近几年来，随着CFB锅炉容量的增加，一种新型的冷渣器——风水联合冷渣器被广泛引进、制造并应用。但据调查，截至目前为止，几乎没有1台风水联合冷渣器能长期、连续稳定运行及真正商业成功应用。因此，风水联合冷渣器运行的好坏，已愈来愈成为制约CFB锅炉安全稳定运行的主要因素。
沈阳热电厂三期2台CFB锅炉投产后，就因风水联合冷渣器存在种种弊端而导致锅炉无法运行，最后不得不将其彻底改造，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
1、设备的基本概况
沈阳热电厂三期锅炉为哈尔滨锅炉厂引进Al-stom公司技术生产的CFB锅炉，完全按照引进技术所确立的原则和结构进行设计和制造。该炉为床上、床下联合点火，后墙给煤，前墙排渣。前墙下部左右2个排渣口各通过L阀与冷渣器连接，冷渣器后的输渣系统采用正压浓相输送技术，利用3台仓泵将冷渣器冷却后的炉渣送到渣库。
1.1锅炉的主要设计参数
锅炉的主要设计参数见表1。
1.2燃煤特性
燃煤特性见表2。设计最大允许粒度≤5mm，d50= 1.4～1.6 mm，d≤100μm的不大于10%。设计煤种变形温度为1380℃，软化温度为1340℃，熔化温度为1 460℃。
1.3冷渣器特点
沈阳热电厂三期2台220 t/h循环流化床锅炉配套的冷渣器是依据Alstom技术由哈尔滨锅炉厂制造的埋管式、风水联合冷渣器。该冷渣器的基本结构为矩形结构，长4086 mm，宽1380 mm，面积为5.638 7 m2。
每台锅炉配备1台冷渣器，位于炉前的中间位置。冷渣器内衬耐磨耐火材料。共分3个室，第一室为空室，第二、第三室内装有蛇形管束，冷渣器底部有布风板和风箱。
冷渣器有2个进渣管，位于第一室上部两侧，在第三室后面有一个排渣管，排渣管口与浓相输送系统相连，排汽管与炉膛相连。
冷渣器设计的主要运行参数如下。
额定灰渣流量：4.02 Uh
灰渣入口温度：880℃
灰渣出口温度：低于150℃
冷却水流量：10.5 t/h
冷却水温升：低于20℃
流化风量：3．O kg/s
2、风水联合冷渣器现状调查
沈阳热电厂三期工程的2台220t/h CFB锅炉自投运以来，冷渣器相继暴露出很多问题。通过后期的反复试验、研究以及同其他电厂同类设备运行情况的调研、比较和分析，认为该冷渣器存在很多自身无法克服的具有普遍性的问题。
2.1引进、设计制造方面存在缺憾
冷渣器在设计、制造中，完全按照引进技术所确立的原则进行设计和制造，过于理想化。没有充分考虑我国煤炭市场与国外的区别，设备裕度过小，冷渣能力不足，实际排渣量稍有增大就无法正常运行。
2.2 L阀结焦、堵焦
L阀在运行中设计风压不足，经常结焦。在设计上结构不合理，水平段过长，一旦堵焦无法疏通，且经常堵焦。L阀内衬耐火浇注料经常脱落，造成堵焦，全封闭的水平段使L阀内的耐火浇注料无法正常检修和维护。
2.3 L阀出口电动门变形、卡死
L阀出口电动门在运行中由于温度较高，经常出现卡死现象，造成阀门无法开关，导致锅炉床料自流排光或渣料无法排出。
2.4冷渣器内埋管管束磨损严重
高速流化的热灰渣与冷渣器埋管频繁接触，使冷渣器埋管变形、磨损相当严重，一般在3～4个月就有磨薄、泄漏现象出现，维护检修十分不便，工作周期长。
2.5煤种变化时冷渣器水冷受热面设计不足
当排渣量增大时，热渣无法及时冷却，导致冷却水产生汽化现象，水冷管束变形或开裂。
2.6冷渣器内结焦或无法排渣
由于灰渣量大，矸石粒度大，若风量不足，灰渣在冷渣器一室内不能很好地流化、冷却，结果造成低温结焦。
