SC型氣槽式冷渣機(jī)

1、SC型氣槽式冷渣機(jī)在韶鋼熱電廠140t/h流化床鍋爐上的應(yīng)用王廣生 劉耀輝 余廣才 彭建泰 毛鴻禧內(nèi)容提要 文中就SC型氣槽式冷渣機(jī)在韶鋼熱電廠140t/h流化床鍋爐上的應(yīng)用中，遇到的爐底渣的顆粒特性和管道連接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求等問(wèn)題進(jìn)行了分析。同時(shí)，還探討了它的運(yùn)行特點(diǎn)和傳熱特性，并對(duì)SC型氣槽式冷渣機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)，在渣量為1.04 2.03 t/h時(shí),渣溫由800°C 冷卻至5667°C，它的熱效率為9295%，冷卻效率為93.8%。它的冷卻效果好，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，維修工作量少。運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與大型化。關(guān) 鍵 詞 氣槽式冷渣機(jī) 應(yīng)用1、概述：韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)公司熱電

2、廠現(xiàn)有一臺(tái)140 t/h流化床鍋爐，由東方鍋爐股份（集團(tuán)）有限公司設(shè)計(jì)制造，于1999年投入運(yùn)行。該爐的出渣系統(tǒng)配有三臺(tái)江蘇靖江合金鋼廠生產(chǎn)的水冷螺旋式冷渣機(jī)，要求將爐底渣冷卻至200 °C以下，然后用斗式輸渣機(jī)送至渣倉(cāng)，再用汽車(chē)運(yùn)送出廠。該系統(tǒng)投入運(yùn)行一年多以來(lái)，暴露出水冷螺旋式冷渣機(jī)的問(wèn)題不少。螺旋軸及葉片磨損十分嚴(yán)重，經(jīng)常是一個(gè)月左右就磨穿，不但維修工作量大，而且維修費(fèi)用高，一年消耗的備件費(fèi)用就高達(dá)10萬(wàn)元左右1）。此外，冷卻水量雖達(dá)90 t/h，而冷卻后的渣溫卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于200 °C，水溫升高不到10 °C.有鑒于此，韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)公司熱電廠組織廠內(nèi)有關(guān)科技人

3、員進(jìn)行攻關(guān)，經(jīng)過(guò)多方了解和查閱資料，尚無(wú)成熟的設(shè)備可替代。2000年6月，深圳天士達(dá)能源有限公司到韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)公司熱電廠進(jìn)行技術(shù)交流，介紹該公司新近研制的專(zhuān)利產(chǎn)品SC型氣槽式冷渣機(jī)的工作原理、性能及特點(diǎn)，引起韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)公司熱電廠領(lǐng)導(dǎo)與工程技術(shù)人員的興趣，表示愿意采用該專(zhuān)利產(chǎn)品。雙方共同商定，一方面進(jìn)一步進(jìn)行考查，編寫(xiě)出可行性研究報(bào)告；另一方面向韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，爭(zhēng)取集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)的支持。2000年月10月，韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)公司批準(zhǔn)立項(xiàng)，11月初，韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)公司與深圳天士達(dá)能源公司簽訂了²韶鋼熱電廠140 t/h鍋爐冷渣機(jī)系統(tǒng)技術(shù)改造²的技術(shù)協(xié)議。技術(shù)協(xié)議的要求如下：&

4、#183; 經(jīng)氣槽式冷渣機(jī)冷卻后的渣溫£ 200 C°；· 回收灰渣余熱，提高鍋爐效率；· 不因冷渣機(jī)故障影響鍋爐的安全運(yùn)行；· 只需少量常規(guī)備件即可滿足運(yùn)行、維修要求，維修工作量少；· 具有保護(hù)環(huán)境、改善勞動(dòng)衛(wèi)生條件。2、安裝與試運(yùn)行工作情況：SC型氣槽式冷渣機(jī)設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)不僅僅是冷卻爐底渣，而要求其工作與流化床鍋爐的燃燒工況能有機(jī)地結(jié)合在一起：利用爐底渣的余熱，改善燃燒工況，提高鍋爐效率，確保鍋安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，氣槽式冷渣機(jī)與鍋爐及鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的管道連接就有一定的要求，需要有專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。韶鋼熱電廠由于長(zhǎng)期重視科技

