循環(huán)流化床鍋爐選擇性排渣冷卻系統(tǒng)研究_圖文

1、重慶大學博士學位論文循環(huán)流化床鍋爐選擇性排渣冷卻系統(tǒng)研究姓名：曾兵申請學位級別：博士專業(yè)：動力工程及工程熱物理指導教師：盧嘯風20120603中文摘要摘要大型鍋爐技術的發(fā)展十分迅猛，技術已較為成熟，且已成為我國劣質燃料高效清潔利用的主要途徑。然而在大容量化、高參數(shù)化的發(fā)展和應用過程中仍然存在一些問題，其中以底渣系統(tǒng)故障、底渣熱量回收利用問題和爐內受熱面磨損問題最為突出，嚴重制約了我國鍋爐的可用率和運行可靠性。出現(xiàn)這些問題的本質是我國鍋爐在大量燃用劣質燃料后爐內床料粒度分布大大偏離了設計值，影響鍋爐的正常運行。而調節(jié)爐內床料粒度分布最有效、最直接、最靈活的方式恰為通過選擇性排渣來實現(xiàn)。因此，在研

2、究鍋爐床料粒度分布的形成機理及其調節(jié)優(yōu)化方法的基礎上，研發(fā)新一代的冷渣器和排渣裝置，以及探討底渣熱量回收系統(tǒng)的經(jīng)濟性、冷卻能力和回收效率等問題，有非常重要的意義。為此，本文首先從理論上探討了鍋爐爐內床料粒度分布的形成機理及其調節(jié)方法，并研究了鍋爐底渣熱量回收利用的冷卻能力、經(jīng)濟性等相關問題。其次針對現(xiàn)有底渣系統(tǒng)存在的問題提出了對寬篩分底渣進行分選并按粒徑分級冷卻的思路，開發(fā)出了帶顆粒粒徑分選思想的流化床冷渣器系列專利及與之配套的相關專利技術。然后分別對所提出的專利技術“排渣分選裝置”和“復合式冷渣裝置”進行了可行性研究。最后對復合式冷渣裝置進行了半工業(yè)的冷態(tài)試驗和工業(yè)應用研究。本文的主要研究內

3、容及創(chuàng)新點是：通過建模研究了選擇性排渣和排循環(huán)灰對爐內床料粒度分布的調節(jié)作用探討了鍋爐爐內床料粒度分布的形成機理及其發(fā)生變化后產生的影響，并通過分析總結得出采用選擇性排渣是調節(jié)爐內床料粒度分布最佳的方法。之后通過建立的物料平衡一維靜態(tài)模型分別對不回收、回收底渣細顆粒和排放循環(huán)灰三種工況進行了計算，計算結果表明，選擇性排渣和排放循環(huán)灰對爐內床料粒度分布的調節(jié)作用恰好相反，選擇性排渣可以使得爐內床料粒度變細，而排放循環(huán)灰將使爐內床料粒度變粗。首次系統(tǒng)地研究了底渣熱量回收時的能力限制、對機組經(jīng)濟性的影響等問題建立了分別采用純水冷式“滾筒冷渣器”和風水聯(lián)合冷卻式“流化床冷渣器”兩種不同底渣冷卻方式回收

4、底渣物理熱時對機組熱經(jīng)濟性的影響模型。選取了三種具有代表性的不同容量等級的鍋爐凝汽式發(fā)電機組（、）作為研究對象，在定功率條件下采用熱平衡法計算得出了不種底渣熱量回收方式時的機組熱經(jīng)濟性指標，并對結果進行了對比分析。此外，詳細探討了不同熱量回收方式的底渣余熱回收效率問題、不同冷卻介質的冷卻能力問題及適宜的風水冷比例問題等，并給出了相關意見建議。重慶大學博士學位論文首次提出了一種在順利排放底渣同時能實現(xiàn)底渣粗細分選的排渣分選裝置針對具有自主知識產權的“一種排渣分選裝置”進行了冷模試驗研究，驗證了技術可行性，并對該裝置內的氣固流動特性尤其是排渣分選特性進行了試驗研究，得到了流化風速、分選隔墻高度、初

