冷渣器原理及比較

冷渣器原理及結(jié)構(gòu)

2021/6/271冷渣器的作用 循環(huán)流化床鍋爐爐膛下部排放的大渣溫度在850℃～950℃之間，具有大量的物理顯熱，如果處理不當(dāng)，既浪費(fèi)了能源，又惡化了現(xiàn)場運(yùn)行條件，灰渣中殘留的硫和氮仍可以在爐外釋放二氧化硫和氮氧化物，造成環(huán)境污染。為了提高鍋爐效率并保證排渣運(yùn)行人員的安全，必須把爐渣冷卻至一定的允許溫度之內(nèi)（一般在100℃左右），這樣鍋爐應(yīng)設(shè)置冷渣器。綜上所述，冷渣器作用主要有1、回收熱量，加熱給水，起省煤器作用；2、加熱空氣，起空氣預(yù)熱器作用；3、同時加熱水和空氣；4、保持爐膛灰平衡和床料的良好流化；5、細(xì)顆粒分選回送，提高燃燒和脫硫效率。2021/6/272冷渣器分類按介質(zhì)分：水冷、風(fēng)冷、及風(fēng)水聯(lián)合；按冷卻原理分：機(jī)械式、非機(jī)械式；其中機(jī)械式：水冷絞籠式、水冷滾筒式、高強(qiáng)鋼帶式等；其中非機(jī)械式主要以流化床式為代表；按灰渣運(yùn)動方式：流化床式、移動床式、混合床以及螺旋輸送式等；高溫灰渣與冷卻介質(zhì)相互流動方式：順流，逆流，交叉流和混合流動方式等。2021/6/273幾種常用的典型冷渣器

目前國內(nèi)按引進(jìn)技術(shù)設(shè)計的幾種典型冷渣器為HG型風(fēng)水聯(lián)合冷渣器，SG型風(fēng)水聯(lián)合冷渣器，DG型風(fēng)水聯(lián)合冷渣器。前兩種冷渣器在二、三室之間設(shè)有隔墻，流化渣從隔墻溢流到下一個倉室，故又稱溢流式，后一種DG型風(fēng)水聯(lián)合冷渣器各室之間也有隔墻，但在隔墻的底部左側(cè)或右側(cè)設(shè)有流渣口，渣流呈S形，又可稱為迷宮式。此外，還有滾筒式冷渣器，鋼帶風(fēng)冷式冷渣器，氣墊床冷渣器和射流床冷渣器。鋼帶風(fēng)冷式冷渣器為進(jìn)口產(chǎn)品，價格較高，目前只有徐州賈旺電廠使用。其中，國內(nèi)最常用的是風(fēng)水聯(lián)合冷渣器及滾筒冷渣器，下面分別給予詳細(xì)說明。2021/6/274風(fēng)水聯(lián)合冷渣器工作原理風(fēng)水聯(lián)合冷渣器是一種多床式冷渣器，是在單床式冷渣器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，實(shí)質(zhì)上是一個布置有埋管式水冷管束和水冷換熱表面的小鼓泡床。一般分為多個分室，冷空氣通過高壓風(fēng)機(jī)輸送到冷渣器的風(fēng)室，冷風(fēng)均勻地穿過布風(fēng)板，與布風(fēng)板上的爐渣混合，使得灰渣呈現(xiàn)流化狀態(tài)。在流態(tài)化的狀態(tài)下，一方面冷空氣與爐渣進(jìn)行混合接觸式換熱，冷空氣被加熱后返回爐膛，爐渣被冷卻；另一方面，和冷渣器內(nèi)布置水冷受熱面進(jìn)行表面式換熱，有效地吸收爐渣熱量，降低渣溫。2021/6/275風(fēng)水聯(lián)合冷渣器1、HG型風(fēng)水聯(lián)合冷渣器

HG型風(fēng)水聯(lián)合冷渣器通過錐型閥或L閥與鍋爐本體相連，通過調(diào)節(jié)錐型閥或L閥來控制排渣量，其結(jié)構(gòu)見圖。

