1、前言:
气槽式冷渣机(SC型)是专门为流化床锅炉炉底渣的排放与冷却而研制的专利产品。双螺旋式冷渣机是国外某某司在中国市场上推销的产品。单螺旋式冷渣机不但有数家电厂引进了国外设备,国内也有生产厂家生产这类产品,供应了数十家电厂。椐笔者不完全的调查,单、双螺旋式冷渣机不但冷却后的渣温高,耗水量大,更因机械故障多,大部分产品被迫仃运或拆除。
各种类型的滚筒式冷渣机均是国内厂家所生产,大多在75t/h以下中小流化床锅炉中使用。它存在的突出问题是机械密封问题,常发生漏水或漏渣,其它的机械故障比单、双螺旋式冷渣机要少。在渣量小时,冷却后的渣温尚可满足用户的需要;但渣量大时,势必要求滚筒长,占地多,且耗水量也较多。特别是滚筒的夹层通水冷却,一但供水不及时,存在着类似压力容器的安全隐患,曾有个别设备发生过爆炸事故。
130t/h以上大中型流化床锅炉大多使用各种类型的流化床式冷渣机,东锅是引进美国Fost-Well技术,哈锅则是引进法国Alston技术,上锅是自己设计的产品。此外,国内有单位也研制过这类冷渣机投入试运行。从已投入运行的几台装置情况来看,它们的共同特点是体积高大,投资多,动力消耗高,冷却后的渣温仍较高,难於满足用户要求。特别是在运行中常发生结焦问题令用户头痛。
表1 二十世纪九十年代以来市场上供应的几种冷渣机的性能比较表
冷却方案 单 位 单、双螺旋式 滚筒式 流化床式
风水冷 抛洒式 东锅 哈锅 上锅
出口渣温 (℃) < 200 ~200 <150 <150 150 <150
出口风温 (℃) / ~70 ~70 200
出口水温 (℃)
冷却风压 KPa 16 6 15
冷却风量 M3/t渣 4449 2557 1750
冷却水量 T水/t渣 10~15 6~8 6~8 / 6.25 8.5
钢 耗 T钢/t渣 8~11 4~6 4~6 9.75 11.7 12.0
动力消耗 Kw/t渣 2.75 1.1 0.88
主要优点 动力消耗小,结构紧凑。 动力消耗较少,结构较紧凑。 无机械故障,传热系数高,可回收余热。
主要缺点 机械转动部件磨损快,故障多,维修工作量大,维修费用高,使用寿命短;传热系数低,冷却面积有限,冷却效果差;设备长,占地多。 动静配合的密封困难,常出现漏水和漏渣,机械故障时有发生;传热系数较低,冷却面积有限,冷却效果较差;由于容积较大,缺水时可能变成压力容器,有爆炸的危险。 动力消耗大:受热面磨损快;时有结焦现象发生;体积大,冷却后的渣温不易降低到150℃以下。


由此可见,解决流化床锅炉炉底渣的自动排放和冷却,是循环流化床锅炉大型化过程中必须解决的另一课题。与飞灰收集及其返回装置一样,炉底渣的排放与冷却装置应成为流化床锅炉不可分割的组成部分。
面对现有炉底渣排放与冷却设备存在的问题,笔者于九十年代中期在流化床冷渣机的基础上进行创新,研制出SC系列气槽式冷渣机专利产品(专利号:99 2 33978.2 5)01 2 49355.4 6))。1999年生产出第一台样机,在75t/h循环流化床锅炉上进行气-固两相流的空气动力学及传热试验,取得宽筛分炉底渣的临界气槽速度。2000年又生产了第二台样机在140t/h鼓泡流化床锅炉上进行试验,进一步完善空气动力学试验外,还进行了气槽内冷却传热研究,以及产品制作、防磨等技术方案的试验,随即投入运行,取得了冷却效果好、运行稳定、安全可靠的明显效果。此后,生产了三台产品,分别安装在35t/h、75t/h循环流化床锅炉和140t/h流化床锅炉上。经过两年多的试验与运行证明:SC型气槽式冷渣机专利产品克服了上述各种冷渣机存在的缺点,各项技术经济指标均达到或超过它们的各项指标。它无机械故障,运行稳定、安全可靠;它的冷却效果好,能使炉底渣的温度很快地从900°C左右降到120°C以下,而体积较小;渣的余热可以有效地被利用,动力消耗低或基本上无动力消耗,取得明显的经济、环保和社会效益。

