一種灰渣冷卻分選裝置以及使用該裝置的循環流化床鍋爐的製作方法

2023-12-04 21:00:21 2

專利名稱：一種灰渣冷卻分選裝置以及使用該裝置的循環流化床鍋爐的製作方法
技術領域：
本發明屬於循環流化床鍋爐高溫灰渣冷卻領域，提供了一種循環流化床鍋爐高溫 灰渣的冷卻裝置。
背景技術：
冷渣器(包括有受熱面的冷渣器)本身是一個過程特殊的換熱裝置。與表面式換 熱器不同的是，冷渣器絕大多數換熱表面都與高濃度的固體顆粒接觸換熱。因而形成的換 熱效果比非接觸性換熱要強烈。冷渣器的型式根據冷卻原理可分為非機械式和機械式兩種。非機械式冷渣器主要 有風水冷流化冷渣器及氣槽式冷渣機等。機械式冷渣器的主要形式有水冷絞龍式、水冷滾 筒式以及高強鋼帶式等。目前，在大型循環流化床鍋爐上應用較多的冷渣器是風水冷流化 冷渣器和滾筒冷渣器。這兩種換熱器在工作方式和結構上差距甚大，但從換熱的角度看工 作過程是相近的。風水聯合冷渣器實際是一個小的流化床，這種冷渣器利用流化床的氣固二相流動 特性冷卻高溫爐渣，以風冷為主，水冷為輔。在結構上一般分為3個分室，第一個分室採用 氣力選擇性冷卻，在氣力冷卻灰渣的過程中還可以把較細的底渣(未燃燼的細顆粒，未反 應的石灰石顆粒等)重新送回燃燒室，實現選擇性排渣；第二、第三分室內布置埋管受熱面 與灰渣進行熱交換，可以把渣冷卻到儘可能低的溫度，如120°C以下，然後排至輸渣系統。譚 斌等(譚斌，聶立，姚本榮，循環流化床鍋爐冷渣器運行問題及改進措施，東方電氣評論，第 19卷第4期，2005年12月)認為只要燃料粒度得到有效控制的時候，風水聯合量卻冷渣器 完全能夠安全穩定運行，可靠性也很高。滾筒式冷渣器可分為進渣室、冷渣通道和出渣室三部分，冷軋通道中設有冷卻機 構。滾筒冷渣器都是傾斜安裝，高溫爐渣進入滾筒後，沿其內壁螺旋槽道或者多稜管道前 進，內外筒夾套內或者多稜管道之間的間隙內通過冷卻水與熱渣進行熱交換，同時可接入 風冷系統，將900°C熱渣冷卻到150°C或者更低。滾筒轉速無級可調，筒體在很低的轉速下， 如2rpm，即可達到額定出力，大大減少了渣通道的磨損。滾筒冷渣器的共同優點是磨損小，維護量小，使用壽命長，結構簡單，運行可靠。缺 點是對灰渣沒有選擇性；進渣口容易漏渣，冷卻水流量控制要求嚴格，有些型式的滾筒冷渣 器換熱量略低且外形尺寸略大。這種冷渣器目前應用範圍很廣。風水聯合冷渣器與滾筒式冷渣器優缺點的比較劉德昌等(劉德昌，楊海平，張世紅，陳漢平，胡昆，循環流化床鍋爐冷渣器的適應 性和選擇，第一屆中國循環流化床燃燒理論與技術學術會議論文集，2007. 12，海口，pp733) 和武建忠等(武建忠，趙勇綱，趙忠生，循環流化床鍋爐應用滾筒式冷渣排渣技術的可行性 分析，內蒙古電力技術，INNER MONGOLIAELECTRIC 20P0WER 2007年第25卷第1期)總結 了幾種冷渣器的優缺點，主要觀點包括風水冷流化床冷渣器優缺點
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該冷渣器利用風與熱渣之間流化直接傳熱和熱渣與水冷受熱面之間的間接傳熱， 將灰渣從950°C左右降到150°C左右。
