冷渣器的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

劉 亮，崔 林

(機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南鄭州 450007)

0 概述

能源的消費(fèi)隨著人類社會(huì)的發(fā)展而不斷增加，由于人們對(duì)能源的利用過程中限于技術(shù)、設(shè)備等的原因，效率較低，在燃料消耗、動(dòng)力消耗過程中，伴生的大量余熱資源浪費(fèi)嚴(yán)重。探索余熱資源的合理回收利用，全面提高資源利用率始終是廣大工作者關(guān)注的問題。

爐渣余熱回收不僅有助于環(huán)保，改善工廠中的工作環(huán)境，而且在經(jīng)濟(jì)方面也有很客觀的效益，CFB鍋爐的排渣溫度一般在850℃，含熱量高，如果直接排渣，浪費(fèi)能源，污染環(huán)境。高溫灰渣通過冷渣器與冷卻水換熱，渣溫可降到100℃以下，既提高了鍋爐熱效率，又節(jié)約能源。按4 t/h爐渣余熱回收計(jì)算，約可回收熱量4.55 GJ，相當(dāng)于217.6 kg低位發(fā)熱量為20935kJ/kg原煤的發(fā)熱量;鍋爐按每年運(yùn)行7 000 h計(jì)算，可節(jié)約原煤約1 523 t。另外經(jīng)過冷渣設(shè)備處理的爐渣可以廣泛的應(yīng)用于水泥工業(yè)和建筑行業(yè)，實(shí)現(xiàn)資源再利用，這也是一筆可觀的額外收入。

1 現(xiàn)有冷渣器的狀況及技術(shù)特點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)鍋爐排渣冷卻的方式較多，沒有運(yùn)動(dòng)部件的如:風(fēng)箱型(灰渣冷卻床)、蛇道型(塔式)、Z字型等冷渣器，而有運(yùn)動(dòng)部件的冷渣器有回轉(zhuǎn)式和震動(dòng)式等幾種，回轉(zhuǎn)式冷渣器又有滾筒式、刮板式、震動(dòng)式等，其各自技術(shù)特點(diǎn)如下:

1.1 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1。

圖1 HG型風(fēng)水聯(lián)合冷渣器

通常每臺(tái)鍋爐裝有兩臺(tái)風(fēng)水聯(lián)合式冷渣器，當(dāng)后墻給煤時(shí)，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(gè)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(gè)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(tái)冷渣器有一個(gè)進(jìn)渣管，位于第一室側(cè)面;在第三室后面有一個(gè)排渣口和一個(gè)返料口，排渣口與排渣系統(tǒng)相連接，返料口與爐膛相連。

冷渣器通過構(gòu)架支在0 m地面上，與爐膛的膨脹差通過安裝在進(jìn)渣管及返料管中間的膨脹節(jié)來解決。該種形式的冷渣器的優(yōu)點(diǎn)是:對(duì)煤種的適應(yīng)性強(qiáng)，在運(yùn)行時(shí)，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(shí)溢流量也增加，進(jìn)渣量減少時(shí)溢流量也隨之減少，運(yùn)行穩(wěn)定;采用30～40℃的Ⅱ級(jí)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)200 W/m2· K以上;單臺(tái)冷卻能力可達(dá)20～30 t/h;采用較低的流化速度(≤1 m/s)，埋管受熱面的磨損較輕，可運(yùn)行一個(gè)大修周期，運(yùn)行維護(hù)量小。

1.2 SG型風(fēng)水冷流化床冷渣器(FBAC)

對(duì)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)。風(fēng)水冷流化床冷渣器內(nèi)部由兩個(gè)冷卻倉(cāng)組成，其上設(shè)有一個(gè)裝有ACV閥的進(jìn)渣口、一個(gè)溢流排渣管和一個(gè)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(gè)冷卻倉(cāng)，在第一個(gè)冷卻倉(cāng)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(gè)倉(cāng)中布置有水冷管束，倉(cāng)與倉(cāng)之間用分隔墻隔開，固體顆粒溢墻均勻地進(jìn)入下一個(gè)冷卻倉(cāng)，在每個(gè)倉(cāng)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(shí)，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(cāng)的溢流排渣口排出，每一個(gè)冷卻倉(cāng)布風(fēng)板上還設(shè)有檢修用排渣口。

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。

1.3 風(fēng)箱型冷渣器(灰渣冷卻床)

由下部的固定床和上部的流化床組成，床內(nèi)布置有埋管，靠埋管和灰渣之間或風(fēng)和灰渣之間進(jìn)行熱交換將灰渣冷卻。這種冷渣器用風(fēng)量約是鍋爐總風(fēng)量的25%左右。如圖2所示。

圖2 風(fēng)箱型工作原理圖

1.4 Z 字型

Z字型冷渣器和蛇道型冷渣器相似也是置于放渣口下方，灰渣從頂部進(jìn)入Z字形通道的冷渣器內(nèi)，在風(fēng)力和重力的作用下，采用風(fēng)冷卻，灰渣自上而下流動(dòng)，風(fēng)從下至上流動(dòng)。有運(yùn)動(dòng)部件的冷渣器用水冷卻，體積小，磨損輕微，對(duì)灰渣的粒度沒有太嚴(yán)格的要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很方便地調(diào)節(jié)排渣量的大小，運(yùn)行和檢修費(fèi)用低。