5、工作，不但有強(qiáng)有力的技術(shù)班子，還有強(qiáng)有力的檢修隊(duì)伍。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)由該廠設(shè)備科承擔(dān)，安裝工作由電廠檢修班完成。2000年月11月15日，他們完成了全部的安裝工作，次日即投入試運(yùn)行，但結(jié)果不理想。究其原因，主要是對(duì)爐底渣顆粒特性認(rèn)識(shí)不足，顆粒太粗，不能形成氣槽；再加之管道系統(tǒng)布置不甚合理，給風(fēng)不正常,無(wú)法投入運(yùn)行。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，12月21日再次投入試運(yùn)行，取得了十分令人滿意的結(jié)果。穩(wěn)定運(yùn)行三星期后，組織現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，渣溫一直被冷卻到5667 °2.03 t/h 1）,2）， 全面達(dá)到和超過(guò)技術(shù)協(xié)議規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)，保證了140t/h流化床鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)、滿發(fā)的運(yùn)行要求。3、流化床鍋爐爐底渣的特

6、性分析：燃燒寬篩分煤的流化床鍋爐（包括FBC&CFBC），在正常情況下要求入爐煤顆粒度為08 mm。實(shí)際上，不同的用戶入爐煤的顆粒度差別很大，最大的顆粒遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)8 mm。特別是寬篩分煤進(jìn)入流化床鍋爐后，因揚(yáng)析導(dǎo)致鍋爐燃燒效率的降低引起了廣泛的關(guān)注，采取了各種措施進(jìn)行改進(jìn)，如各種各樣的燃燼措施和循環(huán)裝置等逐步得以解決。而對(duì)于長(zhǎng)期停留在床內(nèi)的大顆粒給流化床鍋爐的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)的危害，認(rèn)識(shí)不足。我廠140t/h流化床鍋爐系鼓泡床，本應(yīng)設(shè)有溢流口，后來(lái)因燃燒優(yōu)質(zhì)煤，溢流渣量不大，鍋爐制造廠在設(shè)計(jì)制造中就取消了溢流口，用排放泠渣來(lái)代替。在這種情況下，應(yīng)有連續(xù)自動(dòng)排放與冷卻爐底渣裝置及時(shí)排出長(zhǎng)

7、期停留在床內(nèi)的爐底渣，以確保鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。然而，我廠在建廠時(shí)由于沒(méi)有合適的冷渣機(jī)可供選用，不得已選用了螺旋式冷渣機(jī)。如前所述，這種冷渣機(jī)在機(jī)械故障方面的毛病使我們用戶十分頭痛。但它是以機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)方式為主的冷卻方式，它的設(shè)計(jì)與運(yùn)行時(shí)對(duì)灰渣的顆粒特性要求不高?，F(xiàn)在，我們選用了氣槽式冷渣機(jī)，它是以氣-固兩相流理論為基礎(chǔ)建立起來(lái)的冷卻方式，對(duì)爐底渣的顆粒特性提出了一定的要求。 通常流化床鍋爐入爐煤及溢流渣的顆粒平均當(dāng)量直徑大致為：dcp £ mm3）。我們這次在SC型氣槽式冷渣機(jī)的試運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)爐底渣進(jìn)行了篩分分析，結(jié)果如表1所示2）。 用重量平均直徑方法進(jìn)行計(jì)算。令: di 某一篩網(wǎng)

8、的孔徑，m： di+1 為與di相鄰的上一篩網(wǎng)的孔徑，m。則此區(qū)間的平均孔徑為： dcpo = Ö di * di+1 （1）那么，爐底渣的平均顆粒直徑dcp為： dcp = å Xi * dcpo ，m （2）顆粒當(dāng)量平均直徑dcpk為： dcpk = j * dcp ，m （3）計(jì)算出來(lái)的顆粒平均直徑dcp = 5.74 mm，考慮到形狀系數(shù)j = 0.63，則顆粒當(dāng)量平均直徑dcpk = 3.62 mm，與已有的資料提供的數(shù)椐相差甚遠(yuǎn)。 針對(duì)流化床鍋爐爐底渣這一新的顆粒特性進(jìn)行調(diào)整后，取得了十分滿意的冷卻效果，爐底渣能迅速地及時(shí)排放與冷卻，從800 C°以上

