CN100455886C - 返回式气垫床冷渣机及其运行工艺 - Google Patents

Abstract

一种返回式气垫床冷渣机，有热空气出口的机壳内有气垫床和冷却受热面，气垫床布风装置由布风板、气垫沟壁、风室及进风口组成，布风板为其上开有锥形小孔的多孔板，布风板与气垫沟壁以及机壳两端所围成的区域组成狭长的气垫沟，气垫沟一端设有排渣口而另一端上方设有进渣口；运行工艺是：气垫沟的截面平均气流速度为3-6米/秒，气垫床截面平均气流速度为0.8-2米/秒，布风板小孔的气流速度为20-42米/秒；风室11的运行压力≥8000Pa；夹带有细小颗粒的被加热空气直接返回循环流化床锅炉。它冷却效率高、运行安全可靠、能充分利用渣余热、改善流化质量、提高脱硫效率和锅炉效率，系统连接与操作简单。它可以用于其它任何颗粒状物料的冷却。

Description

返回式气垫床冷渣机及其运行工艺

技术领域

本发明涉及一种用于循环流化床锅炉的返回式气垫床冷渣机及其运行工艺。亦可用于其它颗粒状物料的冷却，如冶炼沸腾焙烧炉物料的冷却等。

背景技术

1997年11月1日，全国人大常委通过了“中华人民共和国节约能源法”。其中，第39条明确规定：“鼓励和发展适应我国煤种的各种流化床锅炉”。

由于流化床锅炉燃烧宽筛分的煤，不可避免会出现大颗粒的沉积，聚集在床层底部形成炉底渣(俗称冷渣)，若不及时排出，会恶化流化质量，降低燃烧与脱硫效率，发生结焦事故等问题。解决炉底渣的及时排放与冷却并回收炉底渣的余热，就成为循环流化床锅炉推广应用与大型化过程中必须解决的一个重要课题。它是流化床锅炉不可分割的组成部分。

1996年以前，我国市场上出现的冷渣机大部份是螺旋式和滚筒式两大类。有国产的，也有进口的。

1996年，我国引进的芬兰AHLSTROM公司100MW循环流化床机组投入运行，采用芬兰AHLSTROM公司的选择性单一流化床冷渣机加水冷绞笼冷渣机两级冷却。其后，某锅炉厂引进了美国FOSTER-WHEELER循环流化床技术，其中包括选择性流化床式冷渣机。另一锅炉厂引进法国ALSTOM公司循环流化床锅炉技术，其中也包括另一类选择性流化床式冷渣机。

此外，国内某大学及某研究所先后也推出了他们的流化床式冷渣机。

表1列出了迄今为止的流化床锅炉用炉底渣冷却设备的概况。

表1迄今市场上供应的几种冷渣机的性能比较表

可见，这两大类炉底渣冷却设备存在的主要问题是：

1)各种机械传动方式的冷渣设备存在的主要问题是：机械故障多，维修费用高，影响锅炉安全运行；冷却效果差，在额定负荷下很难达到200℃以下；余热难于有效回收利用。

2)各种流化床冷渣设备存在的主要问题是：易结焦，影响锅炉安全运行；冷却效果较差，在额定负荷下很难达到200℃以下；体积大，占地多，投资高。

针对上述问题，本人于1997年着手研制出SCT型气槽式冷渣输渣机的专利产品，专利号为ZL.99233978.2。实践表明，它可以同时实现冷渣与输渣，但由于气槽式冷渣与输渣部分均向下倾斜3-8°的倾角，在实际使用中遇到一定的困难。

1999-2000年，针对各种流化床式冷渣机暴露出的问题，以及在总结SCT型气槽式冷渣输渣机的专利产品存在的问题基础上，对ZL.99 2 33978.2专利进行了改进，申请了ZL.00 225792.0和ZL.01 2 49355.4专利，其改进的要点就是把输渣与冷渣分离，各自单独组成专利产品。故在2000年申请了专利号为ZL.00 2.25792.0的气槽式输渣机专利，它只承担输渣任务。2001年又申请了专利号为ZL.01 2 49355.4气槽式冷渣机专利(简称SC型冷渣机)，专门承担冷渣任务。

实践证明，ZL.01249355.4专利取得了成功，基本上解决了上述其它各种冷渣机存在的问题。冷却效果较好，无机械故障等。但实践表明，仍存在一些问题，主要是由布风板向下倾斜带来的，包括：