原设计冷渣器排渣温度在150℃以下，但由于冷渣器处于超负荷工作状态，经常在350℃以下排渣，而仓泵及其整个系统的排渣温度设计仅为200℃，使冷渣器即使一室运行也无法排渣。
2.7运行监控手段不足
冷渣器内由于测点有限，加之全封闭的冷却流化结构，仅仅从现有表记上无法正确判断冷渣器内工作状态。
2.8受灰渣粒度制约强
风水联合冷渣器的设计前提就是对物料的粒度要求十分严格，沈阳热电厂三期CFB锅炉要求入炉煤粒度在5 mm以下，而现有煤种矸石破碎后粒度在10～20 mm之间，因此灰渣无法流化，仅仅停留在一室之内，无法进入二、三室。
2.9无成熟的运行操作规范
冷渣器投运后，无论是设计、制造还是调试人员均无明确指导意见，无成熟运行规范，仅仅进行各种尝试、试验，无明显效果。
3、比较、试验、研究分析
为了彻底弄清风水联合冷渣器的工作特性、状态及其故障的原因，我们对风水联合冷渣器进行结构改进和模拟试验。与此同时，我们考察了8家CFB锅炉的风水联合冷渣器，目的是找出问题的普遍性，避免犯主观错误。
3.1冷渣器风室结构改进后试验
按照山东晨鸣电厂的做法，东北电力科学研究院调试所和沈阳热电厂都怀疑冷渣器流化风量不够，炉渣流化不起来，把一室28个风帽芯子全部拆除，以减轻阻力，增大流量，同时把一风室的人口风管由∮108改成∮219，风冷隔墙由1.6 m降到1.0 m。改造后试运，情况与改前相同，炉渣还是不能翻越隔墙进入第三风室，而堆积在一、二风室内。由于炉渣的温度超过了地泵的工作要求，因此，堆积在一、二室内的炉渣不能走正常的排渣渠道，只好在第一风室下的排渣管上进行直排。
3.2冷渣器流化物料试验
3.2.1冷渣器内填装的炉渣粒度特性
试验前，按照试验的步骤，分2种情况在冷渣器风室中加入炉渣。粒度分配是：在第三室中装入5～8 mm的炉渣约1.3 m，一、二室内装大于8mm的炉渣约Im，炉渣的粒度筛选结果见表3。3.2.2冷渣器的流化特性
a． 三室空床时的流化特性试验
冷渣器流化特性试验开始前，在一、二风室填入5～8 mm底料，高度为l m，三室空床。打开三仓下溢流阀插板门，把总风量分别控制在8 000m3/h、9000 m3／h、10000m3／h和12 000m3／h，风机出口压头由27 kPa变化到42 kPa，使一、二室风的风门开度从50%到100%变化、三室风门开度为1OO%。在这种状态下，始终未见炉渣从溢流阀流出，说明炉渣没有流化，更没有翻过隔墙进入三室。停止冷渣风机进入冷渣器内观察，从现象看，炉渣没有流化起来。经分析，虽然风机的风量满足了设计要求，但可能是风机出口压头不够。
为了更好地观察冷渣器内的流化情况，第二次试验前，用有机玻璃制成人孔门，可以观察到冷渣器的流化状况。在风机启动前，把一、二室的风门开到50%，三室全关，启动风机，此时风机流量为8 857 m3／}i，压力为62.4 kPa，其中一室风量为4 533 m3/h，压差为26.8 kPa，二室流量为5077m3／h，压差为28.9 kPa，三室风量为481m3/h，压差为0。从人孔门观察：一室已经完全流化，二室不能流化，三室的溢流口也没有底料流出。通过这个试验说明，要使底料流化，只满足风量要求不行，风机的压头也必须足够才能使底料流化。
b．3个风室都填入底料的流化特性试验
