流化床锅炉灰渣的冷却

流化床锅炉灰渣的冷却

1、前言

自六十年代我国大力推广流化床(包括FBC & CFBC)锅炉燃烧劣质煤以来，由于燃煤的发热量只有800～3000Kcal/kg，灰分高达50～80%，排出的灰渣量大、温度高，其灰渣物热损失高达6～12%。如何处理和综合利用这些灰渣及其余热，既是提高锅炉效率的需要，也是环境保护和充分利用资源的需要。为此，国内不少能源科技工作者先后做了大量的试验研究工作，七十年代初，工厂通过技术革新，创造和移植出单管水套式、搁管式和螺旋式几种冷渣器。从七十年代中期开始，高等学校和科研单位开始投入这项探索和研究，“六五”及“七五”期间，国家将灰渣的冷却与综合利用列入国家重点科技攻关项目。在此期间，旋转筒式、气力输送式、立式分配板逆流式和流化床式等一大批冷渣机相继问世，并在工厂投入试验或运行。同时还研制出一批有价值的实险装置，如‘Z’形密孔板式冷渣机、渣封式冷渣机和百叶窗式冷渣机等。但没有正式产品投放市场。表1列出了这一时期在生产上使用的一些冷渣机的特性。

表1已做过试验并在锅炉上应用过的冷渣器的特性汇总表

序号名称出口渣温钢耗动力消耗备注

(℃) (t钢/渣) (Kw/t渣)

1 单管水冷式 >700 / / 冷却效果差。

2 搁管水冷式 >350 / / 冷却效果欠佳、钢耗大。

3 螺旋(绞笼)水冷式～350 / / 冷却效果欠佳、机械故障较多。

4 旋转筒风冷式～300 3.31 ～4.1 冷却效果欠佳、体积大。

5 密孔板浅床沸腾式<130 0.52 >5.9 冷却效果好、电耗高。

6 风帽渣封沸腾式 312 / ～4.

7 冷却效果好、电耗太高。

7 塔式密孔板 259 / >2.1 冷却效果好、电耗较高。

8 气力输送式<30 / >6.5 楞冷渣与输渣、电耗太高。

九十年代，我国为了环境保护、节约能源和综合利用资源，推广使用洁净煤技术，流化床锅炉在过去以燃烧劣质煤为主的基础上，迅速发展为燃烧多种煤种。现在，35～130t/h级CFBC锅炉的技术业已成熟，并向更大容量锅炉发展。因而对冷渣器的技术经济性能要求越来越高，需求量也在增长。虽然在这一阶段市场有螺旋式冷渣机和风水冷旋转筒冷渣出售，但用户反映不够理想。

在这种情况下，国际供货商对中国的冷渣机市场虎视耽耽。回顾过去近三十年走过的历程，如何借鉴以往的宝贵经验，发展我国的冷渣机的优良品牌，已是国人义不容辞的责任。

2、各种冷渣设备概述及历史的回顾：

归纳起来，流化床锅炉的灰渣冷却与提高锅炉效率、资源综合利用和环境保护密不可分。

首先，利用灰渣余热，以提高锅炉效率或作它用。

·加热锅炉给水，作省煤器用。有单管水套式、搁管式、螺旋式、旋转筒式和流化床式等。

·预热空气，作空气预热器用。有旋转筒式、气力输送式、立式分配板逆流式和流化床式等。

·干燥煤，以利破碎与筛分。有螺旋式，流化床式和气力输送式等。

·含尘热风底饲，改善流化质量，改善燃烧。有气力输送式和流化床式等。·作生活热水用。

其次，将冷却后的灰渣进行资源综合利用：如回填坑道、洼地和铺筑路基等，但有效的用途是生产建筑材料。为此，需要保证灰渣具有好的反应活性，故灰渣不能被水直接喷淋冷却，或用水力冲灰输送，而要求使用干式冷却和输送。

第三，减轻工人劳动强度，减少粉尘污染，保护环境。

下面，扼要介绍已在流化床锅炉上配套使用，或作为产品在市场销售的主要冷渣设备的基本情况，然后针对灰渣的特点、热平衡和热传导进行分析，从中找出规律，用于发展我国冷渣机的名牌产品。

2-1、单管水套式冷渣器：

这是最原始，也是最简单的一种冷渣器，就是冷渣管和溢流管外面加一层水套，充当省煤器用。它的传热面积小，传热系数低，渣在冷渣器中停留时间短，冷却效果差，一般只能使渣温降低100多度。

2-2、搁管式冷渣器：这也是作省煤器用的一种形式。在溢流口下搁置许多锅炉钢管，水从管内流过，热渣在管间流过。水被加热后送至锅炉的给水系统。搁管有横与竖向两种布置方式，前者的传热系数为23.4Kcal/m2h℃，可使渣温由800℃左右降至400℃左右；后者的传热系数为24.14Kcal/m2h℃，渣温可降至380℃左右。这种冷渣器体积大，消耗的钢材多，冷却效果达不到要求。