風水冷流化床冷渣器的優點 傳熱效果好，無機械轉動設備，選擇正確，事故率低； 灰渣物理顯熱回收率高； 通過選擇床，將細灰送入燃燒室上部，作為循環床料； 冷渣器與鍋爐本體聯為一體，佔地面積小； 對燒優質煤和特大型循環流化床鍋爐(300MWe 600MWe)比較適應。缺點 對灰渣的粒度及分布和渣量有一定要求，粒度大小及分布和灰渣量不能與設計 工況相差太大。否則帶來許多嚴重的運行問題； 要求專用風機，運行電耗較高； 有水冷受熱面磨損問題； 對運行操作水平要求較高。滾筒式冷渣機的優缺點優點 對灰渣粒度及分布和渣量適應性比較好； 對燒劣質煤和灰渣粒度與設計工況偏差較大的循環流化床鍋爐(30(MWe以下 鍋爐)比較適應； 滾筒冷渣機滾動速度慢，電機功率小，省電； 對運行操作水平要求不高，有傻瓜冷渣器之稱，運行事故少； 與流化床冷渣器相比，磨損較輕。缺點 灰渣顯熱回收效果沒有風水冷流化床冷渣器好。被加熱了的冷卻水一般送入除 氧器，汽輪機抽汽減少，電廠循環熱效率降低； 滾筒冷渣器與鍋爐本體分置布置，一般布置在鍋爐房零米平臺，佔地面積較 大； 密封效果沒有風水冷流化床冷渣器好，有漏水、漏渣問題。本發明的技術本質在於採集了流化床風水聯合冷渣器選擇性冷卻的優點和滾筒 冷渣器冷渣能力強、對灰渣適應性好等技術優點，拋棄了流化床風水聯合冷渣器畏懼大顆 粒的缺點和滾筒冷渣器部分大小一攬子冷卻的缺點。技術路線上可以走以滾筒冷渣器為主 和以流化床風水聯合冷卻冷渣器兩條路線。兩者的區別在於在哪個尺寸上分割進入冷渣器 的顆粒尺寸，如以10mm作為分割尺寸，則以流化床冷渣器為主，滾筒冷渣器冷卻大顆粒灰 渣。這種情況下流化床冷渣器承擔主要冷渣任務。如果以2mm作為分割尺寸，則以滾筒冷 渣器為主，流化床冷渣器作為細灰冷渣器，冷卻後的飛灰送回爐膛。還可以其他尺寸作為進 入冷渣器的分割尺寸，此時，流化床冷渣器和滾筒冷渣器的冷渣任務按照分割尺寸確定。現 以2mm作為分割尺寸說明本發明的優點。小於2mm顆粒進入流化床冷渣器，大於2mm顆粒 進入滾筒冷渣器。

發明內容
本發明集合了流化床風水聯合冷渣器選擇性冷卻的優點和滾筒冷渣器冷渣能力 強、對灰渣適應性好等技術優點，拋棄了流化床風水聯合冷渣器畏懼大顆粒的缺點和滾筒 冷渣器部分大小一攬子冷卻的缺點。能充分發揮出風水聯合冷卻流化床冷渣器和滾筒冷渣 器的技術優點。本發明為一種灰渣冷卻裝置以及使用該裝置的循環流化床鍋爐。灰渣冷卻裝置由 熱灰分選機構(2)、滾筒冷渣器(6)、流化床換熱器(5)三部分構成。其特徵在於利用熱灰 分選機構(2)中的分選篩條(10)系列實現顆粒按粒度分級，並按尺寸分割分別冷卻。熱灰分選機構⑵中的分選篩條(9)系列由不同間距的梳齒形分選篩條(10)縱 向排列構成，分選篩條(10)與豎直軸線的夾角，即安裝角大於顆粒安息角。分選篩條(10) 材質由耐磨、耐高溫金屬組成，並由分選篩條支撐構建(13)固定在熱灰分選機構內壁上。來自循環流化床鍋爐排渣管(1)的熱灰(9)經過熱灰分選機構(2)將熱灰分成大 顆粒和小顆粒兩大類，經過分離的大顆粒(14)經滾筒冷渣器進口管(3)進入滾筒冷渣器 (6)；經過分離的小顆粒(12)經流化床換熱器進口管(4)進入流化床換熱器(5)放出熱量 後隨流化空氣一起經出口管(7)送回循環流化床鍋爐爐膛。