5、始床料粒徑分布等因素對分選效果的影響，以及顆粒分選效果較好時分選室與主床間的風速匹配關系。首次提出了對寬篩分底渣進行分選并按粒徑分級冷卻的新思路根據(jù)對寬篩分底渣按粒徑分級冷卻的思路，開發(fā)出了帶顆粒粒徑分選思想的流化床冷渣器系列專利，包括“復合式冷渣裝置”、“雙分選式流化床冷渣器”、“雙噴動床流化床冷渣器及與之配套的回風系統(tǒng)”等，同時開發(fā)了多種與之配套的專利技術，均獲得了我國國家發(fā)明或實用新型專利授權。針對復合式流化床冷渣器的研發(fā)，首先通過小型試驗臺的冷模試驗和數(shù)值模擬研究驗證了結構設計和技術的可行性；然后在一半工業(yè)試驗臺上針對復合式流化床冷渣器的分選特性和回灰特性進行了冷態(tài)試驗研究；最后在試驗

6、研究的基礎上設計了出力分別為和的復合式流化床冷渣器，并先后在攀枝花某鍋爐機組和安徽某鍋爐機組上進行工業(yè)示范驗證和應用研究。工業(yè)應用結果表明復合式流化床冷渣器粗細顆粒分選分離效果明顯、底渣顆粒粒度適應性和流動性較好、冷卻能力較強，各項參數(shù)能夠達到設計要求。復合式流化床冷渣器可作為未來大型鍋爐冷渣器的發(fā)展方向之一。關鍵詞：循環(huán)流化床，冷渣器，床料粒度分布，排渣分選，底渣熱量回收英文摘要（），（），（）（），：，（，）重慶大學博士學位論文，），（，“”，“”，：，符號說明英文字母彳彳，）而，辦辦符號說明收到基灰分密相區(qū)表面處的爐膛橫截面積爐膛上部橫截面積阿基米德數(shù)全廠標準煤耗率燃料量曳力系數(shù)系數(shù)直徑

7、汽耗率切割粒徑，中位粒徑蒸汽流量汽耗量鍋爐額定蒸發(fā)量排渣速率磨損速率揚析夾帶率揚析率，回灰速率顆粒夾帶流量虛擬質量力升力考慮顆粒粒徑和流化速度的修正因子重力加速度分選速率計算高度，初始料層高度抽汽焓值形拐點高度特征高度高度，分選隔墻高度爐膛高度高壓加熱器（善麓叫伽圳伽的一叫重慶大學博士學位論文希臘字母比例系數(shù)，揚析夾帶常數(shù)，修正系數(shù)灰特性系數(shù)低壓加熱器分離器入口顆粒流量相間質量交換常數(shù)冷卻倉流化數(shù)布風板風帽數(shù)量分選倉流化數(shù)壓力功率汽輪機額定功率汽輪機熱耗率全廠熱耗率低位發(fā)熱量風機出口流量渣量熱耗摩爾比雷諾數(shù)收到基硫份溫度，時間煙氣速度，主床操作風速平均速度速度，分選室操作風速相速度矢量體積功率

8、質量流量質量分數(shù)分選切割粒徑密度堆積密度混合密度（、（，州“呂七凹甜礦礦珊符號說明真實密度動力粘度空隙率，體積份額效率，分選效率鍋爐效率鍋爐基準效率汽輪機絕對電效率發(fā)電效率機械效率水渣比衰減指數(shù)凝汽系數(shù)疏水系數(shù)門桿漏汽率汽封漏汽率抽汽系數(shù)軸封漏汽率球形度臨界粒徑上端差，質量份額份額，差值，下端差差值風渣比單衰減系數(shù)模型中的顆粒濃度衰減系數(shù)水冷比例無量綱速比應變張量初始狀態(tài)風，空氣收到基灰氣泡，鍋爐，主床氣泡給灰冷渣器特征，臨界，冷卻倉。確重慶大學博士學位論文上標全循環(huán)灰復合式流化床冷渣器疏水密相區(qū)除氧器排渣乳化相飛灰給水泵給水流化床冷渣器氣相計算高度處小汽輪機第級高壓加熱器檔，任意數(shù)進第級低壓

9、加熱器最大臨界流化出顆粒相回收，返回滾筒冷渣器分離，分選，分選室，分選倉，固相二次風機械傳動水，冷卻水無窮遠處指數(shù)常數(shù)給水泵標準“爪麒僦砌緒論緒論我國能源現(xiàn)狀能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質基礎，亦是當今國際社會共同關注的焦點。能源的開發(fā)和利用極大地推進了人類社會和世界經(jīng)濟的發(fā)展，但隨著人類使用能源不斷增多，能源對人類經(jīng)濟社會發(fā)展的制約和對環(huán)境的影響亦越來越明顯。特別是化石能源開發(fā)利用過程中所造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞等問題日亦突出，能源排放引起的全球氣候變化對人類的生存和經(jīng)濟發(fā)展方式提出了挑戰(zhàn)【。我國是世界上發(fā)展最快的、最大的發(fā)展中國家，進入二十一世紀以來，隨著經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展和科技創(chuàng)新的