2、SC型气槽式冷渣机研制的基本技术方案的确定:
2-1、SC型气槽式冷渣机的研制的基本原则与要求:
根椐以往流化床锅炉用过的、或试验过的各种各样冷渣机工作的情况及其存在的问题,确定本专利技术研制的冷渣机应遵循下述基本原则和要求:
· 能及时、连续、有效地排放炉底渣,并迅速地冷却到安全温度以下。
· 运行无机械故障、检修工作量少,能长期稳定、安全可靠地运行。
· 能有效地回收炉底渣的余热,改善流化质量,改善燃烧工况,提高锅炉热效率和燃烧效率;
· 无环境的污染;
· 体积小、成本低,电耗低,运行费用少;
· 便于实现自动化、智能化和大型化。
根椐这些基本原则与要求,研制出来的新型冷渣机,应成为流化床锅炉不可分割的有机组成部分。
2-2、冷却后的渣温的选择:
冷却后的渣温不是越低越好,应以劳动安全与设备承受能力为限,经过技术经济比较确定。
· 劳动安全要求:人体可直接接触的温度:<60 oC;带防护手套可接触的温度:<80oC。
· 输渣设备要求:一般炭素钢生产的输渣设备如螺旋机、斗链机和刮板机等允许承受的温度:<150oC。
· 储渣仓的要求:普通钢筋砼储渣仓允许承受的温度:80~120oC。
由于人体不需要直接接触冷却后的炉底渣,因此,我们选用的冷却后的渣温应以输渣设备和储渣仓的要求为限,最高不得超过120oC,一般为:80~120oC。
2-3、冷却方式的
选择:
如前所述,螺旋式和滚筒式冷渣机存在的共同缺陷是机械故障多,传热系数低,余热难于回收。这对于确保流化床锅炉的安全与经济运行十分不利。虽然滚筒式冷渣机比螺旋式冷渣机的机械故障少很多,但大型化困难。因此,我们不采用此二方案。
以流化床为基础的各种冷却方式均无机械故障,传热系数也高。但流化床内具有温度分布均匀的特点,导致体积庞大;且动力消耗高、受热面磨损快等缺陷。如果我们能克服这些缺陷并进行创新,是实现大型化最有前途的方案。因此,我们研制的冷渣机就是以流化床冷渣机为基础开发出来的新型气槽式冷渣机。
· 在床内迅速形成温度梯度,减少设备体积,提高冷却效果。
无论是引进国外的流化床冷渣机,还是国产的流化床式冷渣机,都是为了利用流化床传热系数高的优点。但由于它具有床内温度分布均匀的特点,欲使渣温由900oC左右降至150oC以下困难很大,便想方设法将流化床分解为若干个小床,形成温度梯度,以达到冷却的目的,致使设备体积过于庞大,投资多,且冷却效果仍不理想;特别是还伴有结焦现象发生。为了克服这一制命的弱点,本专利产品的成功之处就是用有效的方法在床内迅速形成温度梯度,从而大大缩小体积,有效地降低渣温。
· 降低动力消耗。
以气-固两相流为基础的各种冷却方式的动力消耗都很高,但差别也很大。本专利产品就是经过筛选后选用了一种阻力最小的流化床方案,并在这一基础上进行创新,研制出一种动力消耗低的新型的冷却方式——气槽床冷却方式,形成了新的专利产品——SC型气槽式冷渣机。实践表明,若通过气槽被加热的空气余热不利用,直接排至锅炉尾部受热面,其动力消耗也只有0.7~1.1Kw/t渣,与螺旋式和滚筒式的动力消耗相差无几,甚至更低。若通过气槽被加热的空气余热加以利用,作为二次风或播煤风送入炉膛,或作为一次风送入风室,减少二次风机或一次风机的送风量,基本上可以不增加锅炉的动力消耗。
2-4、冷却介质的选择及各种冷却介质的吸热量的分配。
空气和水是最容易获得的两种冷却介质,本专利产品选用空气和水作冷却介质。为了充分发挥水与空气两种介质的优势,空气用于形成气槽,与炉底渣直接接触吸热,传热系数高,冷却效果好;空气吸热后剩余热量由水吸收,水与渣的换热为间接冷却,既具高的传热特性,又实现干式冷渣。两种冷却介质的负荷分配基本相等,使空气与水的消耗量降到最低点。实验表明,每冷却一吨渣,只需消耗1600Nm3空气和2.2吨水。与国内外各种冷渣机比较,本专利产品冷却介质的消耗是最低的。正因为如此,本专利产品的冷却用水量与锅炉的补充水量基本平衡,从而使加热的水充分得以利用,又使系统大大简化。
2-5、余热回收。
炉底渣的余热量,主要是与燃料的品质有关当燃烧2500~4000Kcal/Kg劣质煤时,其炉底渣的物理热损失可达1~4%;当燃烧4500Kcal/Kg以上优质煤的炉底渣的物理热损失则在0.8%以下。利用好这部分余热,对提高锅炉效率、降低煤耗,降低运行成本有一定意义,特别是大、中型流化床锅炉。
· 加热后的热水的利用:本专利产品加热后的水温为85oC。由于冷却用水量可与锅炉补充水量平衡,用软化水作冷却介质,加热后送入除氧器,从而充分利用了渣的余热。
· 加热后的热空气的利用:本专利产品加热后的空气可达200oC左右,可以充当二次风或播煤风送入炉膛;有条件时送入风室,作为一次风的补充。根据宽筛分流化床的过滤理论,将含尘的热空气送入风室,可以改善流化床的流化质量,改善燃烧工况,提高燃烧效率。
2-6、关于防止磨损问题。
本专利产品无机械转动另部件,因而没有机械机械磨损与动静配合的密封问题,从而从根本上杜绝了机械故障与事故,大大增加运行的安全可靠性,降低运行与维护检修费用。
但是,气槽床内的受热面和炉墙也有磨损。为了解决这一问题,本专利产品在气槽床内布置的受热面采用耐磨了准件铸铁省煤器管;易磨损部件(包括气槽、炉墙和炉顶)采用耐磨耐高温材料制作,而且价格低廉。受热面的使用寿命至少可以保证一个大修期;易磨损部件,确保三年不用更换。