把5～8 mm的底料填人三室，约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，为了能进入冷渣器内观察二、三室的流化情况，风机启动前，一室的风门关闭，二、三室风门开50%，启动风机，此时风机流量为8 650 m3/h，压力为52 kPa，二室风量为4 598m3／h，压差为25.9kPa，三室风量为5 170m3／h，压差为24.06 kPa。观察的结果是：三室完全流化，二室局部有气泡，隔墙附近是死区。改变试验工况，风量增加到12 395 m3/h，压头到64.5 kPa，结果几乎相同。
将一、三室风门全关，二室风门全开试验，结果二室只是局部有少量气泡产生，根本没有整体流化，仍然有死区。
为了弄清二室不流化的原因，我们抽出二室水冷管排，清除所有底料然后按标准重新填人。另外将二室风帽内部分套管抽出，以增加流化风量。抽出方法是南北侧墙和入口处全拆，其余每隔一个拆一个，共抽出34个（共56个风帽），启动风机，此时风机流量为10836 m3/h，压力为72.3kPa，二室仍然有死区，灰渣不能越过隔墙。
c． 横向考察对比
风水联合冷渣器到底运行情况怎样，是个别还是普遍？我们走访了一些使用厂家，进行了这方面的考察，具体情况见表4、表5。
从以上调查情况不难看出，冷渣器不能很好地运行，燃煤偏离设计煤种仅仅是一部分原因（因为有的电厂燃煤比较接近设计煤种），肯定存在其他方面的原因。考察的这些电厂其风水联合冷渣器均存在同样的问题：冷渣能力不足、排渣温度高，结焦、堵渣，三室均无法排渣。对上述情况，各电厂均作了改进、运行调整，但运行情况始终不理想。如山东晨鸣电厂的CFB锅炉及冷渣器与我厂的型号相同，燃煤比较稳定，接近设计煤种，也与我厂燃煤的化验结果接近，仅仅矸石粒度比我厂小些。晨鸣电厂在投产初期，也遇到与我厂冷渣器故障同样问题。他们对L阀、冷渣器的结构，流化风量及运行参数分别进行了改造和调整，经过8个月的努力，尽管晨鸣电厂的风水联合冷渣器曾连续运行了几天，但最终还是因为无法连续正常运行而被迫拆除。
吉林东关电厂、河南开封电厂、山西侯马电厂、石家庄光华电厂等CFB锅炉风水联合冷渣器运行情况均不理想，好的仅在一、二室就地排放，有的干脆直排。
目前获悉，吉林东关电厂、山西侯马电厂等已将风水联合冷渣器拆除，改成了其他型式的冷渣器。我厂也将现有冷渣器拆除，更换为滚筒式冷渣器，目前运行效果良好。
由此可见，风水联合冷渣器的问题是共性问题，并已经成为威胁CFB锅炉连续安全运行的首要问题。
3.3风水联合冷渣器故障原因分析
3.3.1灰渣粒度
冷渣器堵焦、流化不好和入炉煤的质量有关系。灰渣的粒度有一定的原因，但从冷态试验来看，灰渣的粒度已严格按照标准粒度筛选，冷渣器流化效果仍然不理想，二室渣也未能翻越隔墙。对比锅炉燃烧室流化参数：正常工作风量为110 000m3/h，风压为12～14kPa。就目前运行情况看，灰渣粒度有相当一部分大于10 mm，有的甚至达到20～30 mm。因此，单纯认为灰渣粒度（入炉煤）影响理由不十分充分。
3.3.2流化风影响
冷渣器不能运行，曾怀疑风量不足，然而通过冷态试验发现在标准物料下，风量、风压均低于流化风机额定出力时，冷渣器一室、三室已经正常流化，而二窒在风量达到最大时（冷渣器流化风机最大流量）仍不流化，说明风量不足的说法也不完全正确。
