是這樣運行的，均以失敗告終。如果第一種說法成立，則冷渣器的使用壽命會相當短，因為800℃的熱渣進入空冷倉，與低溫冷卻水管碰撞，由于溫差太大，極易造成水冷管束中冷卻水汽化（實際運行中有的廠家已經出現）、管束開裂。另外，要把高溫爐渣吹起1.6 m，如此大的風量勢必造成水冷管束嚴重磨損。實際試驗中，如果風室中不加床料，通風后一室可以吹起1.6 m，而二、三室根本吹不起來。
對于第二種說法，通過冷態試驗，認為符合溢流原理，但爐渣在二室內就是不能翻越隔墻溢流到三室，這個問題值得進一步探討。
3.3.3冷渣器結構設計
冷渣器的故障，很少有人懷疑其結構問題。但從我廠運行出現的結焦、堵焦、三室無法排渣及冷卻能力差等情況分析，初步認為冷渣器在結構設計上存在不合理處。
根據我廠目前的試驗情況及數據看，風水聯合冷渣器在運行中要求有較高的風壓來克服料層和水冷管束的阻力，而如此高的風壓必將使水冷管束很快磨損，又不易檢修更換，我廠燃燒室風帽磨損(風壓最大18 kPa)就是很好的事例。灰渣要想翻越隔墻，還需要增大風壓，這和其內部布置仍然矛盾。與其連接的1．閥水平段過長，內部熱渣的輸送也需要靠流化風和促動風，調節單一，不易控制，回煙管煙溫高經常變形燒損等。
從上述試驗不難看出，冷渣器冷態時，在爐渣粒度滿足設計要求，現場能直接觀察冷渣器的工作狀態的條件下，對流化風再作相應調整，冷渣器尚不能很好的工作，那么熱態下，在灰渣粒度無法保證的情況下，冷渣器就很難正常工作了。因此，我們認為風水聯合冷渣器存在嚴重的設計缺欠，單靠控制燃煤質量、限制粒度、運行調整均無法解決，必須從源頭、從引進設計上找原因。
4、改進方向
鑒于國內運行的CFB鍋爐風水聯合冷渣器無法連續安全運行的現狀及問題存在的普遍性，設計、制造和使用單位有必要對風水聯合冷渣器的設計進行改進，使之適合我國國情。同時建議在以下幾個方面進行研究。
a．在設計上要充分考慮我國燃煤的特性，增加設備裕度，以更好地適應由于煤種的變化而造成的渣量的增減。
b．在設備結構上要進行改進，水冷埋管式存在很多弊病，檢修十分不便。風室隔墻有必要進行論證。
c．廠家應提供較權威的流化風量計算數值，并經過實踐修正，對運行操作應有明確的規范指導意見。
d．將L閥改為錐形閥，避免爐膛出口到冷渣器間管段過長，造成結焦、堵渣。
e．冷渣器內流化風可考慮將爐膛內含氧低的二次風再增壓后使用，可避免低溫結焦。
f．在風冷和機械冷卻雙方面開展研究，目前沈陽熱電廠已將風水聯合冷渣器改成以機械冷卻為主、風冷為輔的冷卻方式，效果很好。
我們相信，通過大家的一致努力和改進，風水聯合冷渣器所暴露的一系列問題一定能夠得到解決，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，同時還大量銷售生物質鍋爐燃燒專用的木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料。