9、冷卻至56 67 C°，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。4、管道系統(tǒng)的連接設(shè)計(jì)：氣槽式冷渣機(jī)用空氣作工質(zhì)，要求的風(fēng)量為38004500Nm3/h，風(fēng)壓為42006000Pa。由于我們的鍋爐一次風(fēng)機(jī)尚有余量，便從一次風(fēng)機(jī)抽出部分空氣供冷渣機(jī)用。為了保證鍋爐正常運(yùn)行不受影響，最初，我們?cè)O(shè)計(jì)的風(fēng)道直徑較小，也沒(méi)有注意三個(gè)進(jìn)氣口的分配要求，致使在第一次試運(yùn)行中，出現(xiàn)三個(gè)進(jìn)風(fēng)口中的第一進(jìn)口掄風(fēng)，第三進(jìn)口供風(fēng)不足現(xiàn)象，形成不了氣槽。針對(duì)第一次試運(yùn)行中暴露出來(lái)的管道系統(tǒng)存在的的問(wèn)題，我們加大了風(fēng)道直徑，設(shè)置進(jìn)風(fēng)口平衡聯(lián)箱。第二次試運(yùn)行一舉成功。后來(lái)，我們還采取了一些密封措施，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐表明，實(shí)際運(yùn)

10、行風(fēng)量只有30003500Nm3/h，最大風(fēng)壓沒(méi)有超過(guò)4500Pa，沒(méi)有發(fā)生過(guò)因氣槽式冷渣機(jī)的投入運(yùn)行而影響鍋爐正常運(yùn)行現(xiàn)象。我們認(rèn)為，合理地進(jìn)行風(fēng)道與配風(fēng)設(shè)計(jì)對(duì)氣槽式冷渣機(jī)是很很重要的。如果一次或二次風(fēng)機(jī)容量有富裕，抽出部空氣供給氣槽式冷渣機(jī)作工質(zhì)，不會(huì)影響鍋爐的正常運(yùn)行。而且還可節(jié)省投資，節(jié)省電耗。5、SC型氣槽式冷渣機(jī)的運(yùn)行：SC型氣槽式冷渣機(jī)自投入運(yùn)行至今，已二月有余，運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，沒(méi)有因設(shè)備故障而影響正常運(yùn)行，滿足了鍋爐排放與冷卻爐底渣的需要。 SC型氣槽式冷渣機(jī)的啟動(dòng)十分簡(jiǎn)單。首先，打開(kāi)進(jìn)出口水閥，向冷渣機(jī)內(nèi)的冷卻水管進(jìn)水。此時(shí)，用出口水聯(lián)箱放氣閥放氣，直至有水流出，表示冷卻

11、水管已進(jìn)滿水。接著就是開(kāi)啟總進(jìn)風(fēng)門(mén)，調(diào)節(jié)前、中后三個(gè)進(jìn)風(fēng)門(mén)的開(kāi)度，依次為4/5，3/5和2/5。同時(shí)，用出口風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)溢流口處壓力為±0.0Pa。最后，開(kāi)啟進(jìn)渣門(mén)，將爐底渣送入冷渣機(jī)中進(jìn)行冷卻。約十分鐘后，冷渣機(jī)的出渣口慢慢有被冷卻的爐底渣排出。直至進(jìn)出渣量達(dá)到平衡，即可轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。 在正常運(yùn)行期間，只需根椐鍋爐風(fēng)室壓力調(diào)節(jié)的爐底渣的排放量，監(jiān)視冷卻后的爐底渣溫度、出口風(fēng)溫和出口水溫。若冷卻后的爐底渣溫過(guò)高，可適當(dāng)增冷卻水量和風(fēng)量。冷卻風(fēng)量的調(diào)節(jié)，主要是決定于排出的熱空氣溫度，若出口風(fēng)溫太高，可適當(dāng)增加給風(fēng)量。若出口水溫太高，應(yīng)加大供水量和適當(dāng)加大風(fēng)量，使之不致沸騰。在正常運(yùn)行中