3、工艺流程及其基本特点:

用一次风作工作介质,被加热的空气送入二次风机的出口,再送去流化床锅炉的炉膛。当然,工作空气也可用二次风。被加热的空气也可用作一次风,或播煤风,或直播排入尾部受热面烟道,应根椐现场情况确定。
由于SC系列气槽式冷渣机采取了上述技术措施,它具有以下主要特性和优点:
· 无旋转部件,无机械故障与密封问题,能长期稳定运行,安全可靠。
· 磨损件为标准铸铁件,使用寿命可达两年或三年。成本低,维修工作量少,维护费用低。
· 传热系数高,冷却效果好,可迅速将炉底渣从900°C左右降至120°C以下。
· 可有效地回收渣的余热,提高锅炉热效率;可改善流化质量,改善燃烧条件,提高燃烧效率。
· 利用一、二次风机的风作工质,勿需增加动力设备,基本上不增加动力消耗。
· 配套选用气动连续自动排渣伐,可与锅炉DCS系统连接,易於实现排渣与冷却的远动或自动化。
· 布置方便、灵活、易於实现大型化,满足大型流化床锅炉的需要。
· 减少SO2的污染;密封,无粉尘污染,保护环境;劳动卫生、安全。
· 干式冷渣,且出渣温度低,不破坏灰渣的活性,有利於实现灰渣的综合利用。