1.由于气槽向下倾斜，造成进料口端料层薄，出料口端料层厚，从流化的角度要求，进料口端风量要小，出料口端风量要大；可是，另一方面，进料口端炉底渣温度高，出料口端温度低，从冷却角度又要求进料口端风量大，出料口端风量小。为确保冷却的需要，不得不增加高温段的风量，从而使炉底渣在床内停留时间减少，有少量的高温炉底渣径自从溢流口逃逸，即常有少量热的红渣从排渣口中排出，降低了冷渣机的冷却效果。

2.由于气槽向下倾斜，进料口端高，出料口端低；难于与循环流化床锅炉排渣口低矮与输渣设备高的进渣口配套，限制它的推广应用。

3.被加热的空气中夹带细渣颗粒多，堵塞和磨损热空气管道系统，给热空气的利用带来困难，不得不在热空气管道上增设除尘器。

为了解决这些问题，2002年本人又申请了溢流式气垫床冷渣机专利(简称SA型冷渣机)，专利号为ZL.02250163.3。它将布风板由向下倾斜改为向上倾斜，在冷渣机的热空气出口处增设细小颗粒分离器等。

经过在四个厂七台不同容量(25、60、75和410t/h)循环流化床锅炉上的运行实践表明，SA型冷渣机达到了预期的效果，用户非常满意。但随着各企业对环保意识和节能意识的提高，SA型冷渣机仍存在以下两个问题，不能满足较大型的循环流化床锅炉更高的环保与节能要求：

第一，热风回收利用问题。SA型冷渣机与SC型冷渣机一样，加热后的热风没有直接送回炉内。若要回收送回炉内，需要另置送风机或其它设备。其结果是增加设备，增加投资和运行费用；同时也增加运行操作工作量。有时，为简化系统，将热风直接排入锅炉尾部烟道，不回收这部分余热。

第二，热风夹带的细小颗粒的返回问题。SA型冷渣机内虽加装了细小颗粒分离设备，但分离效率不高。虽能减少了热风夹带的细小颗粒量，但所收集的细小颗粒均从冷渣机排渣口排走，不回收。仍留在热风中的细小颗粒对增设的送风机或其它设备带来磨损。不回收排出的炉底渣中的细小颗粒给循环流化床锅炉带来两方面的问题：一是循环流化床锅炉是用添加石灰石方法进行脱硫，它随炉底渣排出不回收，利用率低。为了提高石灰石的利用率，需要将随炉底排出的石灰石返回炉内。二是为了改善流化质，提高燃烧效率，需要不断补充循环流化床锅炉底部的细小颗粒浓度。这对于煤质变差、煤的破碎系统不完善、入炉煤的颗粒度达不到设计要求时特别重要。因此应尽可能将排出的炉底渣的细小颗粒返回炉内。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种返回式气垫床冷渣机及其运行工艺，它冷却效率高、运行安全可靠、能充分利用炉底渣的余热以提高锅炉效率；还能改善循环流化床锅炉的流化质量、提高脱硫剂的利用率和脱硫效率，以及锅炉的燃烧效率；并可简化冷渣机与锅炉连接的系统、简化结构与操作，由此节省投资，提高冷渣机运行的稳定性和安全性；且本发明设备易于与各种大、中型循环流化床锅炉配套使用。

本发明的技术解决方案是，所述返回式气垫床冷渣机有长方体机壳，顶部一端设有热空气出口的所述机壳内有气垫床和位于气垫床内的冷却受热面，气垫床由机壳内壁和气垫床布风装置组成，其结构特点是，所述气垫床布风装置由水平或倾斜布置的气垫床布风板、分别位于该气垫床布风板两侧的气垫沟壁、位于气垫床布风板下面的风室以及与风室连通的风室进风口组成，所述气垫床布风板为其上开有上面小下面大之锥形小孔的多孔板，该气垫床布风板与其两侧的气垫沟壁以及机壳两端所围成的区域组成狭长的气垫沟，位于热空气出口下方的气垫沟一端设有排渣口而其另一端上方设有进渣口。