10、日新月異，能源得到了更加廣泛的使用，一次能源消費總量不斷達到新高，年已達到（，百萬噸油當量）或億（，噸標準煤當量），如圖所示。目前我國已成為世界上第一位能源生產國和第一位能源消費副。零半抽差年份圖世紀以來我國能源消費及其增長情況我國能源資源具有總量比較豐富、人均能源資源擁有量較低、分布不均衡、開發(fā)難度較大、供需矛盾尖銳、結構不合理、利用效率低等特點。其中煤炭資源比較豐富，年中國已探明的煤炭可采儲量占世界探明可采儲量的，僅次于美國的和俄羅斯的雖然我國是全球最大的煤炭生產國和消費國，但是煤炭的供應仍較緊張，煤種多樣，低熱值、高硫和低揮發(fā)分煤種比例大，按現(xiàn)有的生產能力計算，億噸的探明儲量僅可維持年左

11、右的生產。長期以來，煤炭在我國一次能源生產和消費構成中占左右（如圖所示），而發(fā)達國家平均水平僅在左右，。以煤炭為主的能源結構在未來很長一段時間內都難以柏如”抽”¨重慶大學博士學位論文改變，仍是我國的基本國情。與此同時，煤炭大量開采利用過程中存在一系列問題，如隨著平均開采深度的不斷增加，開采成本上升；資源回收率低、煤矸石堆積如山（每生產億噸煤炭，排放煤矸石萬噸）；安全事故多發(fā)；煤炭運輸問題；對地下水系和地表生態(tài)破壞大、環(huán)境問題突出。并且其相對粗獷的利用方式，、。、煙塵以及粉塵排放量不斷攀升，對生態(tài)環(huán)境造成了較大污染和破壞。煤炭的開發(fā)利用已成為我國環(huán)境污染物排放的主要來源之一。因此，發(fā)展

12、潔凈煤技術走煤炭清潔高效利用之路是我國能源發(fā)展的戰(zhàn)略選擇【。鼉再生像源按靛天然氣一水力發(fā)電罄原油一攥年份圖我國一次能源消費結構所謂潔凈煤技術，就是指在煤炭利用過程中能有效減少污染排放并提高利用效率的各種新技術，主要包括：煤炭洗選、型煤、水煤漿、煤炭氣化液化、超（超）臨界發(fā)電、循環(huán)流化床（）燃燒、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)、增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)、工業(yè)鍋爐高效燃燒、低燃燒等【。隨著循環(huán)流化床鍋爐向大型化、高參數(shù)化方向發(fā)展，鍋爐技術現(xiàn)己基本成熟，制造、運行成本也較低，在保證高效燃燒的同時能顯著減少污染物排放，不需要附加設備即可滿足嚴格的環(huán)保要求，已成為當今世界上商業(yè)化程度最高的潔凈煤燃燒技術之一，也被認為

13、是我國現(xiàn)階段最切實可行的潔凈煤燃燒技術【剛。尤其是在國家政策大力支持燃用熱值低、灰份高的劣質燃料以彌補能源供應緊張的情況下，循環(huán)流化床燃燒技術更是我國劣質燃料高效清潔利用的主要途徑】。我國在“十一五”規(guī)劃中已明確指出，將開發(fā)超臨界鍋爐作為潔凈煤技術開發(fā)的重點課題。循環(huán)流化床技術的發(fā)展概況及存在的主要問題循環(huán)流化床技術的優(yōu)點作為近三十年發(fā)展起來的一種新型潔凈煤燃燒技術，技術得到了迅猛發(fā)緒論展，設計、制造水平不斷提高，設備可用率方面已經(jīng)與常規(guī)煤粉鍋爐相當，其工程應用也已經(jīng)由小型鍋爐發(fā)展到的電站級大型鍋爐，并在向更大容量和超臨界參數(shù)方向發(fā)展（世界上首臺超臨界鍋爐正在四川省內江白馬開工建設），。燃燒技