大於分離粒度的顆粒由事故排 渣口 (8)排出。本熱灰分選機構用於循環流化床鍋爐的熱灰處理，按照循環流化床鍋爐循環灰的 技術特徵設置熱灰分選機構(2)的安裝參數，循環灰的不同物理化學特徵決定了縱向排列 分選篩條(10)數量和分選篩條(10)安裝角。本發明優點在於1.對熱灰進行高溫分離。現有的流化床風水冷渣器只能冷卻10_以下顆粒，對顆 粒度十分敏感。而小於2mm顆粒是循環流化床顆粒循環的主要顆粒尺寸範圍，尤其是0. 1 0. 2mm之間的顆粒是調整爐內循環和爐內傳熱的關鍵尺寸範圍。只要能實現按顆粒尺寸的 高溫分離，就能充分發揮出風水聯合冷卻流化床冷渣器和滾筒冷渣器的技術優點。2.按照循環流化床鍋爐循環灰的技術特徵設置的新風水聯合冷卻流化床冷渣器 上，設置了不參加鍋爐循環獨立的排渣系統、冷卻後的循環灰回送系統和按照細顆粒灰渣 傳熱特點布置的鼓泡床受熱面冷卻灰渣。3.按照一定比例分割後的大顆粒(如大於2mm)進入滾筒冷渣器，按照寬篩分循環 流化床灰渣顆粒的原始質量分布，可以大幅度提高滾筒冷渣器的冷渣適應量。4.由於熱灰實現按尺寸分割分別冷卻，細灰經流化床冷渣器送回爐膛、粗渣冷卻 後另作它用的技術路線，有效地制約了滾筒冷渣器的粉塵汙染。5.由於氣固流化床冷卻能力高於顆粒流的對流傳熱，顆粒分級冷卻可以有效降低 冷渣器體積，方便鍋爐島設計和鍋爐運行。


圖1是本發明的灰渣冷卻裝置。其中，循環流化床鍋爐排渣管1、熱灰分選機構2、 滾筒冷渣器進口管3、流化床換熱器進口管4、流化床換熱器5、滾筒冷渣器6、出口管7、事故 排渣口 8。
圖2是熱灰分選機構。其中，來自循環流化床鍋爐的熱灰9。分離不同粒徑顆粒的 分選篩條組10，上蓋板11，進入流化床冷渣器的小顆粒12，分選篩條支撐構建13，進入滾筒 冷渣器的大顆粒14。
具體實施例方式實施例1 只採用流化床冷渣器。入爐燃料中大顆粒較少時(10mm以上顆粒質量百分比不超過總灰量的5% )，只採 用流化床冷渣器。此時與使用流化床冷渣器的循環流化床鍋爐一樣，冷渣器及其與鍋爐連 接和鍋爐島布置沒有任何變化，分選出來的大顆粒可以經自然冷卻後進入冷渣外運渠道。實施例2 某循環流化床鍋爐冷渣排放量100t/h，入爐燃料中超過10mm顆粒佔總顆粒質量 的23%。以8mm為灰渣尺寸分割點，此時大顆粒約佔總質量的30%。熱灰分選機構採用採用直徑15mm耐高溫耐磨金屬條，與水平夾角50度布置3層。 第一層節距35mm，將大於20mm顆粒分選出去；第二層節距27mm，將大於12mm的顆粒分選出 去；第三層節距23mm，將大於8mm顆粒分選出去。配用灰渣進出口中心距4m，直徑1. 4m的4分倉水冷滾筒冷渣器，在轉速為9rpm時 可以將25000kg/h灰量從850°C冷卻到160°C。流化床冷渣器按3分倉設計，從循環流化床鍋爐出來的灰渣首先進入空倉，在流 化風的作用下進入冷卻倉1和冷卻倉2，與該處的換熱表面換熱。進入冷渣器的灰渣分為粗 渣和細渣，粗渣換熱後經正常排渣口排出，細渣被流化風攜帶經迴風管送回爐膛。實施例3 某循環流化床鍋爐冷渣排放量200t/h，入爐燃料中超過10mm顆粒佔總顆粒質量 的23%。以4mm為灰渣尺寸分割點，此時大顆粒約佔總質量的50%。熱灰分選機構採用採用直徑15mm耐高溫耐磨金屬條，與水平夾角50度布置5層。 