以上两种冷渣器均不需消耗电力，无转动部件，结构简单。

2-3、螺旋(绞笼)式冷渣机：

七十年代一些工厂的流化床锅炉是由链条锅炉改装而成，他们沿过去的螺旋出渣机冷却流化床锅炉的溢流渣，结果是冷却效果不理想，而且螺旋叶片易磨损，还有卡死等现象，故障多。后来在此基础上进行改进，主要是中心轴改用钢管制造，用水冷却；外壳制作水夹套；螺旋叶片改用耐磨材料等。

由于热渣在绞笼内停留时间t短，充满系数ψ低，它们分别可由下列公式计算：

t=60×L /n×S (秒) (1)

及ψ=4B/[π(D２－d2)S×n×r] (2)

式中B、L、n、S、D、d和r分别代表输渣量(Kg/h)，绞笼的有效长度(m)，绞笼的转速(r.p.m )，螺旋片之间的节距(m)，螺旋直径(m)，中心轴外径(m)和渣的比重。(Kg/m3)。

由式(1)可见，欲延长灰渣在绞笼中的停留时间，只有降低转速，加长绞笼的长度。再考虑式(2)，必然使设备不紧凑。又因它的冷却受热面积有限，传热系数低，所以改进后的螺旋式冷渣机的冷却效果仍不理想，冷却后的渣温仍在350℃左右，不但达不到冷渣要求，而且在这种温度下运转的绞笼常出故障。如螺旋叶片与中心轴之间的焊接应力消除问题、磨损问题和卡机现象等。近年从用户处了解到，他们在九十年代中期购置的螺旋式冷渣机，运行一个多月后就被迫停用就是例证。

2-4、旋转筒风水冷式冷渣机：

旋转筒式冷渣机是一个支承在托轮装置上成4。～7。倾角的旋转筒，以1～10转/分的转速旋转，由单独的电机带动。筒体直径为900～1600mm，长度为5000～9000不等。热渣由高位端进入筒内，从低位端排出。在筒体内，冷却用空气与渣的流向相反，所加热的空气被送入烟道，未利用余热。它出现于七十年代，最初是风冷，作空气预热器用。由于渣温降低有限，发展为水、风冷却。把筒壳做成夹层水套，水被加热后送入锅炉给水系统。这时，以水冷为主，充当省煤器用。为了提高冷却效果，有的筒体内加螺旋圈，有的加抛撒板等，形成各种系列产品。几种产品的性能指标见表2。旋转筒冷渣机的主要优点是生产能力调节范围大，操作较方便、稳定。但体积大而重，填充系数小，转速低，传热系数不高，实际运行的冷却效果与表1中的指标有一定的差距。由于有转动部件，不免有机械故障发生。

表2几种旋转筒风水冷式冷渣机性能指标

序号项目名称单位性能指标

1 型号 / 风冷 FSG0770-1 FS-

2 XPL-3

2 冷渣量 t/h 1 0.8～5.0 0.5～5.0 3

3 排渣温度℃ 200 <200 <190 <150

4 冷却风量 m3/t渣h 1613 300 300 267

5 排风温度℃ <300 75 70～85 200

6 冷却水量 t/t渣h / 4 3 4

7 排水温度℃ / 40～50 40～60 40～75

8 筒体转速 r.p.m 3 0.8～92 0.8～8 2～10

9 电机功率 Kw/t渣 4.1 1.1 0.88 0.73

10 外形尺寸 m 9.7×1.6×1.45 8.525×1.6×1.568

8.725×1.5×1.654.958×1.216×1.768

11 单重 t/t渣 3.3 1.2 1.2 /

2-5、气力输送冷渣输渣机：

七十年代浙江大学在某厂作了溢流渣的负压气力输送试验，利用鼓风机吸入口的负压，将435Kg/h，769℃的溢流渣送入直径为ψ250，长7米的气力输送管道内，最后经水封重力沉降室对渣进行分离。试验结果是渣温降至130℃，被加热的空气从风室经风帽送入沸腾床内，风量为1733m3/h，管道阻力31.4mmH2O。特别值得一提的是，当送入床层的热风停止而改送冷风时，床温竟从890℃降到800℃。通过布风装置送含尘热风对改善流化质量、提高燃烧效率的效果是多么显著。

八十年代西安热工所在某厂进行煤的破碎-干燥-气力分选沸腾燃烧半工业性

试验，它用灰渣余热将空气加热到350℃，用于干燥煤进行破碎，用气力输送方式对煤进行筛分，分选为粒径为0.5～8mm和0～1mm两组，分别送入流化床锅炉燃烧。该系统出力为4.5～5.0t/h，采用三级气-固分离和两级辅助分离，分离设备加管道系统总阻力为295mmH2O。排风机为22k w。

一般来说，气力输送系统运行稳定，输送量大，清洁卫生，自动化程度高。但它的电力消耗多，管道与设备易磨损。