目前，由于冷渣器运行时状态无法观察，关于冷渣器的实际运行方式有两种说法。一种是炉渣在冷渣器内高度流化的越墙说，认为冷渣器是在空室运行中排入热炉渣，热炉渣在第一风室被流化风吹起并冷却，冷却后的热炉渣在流化风的作用下进入第二风室，并在第二风室内被流化风吹起，与水冷管束和冷风进行热量交换，使炉渣温度进一步降低。然后炉渣在流化风的作用下翻越隔墙，进入第三室。炉渣在第三室内进一步被冷却，最后排出冷渣器。另一种是炉渣在冷渣器内微流化的溢流说，认为在冷渣器运行前，应用粒度（5 mm左右）合格的炉渣把3个风室均填满，让二、三室内的水冷管部分埋在炉渣里，使其真正成为埋管式。热态运行时，3个冷却仓内的炉渣被流化风吹起，其中一室内的流化程度比二、三室强些，二、三室实际是鼓泡床。热炉渣进入一室后，被冷渣和流化风冷却，使渣温降低。冷却后的炉渣在流化风的作用下溢流到二室，在二室表面与冷渣和水冷管束混合，使渣温进一步降低，在流
化风的作用下，溢流过风冷隔墙，进入第三室。在三室再与冷渣和水冷管束混合，使渣温再一次降低，最终由三室排渣口排出。
对于第一种说法，在试运初期都是这样运行的，均以失败告终。如果第一种说法成立，则冷渣器的使用寿命会相当短，因为800℃的热渣进入空冷仓，与低温冷却水管碰撞，由于温差太大，极易造成水冷管束中冷却水汽化（实际运行中有的厂家已经出现）、管束开裂。另外，要把高温炉渣吹起1.6 m，如此大的风量势必造成水冷管束严重磨损。实际试验中，如果风室中不加床料，通风后一室可以吹起1.6 m，而二、三室根本吹不起来。
对于第二种说法，通过冷态试验，认为符合溢流原理，但炉渣在二室内就是不能翻越隔墙溢流到三室，这个问题值得进一步探讨。
3.3.3冷渣器结构设计
冷渣器的故障，很少有人怀疑其结构问题。但从我厂运行出现的结焦、堵焦、三室无法排渣及冷却能力差等情况分析，初步认为冷渣器在结构设计上存在不合理处。
根据我厂目前的试验情况及数据看，风水联合冷渣器在运行中要求有较高的风压来克服料层和水冷管束的阻力，而如此高的风压必将使水冷管束很快磨损，又不易检修更换，我厂燃烧室风帽磨损(风压最大18 kPa)就是很好的事例。灰渣要想翻越隔墙，还需要增大风压，这和其内部布置仍然矛盾。与其连接的1．阀水平段过长，内部热渣的输送也需要靠流化风和促动风，调节单一，不易控制，回烟管烟温高经常变形烧损等。
从上述试验不难看出，冷渣器冷态时，在炉渣粒度满足设计要求，现场能直接观察冷渣器的工作状态的条件下，对流化风再作相应调整，冷渣器尚不能很好的工作，那么热态下，在灰渣粒度无法保证的情况下，冷渣器就很难正常工作了。因此，我们认为风水联合冷渣器存在严重的设计缺欠，单靠控制燃煤质量、限制粒度、运行调整均无法解决，必须从源头、从引进设计上找原因。
4、改进方向
鉴于国内运行的CFB锅炉风水联合冷渣器无法连续安全运行的现状及问题存在的普遍性，设计、制造和使用单位有必要对风水联合冷渣器的设计进行改进，使之适合我国国情。同时建议在以下几个方面进行研究。
a．在设计上要充分考虑我国燃煤的特性，增加设备裕度，以更好地适应由于煤种的变化而造成的渣量的增减。
b．在设备结构上要进行改进，水冷埋管式存在很多弊病，检修十分不便。风室隔墙有必要进行论证。
c．厂家应提供较权威的流化风量计算数值，并经过实践修正，对运行操作应有明确的规范指导意见。
d．将L阀改为锥形阀，避免炉膛出口到冷渣器间管段过长，造成结焦、堵渣。
e．冷渣器内流化风可考虑将炉膛内含氧低的二次风再增压后使用，可避免低温结焦。
f．在风冷和机械冷却双方面开展研究，目前沈阳热电厂已将风水联合冷渣器改成以机械冷却为主、风冷为辅的冷却方式，效果很好。
我们相信，通过大家的一致努力和改进，风水联合冷渣器所暴露的一系列问题一定能够得到解决，富通新能源生产销售生物质锅炉，同时还大量销售生物质锅炉燃烧专用的木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料。
