劉柏謙-循環(huán)流化床鍋爐高溫灰渣物理顯熱

北京科技大學(xué)劉柏謙循環(huán)流化床鍋爐灰渣顯熱回收

的合理組織和花瓣滾筒冷渣器2011年3月30日海南·三亞目錄2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙1.序言：冷渣器是火力發(fā)電廠的一部分2.滾筒冷渣器傳熱的實(shí)驗(yàn)研究高溫顆粒與水冷金屬表面對(duì)流換熱的主要試驗(yàn)結(jié)果冷渣器設(shè)計(jì)的基本熱物理概念及其正確使用3.花瓣滾筒冷渣器的概念滾筒冷渣器如何在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)傳熱過程的優(yōu)化總結(jié)：熱量回收與裝置壽命的矛盾冷渣器是火力發(fā)電廠的一部分序言冷渣器是火電廠的一部分2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙冷渣器是鍋爐輔機(jī)，看成余熱回收裝置還是看成火電廠的一部分？冷渣器的水側(cè)聯(lián)結(jié)著熱力發(fā)電廠的回?zé)嵯到y(tǒng)，是鍋爐給水加熱的最初裝置。冷渣器的灰側(cè)連接的是鍋爐的“直腸”，直接挾制鍋爐的安全運(yùn)行。從發(fā)電機(jī)組還是從鍋爐本身都不能忽視冷渣器。2010年12月，已經(jīng)在貴陽匯報(bào)了流化床冷渣器的相關(guān)理論和技術(shù)觀點(diǎn)，此次三亞會(huì)議主要向業(yè)界匯報(bào)對(duì)滾筒冷渣器改進(jìn)傳熱效果的一些粗淺認(rèn)識(shí)。滾筒冷渣器已成為冷渣的首選技術(shù)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙冷渣方案絞龍式滾筒式單流化床+機(jī)械式流化床風(fēng)水聯(lián)合傳熱系數(shù)(W/m2K)<60<60渣量較小時(shí)：10~2070~250余熱回收率(%)30~5030~50渣量較大時(shí)：50~6040~68分選功能無無有有磨損重較輕中等重電耗小小較大大出力小小中等大滾筒冷渣器性能不是最優(yōu)，但可保運(yùn)行安全燃煤頻繁變化影響鍋爐(1)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙煤種頻繁變化是發(fā)電鍋爐不愿承受但不得不承受的技術(shù)和管理負(fù)擔(dān)。這些影響可能包括：

降低鍋爐性能

縮短鍋爐壽命

風(fēng)機(jī)被動(dòng)響應(yīng)

排渣量變化大 ……燃煤頻繁變化影響鍋爐(2)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙燃煤灰分變化將導(dǎo)致以下影響進(jìn)入冷渣器的灰渣總量發(fā)生變化：冷渣器排渣溫度隨之變化；進(jìn)入冷渣器的灰渣顆粒尺寸分布變化：對(duì)流化床冷渣器可能導(dǎo)致塌床造成鍋爐停機(jī)；對(duì)滾筒冷渣器可能導(dǎo)致顆粒空間排列變化，改變灰渣與冷渣器之間的換熱；進(jìn)入冷渣器的灰渣熱物性變化：密度、比熱、導(dǎo)熱率和配位數(shù)等。滾筒冷渣器傳熱的實(shí)驗(yàn)研究圓弧顆粒對(duì)流試驗(yàn)臺(tái)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體分三部分：灰渣進(jìn)口導(dǎo)流段、灰渣通道測(cè)量段、水通道測(cè)量段。灰渣通道測(cè)量段深50mm，寬100mm。水通道段深30mm，寬度方向?yàn)?00mm。完全覆蓋在灰渣通道段之外?；以肟趯?dǎo)流段高200mm，主要作用為對(duì)灰渣進(jìn)入速度方向進(jìn)行導(dǎo)向，寬度方向?yàn)?00mm。傾斜顆粒對(duì)流試驗(yàn)臺(tái)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙試驗(yàn)裝置：鋼板制。試驗(yàn)臺(tái)傾角45~60°角長(zhǎng)1000mm，寬100mm。試驗(yàn)臺(tái)共設(shè)置6個(gè)熱電偶，渣側(cè)4個(gè)，水側(cè)2個(gè)。整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)整體保溫，按照灰渣流量要求確定給灰速率。熱渣400℃，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄熱電偶數(shù)據(jù)。冷卻水流量采用稱重確定。試驗(yàn)條件2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙實(shí)驗(yàn)顆粒粒徑：原始款篩分粒徑、小顆粒組、中顆粒組和大顆粒組。共四個(gè)實(shí)驗(yàn)組。試驗(yàn)條件如下：