14、術具有許多其它燃燒方式所無法比擬的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在【】：燃料適應性廣。鍋爐既可以燃用煙煤、貧煤和褐煤，也可以燃用采用固定和懸浮燃燒方式難以正常燃燒的低熱值（灰分大于）低揮發(fā)性劣質無煙煤、石煤、煤矸石、泥煤、油頁巖、石油焦、污泥、生活垃圾以及各種農林廢棄物等劣質燃料或廢棄物。燃燒效率高。在燃用高熱值燃料、運行情況良好時，鍋爐的燃燒效率可達，與煤粉鍋爐的燃燒效率相當，且爐膛截面熱強度和容積熱負荷高。可實現(xiàn)爐內高效脫硫。鍋爐的運行床溫通常為，脫硫的反應效率在此溫度范圍內恰好最高。引型的鍋爐的鈣硫摩爾比（）為時脫硫效率可達左右，且國內其它同等容量級的機組也基本能達到這一水準。目前通常認為小于時，脫硫效

15、率可達以上。排放低。由于鍋爐為低溫和分級燃燒，對降低的排放非常有利。通常鍋爐的排放濃度可控制在以內，如果床溫不均勻或者燃料含氮量較高，則有可能達到左右。負荷調節(jié)范圍大、調峰性能好。由于鍋爐的外循環(huán)灰量可調，因此具有非常好的負荷調節(jié)和低負荷運行性能（最低穩(wěn)燃負荷可達額定負荷的，負荷變化速率可達每分鐘），能適應調峰機組的要求。燃料制備及給煤系統(tǒng)簡單。鍋爐的入爐燃料是寬篩分物料，在以下即可，只需簡單的干燥、破碎和篩分裝置。而且爐內具有較好的物料顆?；旌咸匦?，可以相應減少給煤點，從而簡化給煤系統(tǒng)?；以C合利用率高。低溫燃燒所產生的灰渣具有較好的活性，且灰渣含碳量較低，可用于水泥或其它建筑材料的原料，易

16、于實現(xiàn)灰渣的綜合利用。國外循環(huán)流化床鍋爐技術發(fā)展現(xiàn)狀近二三十年來，鍋爐技術在國外得到了快速發(fā)展，在西方國家現(xiàn)有家公司生產流化床鍋爐，其中有家生產鍋爐。圖所示為國外電站級鍋爐爐型及容量發(fā)展的概況，國外至今已有臺以上容量大于的鍋爐投入了商業(yè)運行。目前，鍋爐的檢驗規(guī)程和安全規(guī)程已列入美國標準，這是技術成熟的一個重要標志【】。據(jù)英國貿工部估計，到年，世界上以燃煤為主的鍋爐容量將達，其中中國為，北美，印度，日本。重慶大學博位論文投運時間年）圖國外大型鍋爐的發(fā)展歷程【】經(jīng)過多年以來的發(fā)展和整合，不同流派的鍋爐技術逐漸相：互融合、相互滲透，加速了鍋爐的發(fā)展，國外鍋爐技術已較為成熟。目前國外鍋爐的生產主要集中

17、在法國公司和美國公司。國外鍋爐數(shù)量較多的代表性爐型如下【孓”：型德國公司是世界上最早從事燃燒技術研發(fā)工作的公司之一，型鍋爐的主要結構特點是布置有外置式流化床換熱器（）將燃燒與傳熱分丌，及采用高循環(huán)倍率、高溫絕熱旋風分離器。具有負荷調節(jié)和床溫控制靈活性大、燃料適應性好等特點。目前該爐型投入運行的最大容量鍋爐是安裝在我國四川省內江白馬示范電站的機組（如圖所示），該機組已于年月成功投入運行。此外，公司現(xiàn)已完成該爐型超臨界鍋爐方案設計。圖白馬鍋爐（型）（）圖型鍋爐緒論型由原芬蘭公司生產的型鍋爐是國外運行臺數(shù)最多的種鍋爐?，F(xiàn)該爐型已為公司所有。該爐型的特點是：采用較高的循環(huán)倍率和高溫旋胍分離器，爐內設置

18、翼墻式受熱面和“”型過熱器，但彳設外置式流化床換熱器。具有系統(tǒng)簡單、結構緊湊等優(yōu)點。圖為公司的，誣鍋爐。波蘭電廠先后有臺的該爐型鍋爐成功投運，證明了不采用外置式流化床換熱器的機組容量也可以達到以上。型美圈公司是一家具有較長鍋爐開發(fā)和生產史的著名制造商，擁有諸如帶方形分離器的緊湊型鍋爐設計、循環(huán)狄熱交換器、汽水冷高溫旋風分離器等孥利。公司在固際上鍋爐的業(yè)績和大型化高參數(shù)化進展最為突出，發(fā)展趨勢如圖所示。公司有兩代產品，一代的結構特點是：采用熱交換器和汽冷式高溫旋風分離器，通過流化風實現(xiàn)循環(huán)灰量的有效控制，熱交換器內只布黃過熱器受熱面，尾部采用平行雙煙道結構，保證低負荷時的再熱氣溫。其具有代表性的