以下对本发明做出进一步说明。

参见图1至图3，本发明所述返回式气垫床冷渣机有长方体机壳3，顶部有热空气出口5的机壳3内有气垫床7和位于气垫床内的冷却受热面4，气垫床7由机壳内壁和气垫床布风装置组成，其结构特点是，参见图4和图5，所述气垫床布风装置由水平或倾斜布置的气垫床布风板10、分别位于该气垫床布风板10两侧的气垫沟壁9、位于气垫床布风板10下面的风室(11)以及与风室(11)连通的风室进风口1组成；参见图6至图8，所述气垫床布风板10为其上开有上面小下面大之锥形小孔12的多孔板，该气垫床布风板10与其两侧的气垫沟壁9以及机壳两端所围成的区域组成狭长的气垫沟8，位于热空气出口5下方的气垫沟一端设有排渣口6而其另一端上方设有进渣口2。

气垫床布风板10(或气垫沟8)应有足够的长度，以保证被冷却的颗粒在床内保留足够长的时间，形成温度梯度，气垫床布风板10的长宽比应≥12；所述气垫床布风板10一般采用水平布置，也可根据需要向上或向下倾斜，即该气垫床布风板10与水平面所成夹角的范围为0°-±8°；所述气垫床布风板10上的锥形小孔12上口直径为φ3.0-6.8mm，下口直径为φ8-10mm；且锥形小孔12在气垫床布风板10上的开孔率为8％-20％，并呈三角形分布(参见图7)，小孔节距为7-15毫米；该气垫床布风板10上的开孔区域(即有效布风板面积)的长与宽同气垫沟的长与宽相等；所述开孔区域的长与宽即为气垫床布风板10的有效长度与有效宽度。

气垫沟壁9沿气垫沟有效宽度的两边布置，长度与气垫沟长度相等，其高度为120-300毫米；它可以是垂直的，也可制成喇叭型；当其制成为喇叭型时(参见图9至图11)，其下部的气垫沟壁垂直段13的高度≥120mm，气垫沟壁上部喇叭段14向外倾角α为12°≤α≤30°；其厚度决定于机械结构强度。为防止磨损，气垫沟壁9应采用耐磨铸铁制造。一般来说，喇叭型结构较好。

风室11的宽度应大于气垫床布风板10有效宽度的1.2倍，其高度≥350mm；单个风室11的长度为500-2000mm，当气垫床布风板10的有效长度大于单个风室的长度时，可以根据气垫床布风板10的有效长度设置2-8个风室11。每个风室11均设有一个风室进风口1。

进渣口2的下沿距气垫床布风板10表面距离≥300mm。

冷却受热面4可以用铸铁鳍片管组，也可以用无缝钢管，布置在气垫沟的上方。它可以是纵向布置，也可以是横向布置，其下沿距气垫床布风板10表面应大于或等于350毫米。铸铁鳍片管组选用国家标准铸铁省煤器管。

本发明的技术方案之二是，所述返回式气垫床冷渣机的运行工艺是，气垫沟8的横截面平均气流速度为3-6米/秒，气垫沟8上方气垫床7的横截面平均气流速度为0.8-1.6米/秒，气垫床布风板10的锥形小孔12处的气流速度为15-42米/秒，它根据炉底渣平均颗粒直径的大小选取，以能保证冷态时炉底渣不会停滞在气垫沟为准；由风室进风口1进入风室11的空气温度低于30℃，且其气流速度≤12米/秒，可由风室进风口1面积大小调整；风室11的运行压力≥8000Pa，以保证热空气及其夹带的细小颗粒返回；夹带有细小颗粒的被加热空气从热空气出口5直接返回循环流化床锅炉内，以回收余热、改善流化质量，提高锅炉燃烧效率和脱硫效率，节约能源和节省脱硫剂。

本发明的工作原理与过程是，温度不超过30℃的工作空气从风室进风口1送入风室11，经气垫床布风板10送入气垫沟8，形成气垫后进入气垫沟8的上部空间机壳内的气垫床7。热的炉底渣由气垫沟8一端上部的进渣口2进入气垫沟8的上部空间机壳气垫床7内，与从气垫沟8送来的空气强烈混合进行热交换，以及与安装在此的冷却受热面4进行强烈的接触热交换被冷却。之后，被冷却的炉底渣从气垫沟的另一端排渣口6排出。从气垫沟送来的空气在冷却炉底渣的同时本身被加热，夹带细小颗粒从顶部热空气出口5排出，直接送回循环流化床锅炉。