通常每臺鍋爐裝有兩臺風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器，當(dāng)后墻給煤時，它們位于爐前。冷渣器呈矩形，內(nèi)襯耐磨、耐火材料，共分三個室，第一室沒有布置受熱面，主要是利用流化風(fēng)冷卻熱渣，并起到一個緩沖的作用，以便從爐膛排出的渣在這里經(jīng)過緩沖以后能沿冷渣器寬度方向均勻分配，確保冷卻效果。第二、三室裝有蛇形管束，一、二室相通，二、三室由風(fēng)冷隔墻隔開，冷渣器底部有布風(fēng)板和風(fēng)箱。每臺冷渣器有一個進(jìn)渣管，位于第一室側(cè)面；在第三室后面有一個排渣口和一個返料口，排渣口與排渣系統(tǒng)相連接，返料口與爐膛相連。2021/6/276

當(dāng)爐膛下部床壓升高時，底渣通過爐膛前墻底部的兩個出渣口從側(cè)面進(jìn)入冷渣器第一室內(nèi)，在流化風(fēng)的作用下，首先在第一室內(nèi)得到冷卻，再經(jīng)過第二室翻過隔墻溢流到第三室，底渣不斷被風(fēng)和水冷管束冷卻，冷卻到150℃以下的底渣再溢流到排渣口，進(jìn)入排渣系統(tǒng)；流化空氣及所攜帶的細(xì)灰通過返料管重新送回爐膛。冷渣器通過構(gòu)架支在零米地面上，與爐膛的膨脹差是通過安裝在進(jìn)渣管及返料管中間的膨脹節(jié)來解決的。 該種形式的冷渣器的優(yōu)點(diǎn)是：對煤種的適應(yīng)性強(qiáng)，在運(yùn)行時，冷渣器內(nèi)存有大量的冷渣，可承受大量熱渣涌入造成的熱沖擊；通過溢流的方式排渣，當(dāng)進(jìn)渣量增加時溢流量也增加，進(jìn)渣量減少時溢流量2021/6/277也隨之減少，運(yùn)行穩(wěn)定；采用30~40℃的Ⅱ級除鹽水和冷風(fēng)作為冷卻介質(zhì)，可獲得較大的傳熱溫差，采用埋管式受熱面，傳熱系數(shù)可達(dá)200W/m2K以上；單臺冷卻能力可達(dá)20~30t/h；采用較低的流化速度(≤1m/s)，埋管受熱面的磨損較輕，可運(yùn)行一個大修周期，運(yùn)行維護(hù)量小。注：其中有個膨脹差的問題，值得考慮。2021/6/2782、SG型風(fēng)水冷流化床冷渣器(FBAC)

對于較大容量和燃料灰分較高的鍋爐，上鍋采用風(fēng)水冷流化床冷渣器(FBAC)，見圖9-2。風(fēng)水冷流化床冷渣器內(nèi)部由2個冷卻倉組成，其上設(shè)有一個裝有ACV閥的進(jìn)渣口、一個溢流排渣管和一個排氣口。爐膛排出的熱渣由ACV閥控制調(diào)節(jié)進(jìn)入FBAC的第一個冷卻倉，在第一個冷卻倉前部留有足夠的空間(稱為平衡室)使熱渣均勻地通過水冷管束。 每個倉中布置有水冷管束，倉與倉之間用分隔墻隔開，固體顆粒溢墻均勻地進(jìn)入下一個冷卻倉，在每個倉有管束和沒有管束的區(qū)域均有其獨(dú)立的布風(fēng)裝置，布風(fēng)裝置為鋼板式結(jié)構(gòu)，在布風(fēng)板上布置有“T”型風(fēng)帽，運(yùn)行時，通過各自獨(dú)立的配風(fēng)風(fēng)管風(fēng)量的調(diào)節(jié)來保證冷渣器的冷卻效果。冷渣通過設(shè)在第二冷卻倉的溢流排渣口排出，每一個冷卻倉布風(fēng)板上還設(shè)有檢修用排渣口。2021/6/279

根據(jù)具體情況，管束內(nèi)冷卻水可以是給水，也可以是凝結(jié)水。2021/6/27103、DG型風(fēng)水聯(lián)合冷渣器DG型選擇性流化床冷渣器簡圖見圖9-3。床底大渣通過位于每個側(cè)墻上的排料管輸送到選擇性排灰冷渣器，每個冷渣器配一個排渣口和一個進(jìn)渣管，在每個進(jìn)渣管上布置有導(dǎo)向風(fēng)帽，通過風(fēng)帽的定向布置來保證渣從爐膛至冷渣器順利輸送，進(jìn)渣管所需空氣由“J”閥回料風(fēng)機(jī)提供。 冷渣器分為3個小室，沿渣走向分別為選擇室和冷卻室，各小室分別有各自獨(dú)立的布風(fēng)裝置。選擇室尚有部分燃燒，流化速度設(shè)計較高，防止結(jié)渣。每個小室用分隔墻隔開，在進(jìn)入下一個小室之前，固體繞墻流過，延長了停留時間，冷卻效果好，大渣溫度可控制在200℃以下。所有空氣均來自一次風(fēng)機(jī)出口的冷(熱)風(fēng)道。2021/6/2711