第一層節距35mm，將大於20mm顆粒分選出去；第二層節距27mm，將大於12mm的顆粒分選出 去；第三層節距23mm，將大於8mm顆粒分選出去；第四層節距21mm，將大於6mm顆粒分選出 去；第五層節距19mm，將大於4mm顆粒分選出去。配用灰渣進出口中心距4m，直徑1. 4m的4分倉水冷滾筒冷渣器4個，在轉速為 9rpm時可以將25000kg/h灰量從850°C冷卻到160°C。流化床冷渣器按3分倉設計，從循環流化床鍋爐出來的灰渣首先進入空倉，在流 化風的作用下進入冷卻倉1和冷卻倉2，與該處的換熱表面換熱。進入冷渣器的灰渣分為粗 渣和細渣，粗渣換熱後經正常排渣口排出，細渣被流化風攜帶經迴風管送回爐膛。
權利要求
一種灰渣冷卻裝置，灰渣分選裝置由熱灰分選機構(2)、滾筒冷渣器(6)、流化床換熱器(5)三部分構成；其特徵在於利用熱灰分選機構(2)中的分選篩條(10)系列實現顆粒按粒度分級，並按尺寸分割分別冷卻。
2.—種權利要求1所述的熱灰分選機構(2)，其特徵在於熱灰分選機構(2)中的分選 篩條(10)系列由不同間距的梳齒形分選篩條(10)縱向排列構成，分選篩條(10)與豎直軸 線的夾角，即安裝角大於顆粒安息角；分選篩條(10)由耐磨耐高溫材料或耐磨水冷構件組 成，並由分選篩條支撐構件(13)固定在熱灰分選機構內壁上。
3.一種使用權利要求1所述的循環流化床鍋爐的熱灰分選工藝，其特徵在於來自循 環流化床鍋爐排渣管(1)的熱灰(9)經過熱灰分選機構(2)將熱灰分成大顆粒和小顆粒兩 大類，經過分離的大顆粒(14)經滾筒冷渣器進口管(3)進入滾筒冷渣器(6)；經過分離的 小顆粒(12)經流化床換熱器進口管(4)進入流化床換熱器(5)放出熱量後隨流化空氣一 起經出口管(7)送回循環流化床鍋爐爐膛；大於分離粒度的顆粒由事故排渣口(8)排出。
4.一種使用權利要求1所述的循環流化床鍋爐，其特徵在於按照循環流化床鍋爐排 渣的技術特徵設置灰渣冷卻裝置，根據熱灰分選機構(2)的結構參數，確定滾筒冷渣和流 化床冷渣的質量比和冷卻能力要求；鍋爐排渣的物理特徵決定了縱向排列分選篩條(10) 的分割尺寸、層數。
全文摘要
本發明提供了一種冷卻循環流化床鍋爐高溫灰渣的裝置，屬於循環流化床鍋爐高溫灰渣冷卻領域。該裝置由熱灰分選機構、滾筒冷渣器、流化床換熱器三部分構成。來自循環流化床鍋爐排渣管的熱灰經過熱灰分選機構將熱灰分成大顆粒和小顆粒兩大類，大顆粒經滾筒冷渣器進口管進入滾筒冷渣器；小顆粒經流化床換熱器進口管進入流化床換熱器放出熱量後隨流化空氣一起經出口管送回循環流化床鍋爐爐膛。其優點在於對熱灰進行高溫分離，能充分發揮出風水聯合冷卻流化床冷渣器和滾筒冷渣器的技術優點。由於熱灰實現按尺寸分割分別冷卻，細灰經流化床冷渣器送回爐膛、粗渣冷卻後另作它用的技術路線，有效地制約了滾筒冷渣器的粉塵汙染。顆粒分級冷卻可以有效降低冷渣器體積，方便鍋爐設計和鍋爐運行。
文檔編號F23J1/06GK101900344SQ20091014378
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月27日 優先權日2009年5月27日
發明者劉柏謙, 王立剛 申請人:劉柏謙;王立剛