4、SC型气槽式冷渣机的运行与性能测试:
4-1、SC型气槽式冷渣机的运行:
SC型气槽式冷渣机第二台样机于2000年12月21日安装在广东某钢铁集团公司热电厂140t/h流化床锅炉上进行试验并投入运行,直至2001年4月底,运行一直稳定、安全可靠,深受用户欢迎。2001年4月27日,他们将原来使用的三台螺旋式冷渣机全部拆除,换上两台SC4/80型气槽式冷渣机专利产品,并于5月3日正式投入运行。直至现在,未发现任何机械故障,冷却效果好,运行稳定,安全可靠,大大提高了热电厂的经济效益。仅就更换冷渣机本身所节省的费用,一年左右便可收回投资。
4-2、SC型气槽式冷渣机的性能测试:
2000年12月,对SC4/80型SC型气槽式冷渣机进行测试,其结果列入表5,详细情况请查阅测试报告。
表2 SC型气槽式冷渣机性能试验报告
序号 试验
时间 渣重(Kg) 冷却后渣温(°C) 冷渣能力(t/h) 序号 试验
时间 渣重
(Kg) 冷却后渣温(°C) 冷渣能力(t/h)
1 43242 24.0 67 1.99 6 28290 19.0 70 2.37
2 1¢43242 22.0 55 1.13 7 42218 22.0 65 1.88
3 57292 20.0 56 1.24 8 52248 21.6 58 1.48
4 37230 21.0 67 2.03 9 45258 19.8 60 1.56
5 39286 21.0 66 1.90 10 54217 20.2 58 1.34
平 均 47216 21.06 62 1.68

4-3、专家评议:
中国电机工程学会热电专委会组织召开了SC型气槽式冷渣机专家评议会,到会的专家与领导共四十余人。专家们参观了运行现场,听取了用户的使用报告和专利权人的专题报告。最后,专家评议组(专家评议组成员名单见表3)签署的评议意见如下:
1、 SC型SC型气槽式冷渣机专利产品具有结构简单,无任何机械转动与动静配合的另部件,运行中无机械运转密封与故障问题,运行安全可靠,运行与维护工作量少,维护与检修费用低的独特优点,深受运行单位欢迎。
2、 SC型SC型气槽式冷渣机专利产品既具有流化床的传热系数高的优点,又具有冷却效果好而体积小的特点,可迅速地将流化床锅炉的炉底渣从900℃左右降到120℃以下。SC型SC型气槽式冷渣机容易实现大型化,满足各种大型流化床锅炉的需要。
3、 SC型SC型气槽式冷渣机专利产品可以充分地回收渣的余热,为提高锅炉热效率创造了条件。它对风、水冷却吸收的热量进行了合理地分配,使风、水的消耗量控制在最低的水平。从而可以方便地利用一次或二次风机的富裕风量的小部分作气槽的工作介质;使冷却用水量做到与锅炉的补充水量基本达到平衡。既减少了运行费用,又大大简化了锅炉房系统的布置。
4、 C型SC型气槽式冷渣机专利产品的受热面和气槽另部件采用了耐高温防磨材料,实现了该产品较长时间无故障运行,而且备件价格低廉,大大减少了用户的维修工作量与费用。
5、 SC型SC型气槽式冷渣机专利产品的设计与制作应更精细与美观,进一步搞好示范,对产品性能进行测试,以利推广。
6、 建议各锅炉厂和设计院积极选用。

表3 专家评议组成员名单
序号 姓 名 单 位 职 务 职 称 备 注
1 王掁铭 中国电机工程学会热电专委会 秘 书 长 教 高 评议组组长
2 姜作仁 中科院工程热物理研究所 原副所长 研究员 评议组副组长
3 刘中儒 国家电力总公司设备成套局 局专家组组长
原副局长 教 高 评议组副组长
4 李荣时 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 首席顾问
原总经理 教 高 评议组成员
5 唐 勇 东方锅炉{集团}股分有限公司 设计处副处长 高 工 评议组成员
6 殷国昌 济南锅炉集团有限公司 副总经理兼总工 高 工 评议组成员
7 夏敏文 全国化工热工设计技术中心站 主 任 教 高 评议组成员
8 朱文斌 长沙有色冶金设计研究院 副总工程师 教 高 评议组成员
9 张关荣 马鞍山钢铁设计研究院 总设计师 教 高 评议组成员
10 冯炳文 韶关钢铁集团有限公司 副总经理 高 工 评议组成员
11 彭建泰 韶关钢铁集团有限公司热电厂 厂 长 高 工 评议组成员