冷渣器布風(fēng)裝置為鋼板式，在布風(fēng)板上布置有“Γ”型導(dǎo)向風(fēng)帽。選擇室的排氣從爐膛側(cè)墻單獨(dú)引回爐膛，冷卻室排氣在隔墻頂部附近排出，從爐膛側(cè)墻返回爐膛。 冷渣器中設(shè)置有事故自動噴水系統(tǒng)，用于緊急狀態(tài)下的灰冷卻，系統(tǒng)水源為：0.35~0.42MPa，水溫小于33℃。2021/6/2712冷渣器進(jìn)渣管、冷渣器內(nèi)部的堵塞現(xiàn)象及解決措施

冷渣器的排渣控制方式，目前國內(nèi)的冷渣器有進(jìn)渣機(jī)械控制和出渣控制兩種方式，見下圖。2021/6/27132021/6/2714

冷渣器進(jìn)渣管、冷渣器內(nèi)部的結(jié)渣和堵塞是相互影響的，當(dāng)出現(xiàn)結(jié)渣時，可造成堵塞；反過來，堵塞也可加劇結(jié)渣現(xiàn)象的發(fā)生。所以除了措施外，在冷渣器的設(shè)計和運(yùn)行中還可采取以下措施防止在冷渣器進(jìn)渣管、冷渣器內(nèi)部出現(xiàn)堵塞。冷渣器進(jìn)渣管的口徑選取要合理，不能太小。冷渣器進(jìn)渣管采用合適的傾角斜度，通常與水平夾角a=5°～10°。進(jìn)渣管采用漸擴(kuò)形式，有利渣的流動。2021/6/2715進(jìn)渣管入口處、進(jìn)渣管中部布置有風(fēng)嘴，風(fēng)嘴不宜伸入排渣管內(nèi)太長，伸入太長也容易造成堵塞。當(dāng)排渣管內(nèi)出現(xiàn)堵塞時，將吹掃風(fēng)切換為高壓吹掃風(fēng)，用于防堵。冷渣器的每個冷卻室設(shè)置排大渣口，定期排放大渣。冷渣器隔墻開孔（繞流孔）大小合理，不宜太小，不利渣的流動。2021/6/2716滾筒冷渣器工作原理

滾筒式冷渣器灰渣采用機(jī)械輸送，工作時在驅(qū)動裝置的帶動下低速轉(zhuǎn)動，筒體內(nèi)部的灰渣在旋轉(zhuǎn)葉片或其它作用力作用下緩慢向低溫端移動。冷卻水由旋轉(zhuǎn)水接頭、水冷簡體及簡體外部回水管形成的回路中流動，將熱量帶走。2021/6/2717滾筒冷渣器1、靈式滾筒冷渣器

