刘柏谦-循环流化床锅炉高温灰渣物理显热

北京科技大学刘柏谦循环流化床锅炉灰渣显热回收

的合理组织和花瓣滚筒冷渣器2011年3月30日海南·三亚目录2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦1.序言：冷渣器是火力发电厂的一部分2.滚筒冷渣器传热的实验研究高温颗粒与水冷金属表面对流换热的主要试验结果冷渣器设计的基本热物理概念及其正确使用3.花瓣滚筒冷渣器的概念滚筒冷渣器如何在结构设计上实现传热过程的优化总结：热量回收与装置寿命的矛盾冷渣器是火力发电厂的一部分序言冷渣器是火电厂的一部分2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦冷渣器是锅炉辅机，看成余热回收装置还是看成火电厂的一部分？冷渣器的水侧联结着热力发电厂的回热系统，是锅炉给水加热的最初装置。冷渣器的灰侧连接的是锅炉的“直肠”，直接挟制锅炉的安全运行。从发电机组还是从锅炉本身都不能忽视冷渣器。2010年12月，已经在贵阳汇报了流化床冷渣器的相关理论和技术观点，此次三亚会议主要向业界汇报对滚筒冷渣器改进传热效果的一些粗浅认识。滚筒冷渣器已成为冷渣的首选技术2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦冷渣方案绞龙式滚筒式单流化床+机械式流化床风水联合传热系数(W/m2K)<60<60渣量较小时：10~2070~250余热回收率(%)30~5030~50渣量较大时：50~6040~68分选功能无无有有磨损重较轻中等重电耗小小较大大出力小小中等大滚筒冷渣器性能不是最优，但可保运行安全燃煤频繁变化影响锅炉(1)2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦煤种频繁变化是发电锅炉不愿承受但不得不承受的技术和管理负担。这些影响可能包括：

降低锅炉性能

缩短锅炉寿命

风机被动响应

排渣量变化大 ……燃煤频繁变化影响锅炉(2)2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦燃煤灰分变化将导致以下影响进入冷渣器的灰渣总量发生变化：冷渣器排渣温度随之变化；进入冷渣器的灰渣颗粒尺寸分布变化：对流化床冷渣器可能导致塌床造成锅炉停机；对滚筒冷渣器可能导致颗粒空间排列变化，改变灰渣与冷渣器之间的换热；进入冷渣器的灰渣热物性变化：密度、比热、导热率和配位数等。滚筒冷渣器传热的实验研究圆弧颗粒对流试验台2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦实验台主体分三部分：灰渣进口导流段、灰渣通道测量段、水通道测量段。灰渣通道测量段深50mm，宽100mm。水通道段深30mm，宽度方向为100mm。完全覆盖在灰渣通道段之外。灰渣入口导流段高200mm，主要作用为对灰渣进入速度方向进行导向，宽度方向为100mm。倾斜颗粒对流试验台2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦试验装置：钢板制。试验台倾角45~60°角长1000mm，宽100mm。试验台共设置6个热电偶，渣侧4个，水侧2个。整个试验台整体保温，按照灰渣流量要求确定给灰速率。热渣400℃，数据采集系统实时记录热电偶数据。冷却水流量采用称重确定。试验条件2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦实验颗粒粒径：原始款筛分粒径、小颗粒组、中颗粒组和大颗粒组。共四个实验组。试验条件如下：