5、SC型气槽式冷渣机的系列化、标准化、技术经济指标及推广应用:
5-1、SC型气槽式冷渣机冷的系列化与标准化:
各种容量锅炉的燃煤量Gm和最大炉底渣量Gz:
7000 D
Gm=———— (1)
QHy ′ h
Gz= Gm′Ay′ga (2)
从而计算出各种容量流化床锅炉的燃煤量与炉底渣量的估算值(见表4),计算中劣质煤和优质煤的发热量分别取2500-4500Ksal/Kg和5000Ksal/g以上。
考虑到每台流化床锅炉至少有两个炉底渣排渣口,同时还考虑到事故排渣情况,确定SC型气槽式冷渣机的容量系列为:1t/h; 2t/h; 4t/h; 6t/h; 10t/h。
这一系列可以满足300MW以下各种流化床锅炉炉底渣的冷却需要。
在系列化的基础上我们已编制了产品生产、质量保障与售后服务的企业标准12)。
表4 各种容量流化床锅炉的燃煤量与炉底渣量的估算值(t/h)
锅炉容量
(D) 煤 种 35 (t/h) 75 (t/h) 130 (t/h) 220 (t/h) 460 (t/h)
燃煤量 炉底渣 燃煤量 炉底渣 燃煤量 炉底渣 燃煤量 炉底渣 燃煤量 炉底渣
优质煤
劣质煤 3.6~5.2
5.7~11 0.3~0.6
0.6~3.8 7.7~11
12.2~23 0.6~1.3
1.3~7.9 13.5~19
21.0~40 1.1~2.2
2.2~14 23~33
35~67 1.9~3.8
3.7~23 48~70
74~137 4.0~8.1
7.8~47

5-2、SC型气槽式冷渣机系列产品的技术经济指标:
根椐表4 ,我公司已完成了SC型气槽式冷渣机产品的系列化工作,各种产品的外形尺寸按高度分为两种,供用户选择:
· 高度为1930mmSC型气槽式冷渣机,它可满足75t/h以下各种流化床锅炉的需要。
· 高度为2400mmSC型气槽式冷渣机,它可满足75t/h以上各种流化床锅炉的需要。
SC型SC型气槽式冷渣机系列专利产品的各项技术经济指标列入表5。
表5 SC型气槽式冷渣机的技术经济指标
序号 项目名称 单 位 SC型气槽式冷渣机的容量(t/h)
1 2 4 6 10
1 冷却后渣温 (°C) <120
2 进口风温 (°C) 30
3 出口风温 (°C) <200
4 进口风量 Nm3/h 1600 3200 6400 9600 160000
5 进口风压 Pa 4200
6 进口水温 (°C) 25
7 出口水温 (°C) <85
8 冷却水量 t/h 2.2 4.3 8.5 12.9 22.0

5-3、推广应用:
专家评议会后,除继续完善已安装在35、75及140 t/h流化床锅炉上使用的SC型气槽式冷渣机的性能试验之外,又在其它35、75及130 t/h流化床锅炉上推广应用,解决加工制造中的防磨与结构美观等问题;特别是加紧与哈锅、东锅、上锅、济锅和武锅以及一批电力、化工、冶金等设计院合作,分别在130、220及460t/h流化床锅炉上进行推广,重点解决系统连接与余热回收等问题。可以预期,2002年将会有一批新的SC型气槽式冷渣机专利产品投入运行。
6、结论:
SC型气槽式冷渣机系列专利产品是在国家鼓励和发展适应我国煤种的各种流化床锅炉的形势下推出来的,它是在总结已有冷渣机存在的优缺点基础上,对气-固两相流的冷却方式进行创新而研制出来的新型设备。它具有结构简单,无机械转动部件,无机械故障,运行安全可靠,动力消耗低或基本上不需增加动力消耗,运行与维护费用低;它的冷却效果好,可将渣温迅速降到120°C以下:它可回收余热,系统简单,使余热回收与改善流化质量、提高锅炉燃烧效率有机地结合起来,大大降低环境污染和改善环境条件;它的体积小,布置方便、灵活,与另一专利产品气动连续自动排渣伐和气槽式输渣机配合使用,易于实现自动化和大型化,大大改善和降低出渣系统的环境面貌和投资。



 

滚筒式冷渣机

风帽
多管式冷渣机 中心筒

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