由以上可知，本发明的设备和工艺的技术特点有：

(1)冷却效率高。流化床的最大特点是床内气固强烈混合，温度分布均匀。这一特征用于燃烧，是最有利的因素；用于冷却高温物料，恰恰成为致命的障碍。前述各种流化床式冷渣机暴露出冷却效果差的原因就在于此。有的流化床冷渣机为了提高冷却效率，不得不加大体积，如多选择性流化床冷渣机等，投资大，费用高。如何在床内建立温度梯度场，克服流态化床温度分布均匀的特点，提高冷却效率，就成为新型流化床冷渣机的关健所在。本发明采用狭长的气垫床，有效地在床内建立温度梯度，解决了这一问题。从而做到冷却效率高，冷渣机体积小，易于实现冷渣机大型化，满足10t/h以上大渣量的各种流化床锅炉冷却炉底渣的要求。

(2)运行安全可靠。目前，其它各种流床化冷渣机共同存在另一个严重问题就是床内易结焦，危及冷渣机和锅炉的安全运行。有的将已安装的流床化冷渣机一改再改，仍不解决问题。有的干脆停用。究其原因，它们都是采用风帽式布风板，结构复杂，流化速度低所致。本专利采用多孔板，结构简单，流化速度较高，从根本上避免了结焦的可能，确保锅炉的安全运行。

(3)充分利用了炉底渣的余热，提高锅炉效率，可以节约能源0.5％～6％。

a、用于冷却受热面的冷却水可以用化学水，加热后送入除氧器；也可以用汽轮机的冷凝水，加热后送入低压加热器。从而减少除氧器或低压加热器的汽耗，节约能源。当然，也可用工业水或自来水，加热后作其它用途。

b、加热后的热风无需经过任何中间装置，直接送入炉内作二次风用，提高锅炉的燃烧效率，节约能源。

(4)改善循环流化床锅炉的流化质量，提高锅炉燃烧效率，可以节约能源0.2％～2％。同时，提高了锅炉运行的穏定性能与安全性能。细小颗粒返回炉内，可以增加循环流化床锅炉底部的细小颗粒浓度，改善流化质量，避免循环流床锅炉内出现搭桥等假流化现象和结焦，提高循环流化床锅炉的燃烧效率和运行穏定性与安全性。这对燃煤煤质变差或入炉煤颗粒度达不到设计要求时特别有效。

(5)提高脱硫剂的利用率和脱硫效率。脱硫剂返回炉内再利用，可以提高脱硫剂的利用率和脱硫效率。

(6)简化了冷渣机与锅炉连接的系统，节省投资与运行费用。由于热风及细小颗粒直接返回炉内，不需单独增设风机等设备，简化了冷渣机与锅炉连接的系统，节省投资与运行费用。