灰渣初始溫度400℃

渣量2.5Kg

水流量0.05Kg/s。高溫顆粒與水冷金屬表面對(duì)流換熱主要試驗(yàn)結(jié)果實(shí)測(cè)的灰渣溫度(直通道)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙實(shí)測(cè)的灰渣溫度(圓弧通道)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙實(shí)測(cè)的顆粒對(duì)流換熱系數(shù)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙顆粒和顆粒群的導(dǎo)熱能力2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙若顆粒與滾筒之間不出現(xiàn)對(duì)流換熱，僅依靠顆粒群與滾筒之間的導(dǎo)熱，其傳能力與發(fā)生顆粒與滾筒之間對(duì)流傳熱不在同一數(shù)量級(jí)上。流化床燃燒計(jì)算表明：床料顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)為0.28kcal/m℃,床內(nèi)乳化團(tuán)有效導(dǎo)熱系數(shù)為0.20kcal/m℃?？勺鳛閿?shù)量級(jí)對(duì)比?；以鋮s過程不是連續(xù)可微過程2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙傳熱系數(shù)還無法單獨(dú)反映灰渣冷卻過程，因?yàn)閭鳠釡夭钜餐瑫r(shí)成為動(dòng)態(tài)的不連續(xù)過程。從灰渣進(jìn)入冷渣器開始其傳熱效果是逐漸削弱的?？筛鶕?jù)物理過程大致分成幾個(gè)階段:第一階段是灰渣顆粒具有較強(qiáng)的輻射能力；第二階段是灰渣顆粒具有較高溫度但輻射傳熱已經(jīng)不顯著影響傳熱過程；第三階段是灰渣顆粒具有較大熱量，但顆粒表面與顆粒內(nèi)部存在較大溫度梯度；第四階段是顆粒表面與顆粒內(nèi)部溫度梯度逐漸縮小的階段。充分認(rèn)識(shí)這些基本的物理過程，對(duì)冷渣器工作過程進(jìn)行有效的熱效組織十分有利?；以跐L筒中上升和下落過程放熱能力不同?！@個(gè)認(rèn)識(shí)可能與滾筒內(nèi)灰渣冷卻過程組織有關(guān)冷渣器設(shè)計(jì)的基本熱物理概念

及其正確使用燃料尺寸和分布典型的入爐煤顆粒尺寸燃煤和灰渣顆粒尺寸變化2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙詳見《冷渣器選型手冊(cè)》(北京億川匯合科技公司編)灰渣比熱不是常數(shù)而是溫度的函數(shù)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙底渣份額既與煤種有關(guān)也與破碎機(jī)有關(guān)，更與爐內(nèi)工況有關(guān)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙煤種決定灰渣特性、灰渣量和成灰過程；破碎機(jī)決定灰渣顆粒尺寸分布和最大顆粒尺寸；爐內(nèi)條件決定灰渣顆粒尺寸是否出現(xiàn)偏析，對(duì)飛灰份額又重要影響。不同冷渣器對(duì)上述因素的響應(yīng)不同，但飛灰熱量基本與冷渣器不相干。詳見《冷渣器選型手冊(cè)》(北京億川匯合科技公司編)冷渣器中幾乎沒有純順流和純逆流2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙由于滾筒中灰渣上升與下降過程的傳熱效果有較大差別，與其他流體冷卻過程的連續(xù)升溫或連續(xù)降溫不同，很難將灰渣在滾筒內(nèi)的冷卻過程與氣氣換熱器、氣液換熱器和其他溫度連續(xù)變化的換熱器等同。因此：對(duì)數(shù)平均溫差使用時(shí)應(yīng)該謹(jǐn)記，對(duì)數(shù)平均溫差是用于純順流或純逆流過程。其他過程需要溫壓修正系數(shù)。對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算的校正(特定裝置)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙可能的最小設(shè)計(jì)誤差(特定裝置)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙滾筒冷渣器如何在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)傳熱過程的優(yōu)化分段組織滾筒內(nèi)的灰渣冷卻(1)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙既然灰渣冷卻過程可以分段，那么灰渣冷卻過程也應(yīng)該分段組織?；以鼫囟雀邥r(shí)，盡量布置輻射受熱面；灰渣溫度失去輻射優(yōu)勢(shì)后著重布置對(duì)流傳熱面積；灰渣溫度達(dá)到對(duì)流傳熱和顆粒內(nèi)導(dǎo)熱平衡條件以下時(shí)應(yīng)著重考慮冷渣器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征，適當(dāng)結(jié)束冷渣過程。分段組織滾筒內(nèi)的灰渣冷卻(2)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙灰渣在滾筒內(nèi)缺少對(duì)流傳熱：灰渣上升過程中與滾筒之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不構(gòu)成對(duì)流傳熱條件。灰渣下降過程中能夠發(fā)生對(duì)流傳熱，但由于沒有氣體沖刷，對(duì)流傳熱幾乎可以忽略。滾筒冷渣器內(nèi)灰渣以輻射和導(dǎo)熱為主。前者受灰渣溫度制約，后者受接觸壁溫制約；顆粒在滾筒中的對(duì)流傳熱成為強(qiáng)化冷渣器傳熱效果的關(guān)鍵。分段組織滾筒內(nèi)的灰渣冷卻(3)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙為加強(qiáng)中高溫灰渣顆粒與冷渣器之間的對(duì)流傳熱，需要造成顆粒與冷渣器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。具體措施是：花瓣內(nèi)筒和花瓣外筒，以及花瓣滾筒與圓筒組合而成的滾筒構(gòu)造?；ò陜?nèi)筒與圓柱外筒詳見《冷渣器選型手冊(cè)》(北京億川匯合科技公司編)分段組織滾筒內(nèi)的灰渣冷卻(4)內(nèi)外筒均為花瓣結(jié)構(gòu)花瓣外筒與圓柱內(nèi)筒組合2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙詳見《冷渣器選型手冊(cè)》(北京億川匯合科技公司編)在恰當(dāng)?shù)牡胤郊由戏滥ゴ胧?011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙花瓣內(nèi)筒上的顆粒運(yùn)動(dòng)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙花瓣內(nèi)筒上的顆粒運(yùn)動(dòng)2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙總結(jié)：熱量回收與裝置壽命的矛盾2011年3月30日北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉柏謙按照顆粒傳熱特性對(duì)滾筒進(jìn)行分段，有效利用了灰渣放熱與滾筒吸熱特性。顆粒對(duì)流和顆粒對(duì)