灰渣初始温度400℃

渣量2.5Kg

水流量0.05Kg/s。高温颗粒与水冷金属表面对流换热主要试验结果实测的灰渣温度(直通道)2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦实测的灰渣温度(圆弧通道)2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦实测的颗粒对流换热系数2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦颗粒和颗粒群的导热能力2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦若颗粒与滚筒之间不出现对流换热，仅依靠颗粒群与滚筒之间的导热，其传能力与发生颗粒与滚筒之间对流传热不在同一数量级上。流化床燃烧计算表明：床料颗粒的导热系数为0.28kcal/m℃,床内乳化团有效导热系数为0.20kcal/m℃。可作为数量级对比。灰渣冷却过程不是连续可微过程2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦传热系数还无法单独反映灰渣冷却过程，因为传热温差也同时成为动态的不连续过程。从灰渣进入冷渣器开始其传热效果是逐渐削弱的。可根据物理过程大致分成几个阶段:第一阶段是灰渣颗粒具有较强的辐射能力；第二阶段是灰渣颗粒具有较高温度但辐射传热已经不显著影响传热过程；第三阶段是灰渣颗粒具有较大热量，但颗粒表面与颗粒内部存在较大温度梯度；第四阶段是颗粒表面与颗粒内部温度梯度逐渐缩小的阶段。充分认识这些基本的物理过程，对冷渣器工作过程进行有效的热效组织十分有利。灰渣在滚筒中上升和下落过程放热能力不同。——这个认识可能与滚筒内灰渣冷却过程组织有关冷渣器设计的基本热物理概念

及其正确使用燃料尺寸和分布典型的入炉煤颗粒尺寸燃煤和灰渣颗粒尺寸变化2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦详见《冷渣器选型手册》(北京亿川汇合科技公司编)灰渣比热不是常数而是温度的函数2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦底渣份额既与煤种有关也与破碎机有关，更与炉内工况有关2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦煤种决定灰渣特性、灰渣量和成灰过程；破碎机决定灰渣颗粒尺寸分布和最大颗粒尺寸；炉内条件决定灰渣颗粒尺寸是否出现偏析，对飞灰份额又重要影响。不同冷渣器对上述因素的响应不同，但飞灰热量基本与冷渣器不相干。详见《冷渣器选型手册》(北京亿川汇合科技公司编)冷渣器中几乎没有纯顺流和纯逆流2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦由于滚筒中灰渣上升与下降过程的传热效果有较大差别，与其他流体冷却过程的连续升温或连续降温不同，很难将灰渣在滚筒内的冷却过程与气气换热器、气液换热器和其他温度连续变化的换热器等同。因此：对数平均温差使用时应该谨记，对数平均温差是用于纯顺流或纯逆流过程。其他过程需要温压修正系数。对数平均温差计算的校正(特定装置)2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦可能的最小设计误差(特定装置)2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦滚筒冷渣器如何在结构设计上实现传热过程的优化分段组织滚筒内的灰渣冷却(1)2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦既然灰渣冷却过程可以分段，那么灰渣冷却过程也应该分段组织。灰渣温度高时，尽量布置辐射受热面；灰渣温度失去辐射优势后着重布置对流传热面积；灰渣温度达到对流传热和颗粒内导热平衡条件以下时应着重考虑冷渣器的技术经济特征，适当结束冷渣过程。分段组织滚筒内的灰渣冷却(2)2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦灰渣在滚筒内缺少对流传热：灰渣上升过程中与滚筒之间没有相对运动，不构成对流传热条件。灰渣下降过程中能够发生对流传热，但由于没有气体冲刷，对流传热几乎可以忽略。滚筒冷渣器内灰渣以辐射和导热为主。前者受灰渣温度制约，后者受接触壁温制约；颗粒在滚筒中的对流传热成为强化冷渣器传热效果的关键。分段组织滚筒内的灰渣冷却(3)2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦为加强中高温灰渣颗粒与冷渣器之间的对流传热，需要造成颗粒与冷渣器之间的相对运动。具体措施是：花瓣内筒和花瓣外筒，以及花瓣滚筒与圆筒组合而成的滚筒构造。花瓣内筒与圆柱外筒详见《冷渣器选型手册》(北京亿川汇合科技公司编)分段组织滚筒内的灰渣冷却(4)内外筒均为花瓣结构花瓣外筒与圆柱内筒组合2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦详见《冷渣器选型手册》(北京亿川汇合科技公司编)在恰当的地方加上防磨措施2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦花瓣内筒上的颗粒运动2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦花瓣内筒上的颗粒运动2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦总结：热量回收与装置寿命的矛盾2011年3月30日北京科技大学机械工程学院刘柏谦按照颗粒传热特性对滚筒进行分段，有效利用了灰渣放热与滚筒吸热特性。颗粒对流和颗粒对