下面以山東白楊河電廠的出力為5-20t/h型號為GTL15D-20靈式冷渣器為例進(jìn)行介紹。 進(jìn)、出渣管中心線距離8m，滾筒內(nèi)徑1.5m，內(nèi)、外壁間隙20mm，中間通以冷卻水，冷卻水來自凝結(jié)水泵出口，回至末級低加出口，冷卻水量達(dá)到70~100t/h，進(jìn)口水溫40℃，出口水溫60~80℃。爐內(nèi)的熱渣經(jīng)過進(jìn)渣管進(jìn)入冷渣器，進(jìn)渣管上有密封/膨脹補(bǔ)償裝置，冷渣器進(jìn)渣端有獨(dú)特的防漏渣專利技術(shù)。滾筒內(nèi)壁上焊有200~250mm高的螺旋葉片，螺旋葉片之間還有許多縱向葉片，熱渣在螺旋葉片的推動下向出渣口移動的過程中，被縱向葉片攜帶到滾筒頂部然后才下落，增強(qiáng)換熱效果。另外，冷渣器進(jìn)、出渣處各有一條負(fù)壓吸塵管接到引風(fēng)機(jī)入口煙道，既防止揚(yáng)塵，又起到一定風(fēng)冷作用。2021/6/2718靈式滾筒冷渣器在結(jié)構(gòu)方面的主要特點(diǎn)有：滾筒內(nèi)部葉片形式進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)，增加了縱向葉片密度，換熱冷卻效果更好；進(jìn)渣端防漏渣結(jié)構(gòu)是新型專利，密封效果好，使用壽命長；滾筒外部的兩個支撐圈和大鏈輪是用螺栓緊固在滾筒上的，長期運(yùn)行磨損失效后可以方便的更換；連接進(jìn)、出水管道的靈式旋轉(zhuǎn)水接頭密封好，不漏水，檢修方便，更換，維護(hù)費(fèi)用低；滾筒高度在支承圈和支承輪磨損而下降超限后能進(jìn)行滾筒高度調(diào)整(專利技術(shù))，可以有效延長支承圈和支承輪壽命而長期保持設(shè)備正常運(yùn)行2021/6/2719松靈公司的滾筒冷渣器輪廓及剖面圖2021/6/27202021/6/27215、多管滾筒(蜂窩)式滾筒式冷渣器多管滾筒(蜂窩)式滾筒式冷渣器以山東章丘圣火科技公司的產(chǎn)品為代表，特點(diǎn)是滾筒傾斜15°左右，筒內(nèi)布置多根相互平行的六棱管，各管間隙中通冷卻水；靖江合金鋼廠的峰窩式為水平布置圓管，內(nèi)有螺旋葉片，采用合金鋼管，不易泄漏堵塞2021/6/2722冷渣器的綜合對比

1、風(fēng)水冷渣器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、沒有任何機(jī)械傳動部件，有效地避免了機(jī)械傳動部件在高溫固體工作環(huán)境下容易出現(xiàn)的磨損和卡澀現(xiàn)象，并且冷卻能力也較大，2、可以有效地將大渣里面所夾帶的細(xì)的顆粒重新送回爐膛，提高碳的燃盡度和石灰石的利用率，并還可以將大渣的物理顯熱有效回收，提高整個機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。在正確運(yùn)行的條件下，可以確保鍋爐連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。2021/6/2723缺點(diǎn)：1、對燃料入爐粒度的要求比較高，如果燃料入爐粒度偏大，由于采用流化冷卻的原理，勢必影響到冷渣器里面渣的流化，從而容易帶來結(jié)焦現(xiàn)象，引起排渣不暢。2、如果在鍋爐底渣量特別大的情況下，為了確保冷卻效果，則采用的冷卻風(fēng)量必然較大，造成風(fēng)帽及受熱面的磨損。3、冷渣器進(jìn)渣量無法精確控制。冷渣器運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生大量過渣的現(xiàn)象，很容易堵塞冷渣器，另外排渣量過大，還造成冷渣器出口排渣溫度偏高，影響輸渣泵的正常工作，嚴(yán)重時造成輸渣泵輸送不及或輸渣管路堵塞，造成冷渣器被迫停運(yùn)。2021/6/2724

按引進(jìn)技術(shù)設(shè)計制造的CFB鍋爐目前在電廠的運(yùn)行情況分為三種：

(1)燃料制備系統(tǒng)能夠保證燃煤粒度符合設(shè)計要求的電廠，風(fēng)水聯(lián)合冷渣器運(yùn)行基本正常：如云南循檢司電廠、廣州雙水電廠、河南平橋電廠及廣東東糖電廠等。

(2)燃料粒度超過設(shè)計要求的電廠，經(jīng)過電廠對設(shè)備的改進(jìn)和運(yùn)行方式的改進(jìn)，仍堅(jiān)持風(fēng)水聯(lián)合冷渣器的運(yùn)行，但是設(shè)備維護(hù)及勞動強(qiáng)度很大，這些電廠目前還很多；