這類冷渣器有回轉(zhuǎn)式和震動(dòng)式等幾種，其中回轉(zhuǎn)式冷渣器又有滾筒式、旋轉(zhuǎn)刮板式、震動(dòng)式等。

滾筒式冷渣器是目前在我國(guó)使用最多的一種冷渣器，有一個(gè)帶有螺旋片的滾筒，在轉(zhuǎn)臺(tái)上旋轉(zhuǎn)，灰渣和帶有螺旋片的滾筒相對(duì)運(yùn)動(dòng)使灰渣從冷渣器的進(jìn)口處向出口處移動(dòng)同時(shí)完成熱交換，冷卻介質(zhì)一般采用出鹽水，詳見圖3。

旋轉(zhuǎn)刮板式是由多層圓形平面體和多組刮板組成的冷渣器，灰渣從最上層的圓形平面體進(jìn)入冷渣器體內(nèi)經(jīng)過刮板的攜帶進(jìn)入下層圖形平面體，以此類推直至灰渣排出，灰渣和多層圓形平面體內(nèi)的冷卻水完成熱交換，冷卻介質(zhì)一般采用出鹽水。

震動(dòng)式冷渣器的工作原理與震動(dòng)給煤機(jī)相似，通過震動(dòng)使灰渣向排渣口移動(dòng)，在震動(dòng)的過程中灰渣和震動(dòng)機(jī)接觸、碰撞換熱。

2 冷渣器運(yùn)行中常見問題及原因

冷渣器回風(fēng)管與冷渣器頂部經(jīng)常出現(xiàn)焊口撕裂，管子與冷渣器頂部鋼板接口有較大的間隙(約15 mm)，有漏灰現(xiàn)象，尤其在剛啟動(dòng)時(shí)候。原因:冷渣器回風(fēng)管設(shè)計(jì)上考慮了斜管與鍋爐的膨脹關(guān)系，但是由于不能完全吸收鍋爐和冷渣器在回風(fēng)管直段的膨脹量，造成工作溫度較高的冷渣器頂部與回風(fēng)管的焊口承受應(yīng)力并撕裂，導(dǎo)致漏灰。

冷渣器進(jìn)渣管與冷渣器前墻經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后有少量漏灰現(xiàn)象。原因:冷渣器生根于0 m地面，受熱后向上有少量的膨脹，進(jìn)渣斜管與冷渣器前墻接口處長(zhǎng)期受變化的應(yīng)力，致使長(zhǎng)期運(yùn)行后有漏灰現(xiàn)象。

冷渣器回風(fēng)管直段運(yùn)行一段時(shí)間后磨損嚴(yán)重。原因:由于鍋爐運(yùn)行中摻了大量的煤矸石和中煤，渣量大，返回風(fēng)溫度高且返料量大，導(dǎo)致回風(fēng)管直段運(yùn)行一段時(shí)間后磨損嚴(yán)重。

3 冷渣器的發(fā)展趨勢(shì)

圖3 滾筒冷渣機(jī)輪廓及剖面圖

隨著鍋爐大型化的發(fā)展，對(duì)鍋爐附屬設(shè)備的要求也相應(yīng)提高，要對(duì)鍋爐排渣冷卻與輸送系統(tǒng)統(tǒng)籌考慮，這樣對(duì)冷渣器的功能要求越來越高，要求冷渣器的排渣溫度越來越低，能保持在100℃左右，以提高后續(xù)輸渣設(shè)備的使用壽命和連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行小時(shí)數(shù)。所以要求今后的冷渣器不僅能排渣，而且要能最大限度的回收灰渣的物理顯熱，保證合理的冷卻溫度。冷渣器不僅是排渣器而且是高效的熱量回收器，是一個(gè)高效節(jié)能產(chǎn)品。

GLZ型高效滾筒冷渣器，采用全新的場(chǎng)協(xié)同設(shè)計(jì)理念，應(yīng)用顆粒團(tuán)的傳熱特點(diǎn)，用單一的冷卻介質(zhì)水冷，就可將高溫渣在短時(shí)間內(nèi)迅速降低到80℃以下，在保持了冷渣器較小體積的前提下，使單臺(tái)冷渣器的排渣量提高到30 t/h以上，設(shè)備結(jié)構(gòu)獨(dú)特，具有獨(dú)立的冷卻裝置，可以做到在不損害冷渣器本體的情況下進(jìn)行檢修，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的維修方便。

4 對(duì)冷渣器選擇的建議

對(duì)于原煤粒度小，灰分不大的燃料，能夠保證設(shè)計(jì)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(jì)，提高產(chǎn)品性能;對(duì)于燃料特性一般(灰分中等，矸石不多)的電廠則根據(jù)用戶要求選用冷渣器型式。當(dāng)要求采用風(fēng)水聯(lián)合冷渣器時(shí)應(yīng)采用改進(jìn)后的設(shè)計(jì)產(chǎn)品;當(dāng)要求采用滾筒冷渣機(jī)時(shí)，需注意解決當(dāng)燃料灰分小、細(xì)灰不返回爐膛帶來的循環(huán)物料減少產(chǎn)生的后果。氣墊床冷渣機(jī)，射流床冷渣器的開發(fā)投運(yùn)為選擇冷渣器又增加了一個(gè)機(jī)會(huì)。這兩種型式的冷渣器原理是介于風(fēng)水聯(lián)合及滾筒式冷渣機(jī)之間，既克服了前者的結(jié)渣堵塞的弊端，又沒有滾筒式的漏水漏渣問題，而且細(xì)灰可以回收。