19、鍋爐為年在美國電力公司的電站投運的鍋爐。二代則采用帶有方形分離器的緊湊型結構設計，以年在電站投運的亞臨界鍋爐和年在波蘭投運的世界上容量最大的超臨界鍋爐（如圖所示）為代表。此外，年月，公司與俄羅斯電力機械建設公司達成協(xié)議，將為電一提供世界上第二臺型超臨界鍋爐（燃用無煙煤，直流鍋爐，也是俄羅斯首臺鍋爐），計劃于年月投運【圳。目前，由公司所提供的在世界各地正在投運的鍋爐已超過臺。簀器；器獸；翟器鈾砌圖公司鍋爐的人）趔化歷程圖超臨界鍋爐與此同時，公司也獲得了法國電力公司級超臨界鍋爐的制造合同，并已完成了方案的深度設計。另外，由公司、芬蘭國家技術研究中愛慶人。學博十學節(jié)論文心、西班牙電力公司和公司、德國

20、西門予公司及希臘研究技術中心共同合作研究的超超臨界緊湊型鍋爐（，。）項目正在進行，所提出的超超臨界鍋爐概念設計如圖所示。年，公司孑韓困南方電力公司簽訂供貨合同，于年月在韓國開工建設臺超臨界鍋爐機組，計劃二年月投運【，該鍋爐燃用煤和生物質，如圖所示，主要參數(shù)見表。圖研制中的超超臨界鍋爐幽韓國三涉超臨界鍋爐，表韓國三涉超臨界鍋爐主要參數(shù)，功率凈熱效主蒸汽再熱蒸汽參數(shù)給水溫爐膛尺，一（）項目（）率（）流量（）壓力（）溫度（）度（）長度深度高除上述三種代表性的主流爐型外，還有德國和公司的型、美國公司的內循環(huán)型、英國公司開發(fā)的型等中小容量的爐型。國外從事鍋爐研制開發(fā)和牛產的廠商還有：美國公司、公司和百威

21、公司、日本三菱公司、英國公司等【。國內循環(huán)流化床鍋爐技術發(fā)展現(xiàn)狀幽內鍋爐技術起步相對較晚，但發(fā)腱很快。隨著我國電力短缺、煤質變差等市場變化對大型鍋爐的需要，我國鍋爐的發(fā)展走上了引進、消化、吸收和自主研發(fā)相結合的道路。上海鍋爐廠和哈爾濱鍋爐廠分別引進了原美國公司和德國公司鍋爐技術，東方鍋爐廠則在引進美國公司鍋爐技術的基礎上發(fā)展了鍋爐。尤其是國內三大鍋爐廠和中國電力工程顧問集團公司下轄的六大設計院聯(lián)合緒論引進法國公刁的鍋爐設備和相關設計與韋造技術【，并在四川省內江市白馬鎮(zhèn)實現(xiàn)了示范，極大的推進了我國大型鍋爐的發(fā)展。與此同時，在消化吸收引進技術的基礎上，我國自主研發(fā)的鍋爐在部分核心技術卜取得了突破，

22、推出了一系列具有自主知識產權的鍋爐，并且已出口土耳其、越南、印度、南非等國家，尤其是清華大學技術出口日本【，】。自年首臺鍋爐成功投運以來，在短短的余年間，我日鍋爐技術已完成了從高壓、超高壓、亞臨界到超臨界的跨越式發(fā)展。目前我國鍋爐已經(jīng)進入了完全自主研發(fā)階段，包括亞臨界機組、和超臨界機組。國內真正意義上的鍋爐的發(fā)展歷程如圖所示。截止年底，我國已投運的鍋爐超過臺，總容量達，占煤電裝機容量的。已成為世界上鍋爐臺數(shù)最多、總蒸發(fā)量最大的國家，總運行臺數(shù)已超過世界其它地區(qū)或國家的鍋爐總和【卜。圖國內鍋爐發(fā)展歷程圖哈鍋自主型鍋爐近年來，我國人型鍋爐尤其是臨界鍋爐得到了蓬勃發(fā)展卜乩”。除引進技術外，哈爾濱鍋爐