(3)燃料粒度超標(biāo)嚴(yán)重，風(fēng)水聯(lián)合冷渣器運(yùn)行事故很多，又有經(jīng)濟(jì)實(shí)力的電廠，將風(fēng)水聯(lián)合冷渣器改為滾筒冷渣器，如河南新鄉(xiāng)電廠、開封電廠、山東白楊河電廠、濟(jì)寧電廠、河北石家莊電廠等。2021/6/2725滾筒冷渣器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、滾筒冷渣器在排渣量的準(zhǔn)確、可靠控制方面擁有各種排渣控制閥所無法比擬的優(yōu)勢，比如原先的錐形閥，它的開度和出渣量之間沒有確定的比例關(guān)系，而滾筒冷渣器的轉(zhuǎn)速與出渣量之間基本是一一對應(yīng)的線性關(guān)系；2、在此基礎(chǔ)上，投入了床壓自動控制，調(diào)節(jié)品質(zhì)非常好，負(fù)荷、煤質(zhì)發(fā)生變化時都能夠自動維持床壓在一定的范圍內(nèi)，運(yùn)行人員的監(jiān)盤工作量因此進(jìn)一步減輕；3、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)簡單，與機(jī)組的其它系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度小；4、由于爐渣在滾筒式冷渣器內(nèi)由機(jī)械驅(qū)動，不存在死區(qū)，不易出現(xiàn)堵塞、結(jié)焦等現(xiàn)象。對灰渣的篩分特性不敏感，只要能從落渣管落下，就可以被冷卻輸送出去；2021/6/27265、爐渣廢熱回收利用率較高，當(dāng)冷卻水量充足時，可將排渣冷卻到較低溫度，部分設(shè)備可以把灰渣冷卻到90℃；

6、進(jìn)渣控制簡單可靠。進(jìn)渣利用爐膛與冷渣器內(nèi)的壓力差，使?fàn)t渣自動通過落渣管進(jìn)入冷渣器。2021/6/2727缺點(diǎn)：1、由于冷渣器的換熱方式為表面式換熱，換熱系數(shù)較小，冷渣器比體積較大；2、由于滾筒冷渣器主要依靠水冷，風(fēng)冷比較微弱，而且熱風(fēng)是送到引風(fēng)機(jī)入口前的煙道，熱量不能回收，細(xì)的物料也不能回收，在燃用某些特定煤種時可能會造成爐內(nèi)細(xì)料不足，因此可以考慮進(jìn)一步增強(qiáng)風(fēng)冷作用，并將熱風(fēng)送入爐內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)料返送。3、由于存在轉(zhuǎn)動部件及機(jī)械輸送，磨損及密封問題較為突出，存在漏水、漏渣等問題，設(shè)備的壽命較短；4、因整個換熱裝置處于旋轉(zhuǎn)當(dāng)中，筒體中換熱面冷熱交替，金屬熱疲勞損傷較大。

這些缺陷使得滾筒式冷渣器在大型化發(fā)展方向上需要克服較多困難。2021/6/2728目前冷渣器的選擇狀況

由于風(fēng)水聯(lián)合和滾筒冷渣器的特點(diǎn)，有的制造廠在新設(shè)計100~150MWeCFB鍋爐時，已決定采用滾筒冷渣機(jī)，而在采用引進(jìn)技術(shù)設(shè)計300MWe鍋爐時，仍用風(fēng)水聯(lián)合冷渣器，原因是風(fēng)水聯(lián)合冷渣器在國外是一種成熟的技術(shù)：傳熱效果好，細(xì)渣回收，而且占地面積小，排渣溫度低，而滾筒冷渣機(jī)目前尚無適用的產(chǎn)品，需要改進(jìn)冷渣機(jī)內(nèi)冷卻方式，否則在零米處布置發(fā)生困難。這就要求在燃料制備上下功夫，電廠要肯于投資，建立干煤棚或干燥設(shè)備，采用兩級破碎加一級篩分系統(tǒng)，以保證要求的顆粒度。2021/6/2729對冷渣器選擇的建議1、小容量鍋爐

1)對于原煤粒度小，灰分不大的燃料，能夠保證設(shè)計要求的入爐煤粒度，建議采用風(fēng)水聯(lián)合冷渣器，并消除運(yùn)行上發(fā)現(xiàn)的問題，改進(jìn)設(shè)計，提高產(chǎn)品性能； 2)對于原煤灰分大，矸石多，無法保證要求的顆粒度，為了減少勞動強(qiáng)度，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，建議采用滾筒冷渣器。青島松靈公司的冷渣器，單機(jī)出力大，運(yùn)行效果較好；可供選用。平頂山宇青廠也有一定生產(chǎn)規(guī)模。3）對于原煤灰分大，矸石多，而又要求采用風(fēng)水聯(lián)合冷渣器的電廠，必須改進(jìn)燃料制備，包括耐磨的兩級破碎機(jī)+篩分+干燥設(shè)備，以保證要求的設(shè)計入爐燃料粒度。關(guān)于渣中細(xì)灰