(7)简化了结构，简化了操作，提高冷渣机运行的稳定性和安全性。包括：

a、气垫床布风板水平布置，各风室进口阀门开度只须在启动运行前根椐床内温度分布情况作一次性调整后不需再调整。以后只需根椐冷却的渣量多少调整总风阀门，简化了操作。

b、取消溢流口和事故排渣口，简化了结构。冷却后的渣只能从冷渣机底部排渣口排出，进一步提高了冷却效果，完全杜绝出红渣现象。

(8)易于与各种大、中型循环流化床锅炉配套使用。由于以上各个特徵，本发明型冷渣机是各种循环流化床锅炉配套使用的理想设备。

(9)本发明的设备和工艺可以用于其它任何颗粒状物料的冷却。

附图说明

图1是本发明冷渣机的一种实施例主视结构示意图(箭头A为冷却水出口，B为冷却水进口)；

图2是图1所示装置的俯视图；

图3是图1中A₁-A₁剖视示意图；

图4是本发明气垫床布风装置主视结构示意图；

图5是图4所示构件的左视图；

图6是本发明气垫床布风板10的结构示意图；

图7是图6中A₂部位放大结构图；

图8是图7中B₁-B₁向剖视结构；

图9是本发明气垫沟壁9主视结构；

图10是图9所示构件左视结构图；

图11是图9所示构件俯视结构。

在图中：

1-风室进风口，     2-进渣口，

3-机壳，           4-冷却受热面，

5-热空气出口，     6-排渣口，

7-气垫床，         8-气垫沟，

9-气垫沟壁，       10-气垫床布风板，

11-风室，          12-锥形小孔，

13-气垫沟壁垂直段，14-气垫沟壁上部喇叭段。

具体实施方式

按照附图及上述的本发明冷渣机，气垫床布风板10的长宽比为20，与水平面平行布置，锥形小孔12的上、下口径分别为Φ5和Φ10，开孔率为15％，呈三角形分布，小孔节距12毫米；气垫沟壁9高度200mm，为喇叭型结构，其下部的垂直段13高度120mm，上部喇叭段14倾角α＝12°；风室11宽度为气垫床布风板10有效宽度的1.2倍，高度为400mm；单个风室11长度为1100mm，共设置四个；进渣口2的下沿距气垫床布风板10表面距离为350mm；冷却受热面4采用铸铁鳍片管组，选用国家标准铸铁省煤器管，纵向布置在气垫沟上方，其下沿距气垫床布风板10的距离为500mm；气垫沟8的横截面平均气流速度为3-5米/秒，气垫沟8上方气垫床7的横截面平均气流速度为0.8-1.2米/秒，锥形小孔中气流速度20-42米/秒，进入风室11的空气温度≤30℃，气流速度10米/秒；风室11运行压力8000Pa-12000Pa；被加热空气经连通管直接返回循环流化床锅炉中。

Claims (8)

1.一种返回式气垫床冷渣机，有长方体机壳(3)，顶部有热空气出口(5)的机壳(3)内有气垫床(7)和位于气垫床(7)内的冷却受热面(4)，气垫床(7)由机壳内壁和气垫床布风装置组成，所述气垫床布风装置由水平或倾斜布置的气垫床布风板(10)、分别位于该气垫床布风板(10)两侧的气垫沟壁(9)、位于气垫床布风板(10)下面的风室以及与风室连通的风室进风口(1)组成，所述气垫床布风板(10)为其上开有上面小下面大之锥形小孔(12)的多孔板，该气垫床布风板(10)与其两侧的气垫沟壁(9)以及机壳两端所围成的区域组成狭长的气垫沟(8)，位于热空气出口(5)下方的气垫沟一端设有排渣口(6)而其另一端上方设有进渣口(2)，其特征是，所述气垫床布风板(10)上锥形小孔(12)呈三角形分布且其节距为7-15毫米；所述冷却受热面(4)下沿距气垫床布风板10表面≥350毫米；该返回式气垫床冷渣机的运行工艺条件是：

(a)气垫沟(8)的横截面平均气流速度为3-6米/秒；

(b)气垫沟(8)上方气垫床(7)横截面平均气流速度为0.8-2米/秒；

(c)气垫床布风板(10)的锥形小孔(12)的气流速度为20-42米/秒；

(d)由风室进风口(1)进入风室(11)的空气温度低于30℃，且其气流速度≤12米/秒；

(e)风室(11)的运行压力≥8000Pa；

(f)夹带有细小颗粒的被加热空气从热空气出口(5)直接返回循环流化床锅炉内。

2.根据权利要求1所述的返回式气垫床冷渣机，其特征是，所述气垫床布风板(10)的长宽比≥12，它与水平面所成夹角的范围为0°-±8°。

3.根据权利要求1所述的返回式气垫床冷渣机，其特征是，所述气垫床布风板(10)上锥形小孔(12)的上口直径为φ3.0-6.8mm，下口直径为φ8-10mm；且所述锥形小孔(12)在气垫床布风板(10)上的开孔率为8％-18％，气垫床布风板(10)上的开孔区域的长与宽同气垫沟(8)的长与宽相等。

4.根据权利要求1所述的返回式气垫床冷渣机，其特征是，所述气垫沟壁(9)的长度与气垫沟(8)长度相等，其高度为120-300毫米。

5.根据权利要求4所述的返回式气垫床冷渣机，其特征是，所述气垫沟壁(9)为垂直的或喇叭型；当其为喇叭型时其下部的气垫沟壁垂直段(13)的高度120mm，气垫沟壁上部喇叭段(14)向外倾角α为12°≤α≤30°。

6.根据权利要求1所述的返回式气垫床冷渣机，其特征是，风室(11)的宽度大于气垫床布风板(10)开孔区域宽度的1.2倍，其高度≥350mm；单个风室(11)的长度为500-2000mm，设有1-8个风室(11)，每个风室(11)均设有一个风室进风口(1)。

7.根据权利要求1所述的返回式气垫床冷渣机，其特征是，所述进渣口(2)的下沿距气垫床布风板(10)表面距离≥300mm。

8.根据权利要求1所述的返回式气垫床冷渣机，其特征是，所述冷却受热面(4)采用铸铁鳍片管组或无缝钢管，纵向布置或是横向布置。

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