12、，應(yīng)保持后風(fēng)室壓力為4200±200Pa，溢流口壓力為±050Pa。SC型氣槽式冷渣機(jī)的停運(yùn)程序是： 關(guān)閉進(jìn)渣閥； 510分鐘后放出冷渣機(jī)內(nèi)殘?jiān)?依次關(guān)閉進(jìn)口風(fēng)門(mén)和出口風(fēng)門(mén)； 最后，關(guān)閉出、進(jìn)口水閥門(mén)。若停運(yùn)時(shí)間超過(guò)7天，應(yīng)及時(shí)放干冷卻水管內(nèi)的積水，關(guān)好檢查門(mén)，作好相應(yīng)的保養(yǎng)。SC型氣槽式冷渣機(jī)在兩個(gè)多月的運(yùn)行中，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)渣溫冷卻不下來(lái)、不排渣和氣槽內(nèi)結(jié)焦等運(yùn)行故障。由于它沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)另部件，因而也沒(méi)有機(jī)械磨損等機(jī)械故障發(fā)生，氣槽上面的冷卻水管也未出現(xiàn)磨損問(wèn)題?？傊倪\(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)事故，安全可靠。6、冷渣機(jī)的冷卻效果分析：首先，要把爐底渣的溫度由800950 降至安全

13、溫度以下，這就要求冷渣機(jī)必須把排出的爐底渣所擁有的熱量被冷卻介質(zhì)帶走。由傳熱公式及熱平衡公式得知， Q = K * F * DT （4） Qz = Qz¢ - Qz² = jL( Qk + Qs ) （5）式中：Q、K、F及DT分別代表熱交換量（Kcal / h）、傳熱系數(shù)（Kcal / m2 h ）、傳熱面積（ m2）和傳熱溫差（）。Qz¢ 和Qz²分別代表進(jìn)出冷渣機(jī)前后的爐底渣擁有的熱量，（Kcal / h）。Qk 和 Qs分別代表冷卻介質(zhì)空氣和水所帶走的熱量，（Kcal / h）。 jL 為冷渣機(jī)的保溫系數(shù)，jL0.95。在傳熱溫差DT有限的情況下

14、，要求在有限的容器內(nèi)實(shí)現(xiàn)爐底渣的冷卻，就要有足夠多的傳熱面積F或盡可能高的傳熱系數(shù)K。幾種冷渣機(jī)的傳熱系數(shù)列于表23),4)。顯而易見(jiàn)，只有選擇傳熱系數(shù)高的傳熱方式，才是減少傳熱面積，縮小冷渣機(jī)體積，實(shí)現(xiàn)大型化，減少材料與勞動(dòng)力消耗，節(jié)省投資的關(guān)鍵。這次我們選用的氣槽式冷渣機(jī)就具有傳熱系數(shù)高的特性，因而滿足了這一要求。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)SC型氣槽式冷渣機(jī)的測(cè)試結(jié)果，冷卻的爐底渣量平均為1.68 t/h，由800°C冷卻至62 °C，爐底渣應(yīng)釋放的熱量為Qz=287673 Kcal/h?？諝獗患訜岷蟮牡臏囟葹?38 °C，消耗的空氣量為3800 4500 m3/h，取平均

15、值為4150 m3/h 。那么，空氣帶走的熱量為Qk = 139900 Kcal/h5）,6)。水應(yīng)帶走的熱量為Qs = js (Qz - Qk )= 0.95(28763 139900) = 147773 Kcal/h。由于水量沒(méi)有計(jì)量，無(wú)法對(duì)水側(cè)進(jìn)行核算，但水溫升高了10 °C左右。椐此可推算出冷卻量約為14.8t/h，根椐我們的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，這與實(shí)際情況基本相符。 表1 韶鋼熱電廠爐底渣篩分分析2） 表2 幾種冷渣機(jī)傳熱系數(shù)比較表3）4）序號(hào)顆粒范圍(mm)重量分額(%)12345d < 22 < d < 55 < d < 1010 < d &l