23、廠、上海鍋爐廠和東方鍋爐一都開發(fā)了自己的鍋爐（分別如圖所示），并取得了不錯的業(yè)績，此外也提出了各自的和超臨界鍋爐方案設計。據(jù)年月統(tǒng)計，我國已建成投產的引進型鍋爐有臺（白馬臺、小龍?zhí)杜_、紅河臺、巡檢司臺、平朔臺、蒙西臺、秦皇島臺、淮北臺、調兵山臺），東鍋、上鍋和哈鍋自主型臺（寶麗華臺、東陽光臺、龍巖臺、徐礦臺、酸刺溝臺、云浮臺、坪石臺、郭家灣臺、米東臺、分宜臺）。投運的鍋爐機組加上正在或將要實施的合同已達臺之多。特別的是，在白馬示范電站開工建設的具有自主知。叭產權的超臨界鍋爐（如圖所示），計劃于年投運，屆時將超過波蘭重慶人！學博。學逗論文超臨界鍋爐成為世界第一。一一“？瑚葛！尋、三至立垮阱一，固

24、，癌釜一苑二。一一一玨一。；孫苛鼻幽。乃賽馥陡生。丑：。導鼉嶝鷲商一、哥“，乒圖上鍋自主型鍋爐圖東鍋門主型鍋爐圖爾鍋自主型超臨界鍋爐國內除三大鍋爐廠外，致力于流化床鍋爐研發(fā)和生產制造的單位或企業(yè)還有：清華大學、浙江大學、中科院工程熱物理研究所、東南大學、西安交通大學、重慶大學、西安熱工研究所有限公司、北京巴威鍋爐廠、濟南鍋爐廠、杭州鍋爐廠、南通鍋爐廠、四川鍋爐廠、無錫華光鍋爐股份有限公司、武漢鍋爐廠等。循環(huán)流化床鍋爐技術存在的主要問題國內外鍋爐技術發(fā)展迅速且已經(jīng)較為成熟，但在大型化發(fā)展的過程中依然存在著一些問題，與煤粉爐相比也還存在一定的差距。例如：受熱面布置與蒸發(fā)量匹配問題、放大后各部分的物

25、料平衡和熱平衡問題、分離器放大與分離效率降低的問題、更大的床層截面與爐內物料均勻流化問題、二二次風穿透問題、冷渣緒論器的處理能力和可靠性問題、蒸汽參數(shù)增加后汽水系統(tǒng)的水動力學問題、機組容量增大后的運行操作問題，深度脫硫脫硝問題，能源和灰渣的綜合利用問題，廠用電率偏高問題和鍋爐可用率問題等【】。其中，國內的大容量鍋爐存在的最大的問題是可用率和運行可靠性問題。國外先進鍋爐的可用率己達以上，最高可達，與煤粉爐基本相同。而國內大容量鍋爐的平均可用率通常為左右，少數(shù)甚至低于，這與國內煤粉爐的平均可用率（左右）相差甚遠【】。據(jù)統(tǒng)計，年國內鍋爐機組的最長連續(xù)運行天數(shù)僅為天，不僅低于同級別的煤粉爐，也遠低于等

26、級鍋爐。研究結果表明，底渣處理系統(tǒng)運行故障和受熱面磨損問題是造成鍋爐機組可用率低的兩個主要因素，】。含一定灰份的燃料和脫硫劑在鍋爐爐內燃燒和脫硫后形成灰渣，除補充鍋爐循環(huán)物料外，其余一半左右成為鍋爐底渣，底渣排放量相比于煤粉爐大得多。由于我國鍋爐大多用于燃燒劣質燃料，煤質較差、灰份較高，鍋爐底渣量大幅上升且粒徑變粗，冷渣器的處理能力不足，導致冷渣器堵塞、結焦、排渣困難、排渣溫度過高等，影響鍋爐正常運行甚至被迫停爐，大大降低了鍋爐可用率，。據(jù)統(tǒng)計，由于冷渣器運行故障導致的停爐事故占總停爐事故的以上。鍋爐爐內顆粒濃度較高、流速較快，裸露的水冷壁爐墻和屏式受熱面受到大量顆粒的沖刷，易產生磨損，其中又