16、t; 22d > 22序號(hào)冷渣機(jī)名稱(chēng)傳熱系數(shù)(kcal / m2h )12345單管式多管式螺旋式滾筒式流化床式<10<20<10<2050200其次，要確保冷卻后的爐底渣溫度在安全溫度以下。根椐勞動(dòng)法的規(guī)定，為了保護(hù)人身和運(yùn)輸設(shè)備的安全，人身可直接接觸的溫度是60。若人身不直接接觸，可達(dá)80 。被冷卻后的渣若用埋刮板機(jī)或斗式輸送機(jī)送出鍋爐房，它們可承受的溫度一般是120150°C，由此可以確定冷卻后的渣溫定為兩個(gè)擋次：即80°C和150°C。 我們雙方在簽訂技術(shù)協(xié)議時(shí)，由于受到原先使用螺旋式冷渣機(jī)冷卻溫度高于200影響，雖然氣槽式冷

17、渣機(jī)可降到150以下，我們?nèi)园?#163;200的在求簽訂協(xié)議。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，只有5667，我們雙方都十分滿意。第三，冷渣機(jī)的熱效率和冷卻效率評(píng)價(jià)。若進(jìn)出冷渣機(jī)前后的爐底渣擁有的熱量為Qz¢ 和Qz²，空氣和水從爐底渣中帶走的熱量為 Qk 和 Qs ，按照熱平衡，爐底渣所擁有的熱量Qz，必須被冷卻工質(zhì)帶走，即： Qz = Qz¢ - Qz² = jL( Qk + Qs ) 冷渣機(jī)的熱效率hr和冷卻效率hl分別表示如下： Qk + Qs hr = （6） Qz¢ Qz¢ - Qz² hl = （7） Qz¢由此可計(jì)算

18、出SC型冷渣機(jī)在目前運(yùn)行條件下的熱效率和冷卻效率：hr = 9295 %，hl = 93.8 %。足見(jiàn)它的熱效率與冷卻效率是很高的。值得一提的是冷卻介質(zhì)的選擇和應(yīng)用，對(duì)于能否有效的利用灰渣余熱，能否與流化床鍋爐的燃燒工況有機(jī)地結(jié)合，促進(jìn)燃燒，提高燃燒效率，確保床層安全、穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也很重要。同時(shí)，它還影響冷渣機(jī)本身的動(dòng)力消耗。SC型氣槽式冷渣機(jī)利用空氣作工作介質(zhì)，加熱后送入爐膛，改善燃燒；冷卻介質(zhì)水是用化學(xué)水，加熱后送入除氧器，提高鍋爐效率。通過(guò)第一臺(tái)氣槽式冷渣機(jī)的應(yīng)用，說(shuō)明SC型氣槽式冷渣機(jī)還有很大的冷卻余量未被利用，我們準(zhǔn)備將其它兩臺(tái)螺旋式冷渣機(jī)全部拆除，重新布置，用兩臺(tái)氣槽式冷渣機(jī)替代原三臺(tái)螺旋式冷渣機(jī)，將加熱后的熱空氣作送入爐膛作二次風(fēng)使用。預(yù)計(jì)這一工作將在今年5月分可以完成。我們將在140 t/h 流化床鍋爐全部采用SC型氣槽式冷渣機(jī)正式投產(chǎn)后，組織專(zhuān)業(yè)測(cè)試隊(duì)伍進(jìn)行正規(guī)測(cè)試，以得出詳細(xì)而正確結(jié)論，便于進(jìn)一步改進(jìn)和利于推廣應(yīng)用。7、結(jié)論：SC型氣槽式冷渣機(jī)滿足了韶鋼熱電廠140 t/h 流化床鍋爐排放爐底渣的要求，它不但具有流化床傳熱系數(shù)高、冷卻效果好的優(yōu)點(diǎn)。而且，它能有效地利用灰渣余熱，與流化床鍋爐的燃燒與傳熱工況有機(jī)地結(jié)合，促進(jìn)燃燒，提高燃燒效率。特別是SC型氣槽式冷渣機(jī)沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)另部件，運(yùn)行中無(wú)機(jī)械故障，沒(méi)有其它機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)式冷渣機(jī)存在的檢修頻繁、維護(hù)費(fèi)