27、以過渡區(qū)和邊壁區(qū)最為嚴重。一般來說，鍋爐要求入爐煤的平均粒徑在枷左右，且爐內存在一個理想的顆粒濃度分布，使得爐內溫度分布均勻且受熱面磨損最輕【。國外鍋爐技術是從燃用低灰分煤和較軟的褐煤發(fā)展而來，可以保證入爐煤粒徑分布在合理的范圍之內。而我國入爐煤煤質普遍較差，當鍋爐大量燃用劣質燃料時，尤其燃用煤矸石時，難以保證入爐煤的粒徑分布，爐內的顆粒濃度分布大大偏離理想值（爐內顆粒粒徑偏粗），受熱面磨損加劇。再加上施工工藝問題及局部結構的影響，使得受熱面磨損嚴重最終爆管而導致停爐事故。因此，在燃煤情況無法改變的情況下，要從根本上解決或減輕爐內受熱面磨損，就必須了解爐內床料顆粒粒度分布的形成機理，并采取合適

28、有效的調節(jié)手段使之始終維持在理想值附近。循環(huán)流化床鍋爐底渣處理系統(tǒng)底渣處理系統(tǒng)為了控制鍋爐爐膛床壓、防止大渣顆粒沉積，保持爐內床料良好的流化條件以避免結焦，就必須適時地放渣。從爐膛排出的高溫灰渣會帶走大量的物理熱，對灰分大于的中低熱值燃料，如果灰渣不經(jīng)冷卻，灰渣物理熱損失可達以上，大大降低了鍋爐效率。另外，熾熱灰渣的處理和運輸不利于機械化操作，重慶大學博士學位論文一般的灰渣處理機械可承受溫度上限大多在之間，故應采用適當?shù)幕以鋮s裝置對灰渣進行冷卻。此外，鍋爐底渣中的細顆粒床料，對調節(jié)爐內的顆粒粒徑分布、熱量傳遞、改善床料質量和受熱面磨損極為有利，為了進一步提高鍋爐的燃燒和脫硫效率，非常有必要將

29、這部分細顆?；厥詹⒎邓突貭t膛¨。因此，鍋爐需要設置完備的底渣處理系統(tǒng)。作為鍋爐非常重要的輔助系統(tǒng)，底渣處理系統(tǒng)主要包括鍋爐排渣裝置、灰渣冷卻裝置（冷渣器）及其冷卻系統(tǒng)和輸送裝置等。在底渣處理系統(tǒng)中，鍋爐底渣經(jīng)排渣裝置排入冷渣器，經(jīng)冷渣器冷卻排出后，一般通過兩級刮板輸送機送往渣庫。有些電廠也采用刮板輸送機和斗式提升機的組合方式將灰渣送往渣庫（或者氣力輸送系統(tǒng)，應用較少）。渣庫下部通常設有螺旋排渣機等出渣設備，可將渣淋水后裝運渣車或通過干式卸料系統(tǒng)裝密罐車送往渣場或者進行綜合利用峭。在整個底渣處理系統(tǒng)中，最為關鍵的設備是冷渣器。冷渣器是排放和冷卻鍋爐高溫底渣的裝置，是鍋爐的重要輔機，其正

30、常運行與否直接影響到鍋爐的連續(xù)、安全、經(jīng)濟運行。冷渣器的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面，】：實現(xiàn)對鍋爐底渣排放的連續(xù)、均勻和可控，維持爐內床存量并改善床料質量。一方面通過排出爐內的大顆粒底渣以改善流化質量，另一方面若能實現(xiàn)對底渣中細顆粒的分選并送回爐膛，即實現(xiàn)選擇性排渣調節(jié)床料質量，將有利于提高燃燒、脫硫效率。回收底渣物理熱，提高鍋爐熱效率和機組經(jīng)濟性。若采用流化床式冷渣器，可降低底渣含碳量，進一步提高鍋爐效率。將高溫底渣冷卻至灰渣處理機械可承受的安全溫度（），便于底渣輸送系統(tǒng)的正常工作。固態(tài)排渣，保持灰渣活性，便于綜合利用。盡量減少高溫灰渣的熱污染，改善現(xiàn)場環(huán)境和勞動條件，消除安全隱患，實現(xiàn)安全

31、文明生產。由于從鍋爐排出的底渣是一種寬篩分且粒度相對較粗（平均粒徑在左右）、溫度高（左右）的顆粒，尤其在燃用高灰分低熱值燃料時排量很大，造成在底渣處理時較難操作和控制。對于大容量（或者大渣量）鍋爐底渣的排放控制、流化輸送和冷卻，至今國內外都還沒有特別好的解決辦法，再加上電廠運行情況的復雜多變，現(xiàn)已成為公認的技術難題。因此，有必要深入研究底渣處理系統(tǒng)尤其是冷渣器相關問題并尋求較好的解決方案。冷渣器的主要類型及存在的問題綜合現(xiàn)有鍋爐的底渣處理系統(tǒng)，有多種設計布置方案，主要的區(qū)別在于冷渣器以及冷渣器工作原理的不同所帶來的冷卻介質和冷卻系統(tǒng)的不同、配用的緒論鍋爐排渣裝置不同，最終對整個鍋爐機組（如鍋爐

32、燃燒、汽機回熱系統(tǒng)、機組經(jīng)濟性等）的影響也就各不相同。國內外大型鍋爐配用的冷渣器有：水冷螺旋冷渣器【，、高強鋼帶式冷渣器【、滾筒冷渣器【，、和流化床式冷渣器，等。根據(jù)冷卻介質的不同，冷渣器可以分為風冷式、水冷式和風水聯(lián)合冷卻式。高強鋼帶式冷渣器和單床式流化床冷渣器是風冷式冷渣器的代表，滾筒冷渣器是水冷式冷渣器的代表，多床式流化床冷渣器則為風水聯(lián)合式冷渣器的典型代表。其中，國內外大型鍋爐中最為常用的是滾筒冷渣器和流化床式冷渣器。滾筒冷渣器滾筒冷渣器的工作原理是通過水冷滾筒的轉動來推動灰渣向出渣端移動，灰渣在隨水冷滾筒和葉片轉動向后移動時與換熱面進行熱交換而得到冷卻，滾筒由驅動電機帶動，冷卻介質主

33、要為水。滾筒冷渣器可分為水套式和水管式兩類。圖水套式滾筒冷渣器結構示意圖水套式滾筒冷渣器如圖所示。其特點是：滾筒采用兩個直徑不同的鋼筒套裝在一起，構成封閉的環(huán)形水腔（內外夾套內通冷卻水），內筒內壁焊有螺旋狀葉片，螺旋葉片既是換熱面又有推動灰渣沿滾筒軸線方向移動的作用。由于內外套筒結構不是承壓設計，強度較低。當套筒內冷卻水量較少使冷卻水過熱汽化時，套筒內壓力將急劇上升，易發(fā)生爆炸。據(jù)不完全統(tǒng)計，水套式滾筒冷渣器現(xiàn)己出現(xiàn)過多次爆炸事故，曾出現(xiàn)人以上的死亡事故。另外有一種冷渣量較小的蜂窩式滾筒冷渣器，由若干小渣管組成，灰渣在管內流動。水管式滾筒冷渣器是基于避免爆炸危險而形成的。其主要特點是用膜式壁結

34、構取代內外夾套結構，水在管內、渣在管外流動，可有效避免因冷卻水過熱汽化導致的爆炸事故，最多出現(xiàn)單根爆管現(xiàn)象。然而在結構上存在著兩個不易解決的矛盾問題，即結構強度與換熱效率之間的矛盾、水冷管壁厚和耐磨性能之間的矛重慶大學博士學位論文盾。就目前的運行情況看，其結構和加工工藝尚需進一步改進。滾筒冷渣器以其結構簡單、運行可靠及灰渣粒度適應性好等優(yōu)點在國內鍋爐冷渣器市場中占有較大份額。但從運行情況及結構特點看，仍存在以下不足：）由于有機械傳動就會有機械磨損，其動靜配合密封件更換頻繁且費用較高，難以保證鍋爐連續(xù)正常運行，且易出現(xiàn)漏水、漏渣情況，影響安全文明生產。）實際出力難以達到設計出力，在燃用低熱值高灰

35、分劣質煤種時更為明顯。）底渣細顆粒無法回收并返送回爐膛，在入爐煤長期偏粗時，易造成爐內床料平均粒徑的上升，使流化質量變差并加劇爐內受熱面的磨損。）難以用來冷卻細灰，如循環(huán)灰的流動性好、易飛揚，進入冷渣器后會迅速流動到出渣端，冷卻效果差且泄漏情況嚴重。）為避免冷卻水出口溫度過高而汽化，需要提高冷卻水量。當?shù)自枯^大時，所需冷卻水量將大幅提高，甚至機組所有的凝結水都不足于用來冷卻底渣。）由于自身結構和工作原理的限制，滾筒冷渣器只能采用壓力較低的凝結水作為冷卻介質，使得該類型冷渣器運行時會排擠汽輪機末級或多級低壓加熱器的抽汽，造成汽輪機冷源熱損失的增大，汽輪機效率隨之降低。尤其當鍋爐底渣量較大時，汽機效率將大幅降低，最終造成全廠熱經(jīng)濟性的降低。流化床式冷渣器流化床式冷渣器分為單床式和多床式，早期的鍋