（热能工程专业论文）循环流化床锅炉冷渣器结焦特性实验研究.pdf

原创性声明 1 1 1 111 1 i ii i ii i i i i ii ii y 2 18 3 7 5 5 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：丕蕴龟 日 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：捷导师签名 日期：2 ：i 蓬：乡 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 符号说明v 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景及意义。1 1 3 课题研究现状3 1 4 课题研究内容“5 第2 章循环流化床锅炉冷渣器6 2 1 循环流化床锅炉冷渣器的分类6 2 。2 国内循环流化床锅炉冷渣器应用情况1 3 2 3 风水联合冷渣器的性能特点1 3 2 3 1 风水联合冷渣器的主要优点1 4 2 3 2 风水联合冷渣器的主要缺点1 6 2 4 风水联合冷渣器的改进及分析1 7 2 4 1 主要改进措施1 8 2 4 2 风水联合冷渣器的根本问题分析1 9 2 5 风水联合冷渣器结焦特性分析2 0 2 5 1 灰渣自身熔融特性2 0 2 5 2 风水联合冷渣器的结焦机理。2 l 2 5 3 风水联合冷渣器结焦的解决方法2 2 第3 章循环流化床锅炉排渣结焦特性实验。2 4 3 1 实验目的2 4 3 2 实验原理。2 4 3 3 实验台简介2 6 3 4 北郊热电渣样结焦特性实验2 6 3 4 1 灰渣含碳量的测定2 7 3 4 2 灰渣筛分特性2 7 山东大学硕士学位论文 3 4 3 灰渣结焦实验2 7 3 5 济宁电厂渣样结焦实验3 l 3 5 i 灰渣含碳量测定3 l 3 5 2 灰渣筛分特性3 2 3 5 3 灰渣结焦实验3 2 3 6 灰渣结焦特性实验小结3 5 第4 章风水联合冷渣器结焦解决方案的探索与研究3 7 4 1 烟风水联合冷渣器方案的提出3 7 4 1 1 以烟气作为选择仓流化风3 7 4 1 2 以烟气作为进渣管吹扫风3 8 4 2 烟风水联合冷渣器流化特性的研究3 8 4 2 1 临界流化速度3 9 4 2 2 冷渣器选择仓改造前后对比计算4 l 4 3 烟风水联合冷渣器传热特性的研究4 3 4 3 1 基于热平衡的冷渣器传热计算模型_ 4 3 4 ，3 2 冷渣器选择仓传热计算4 4 4 3 3 冷渣器排渣温度计算4 6 4 3 4 冷渣器改造前后渣温对比。5 0 4 4 烟气引入炉膛对锅炉影响及分析5 l 4 5 ，j 、结5 2 第5 章结论与展望5 3 5 1 论文主要结论5 3 5 2 论文创新点5 3 5 3 不足与展望5 3 参考文献5 5 致谢5 8 硕士期间发表论文5 9 c o n t e n t s c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t i e n g l i s ha b s t r a c t i i i n o m e n c l a t u r e v c h a p t e r1i n t o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 1 1 2r e s e a r c hs i t u a t i o n 3 1 3r e s e a r c hc o n t e n t s 4 c h a p t e r2c f bb o i l e rs l a gc o o l e r 6 2 1c l a s s i f i c a t i o no f c f bb o i l e rs l a gc o o l e r 6 2 2a p p l i c a t i o no f c f bb o i l e rs l a gc o o l e r 1 3 2 3f l u i d i z e db e ds l a gc o o l e r 13 2 3 1a d v a n t a g e so f a i r - w a t e rc o m b i n e ds l a gc o o l e r 1 4 2 3 2s h o r t c o m i n g so f a i r - w a t e rc o m b i n e ds l a gc o o l e r 1 6 2 4r e s e a r c ha n di m p r o v e m e n to na i r - w a t e rc o m b i n e ds l a gc o o l e r 17 2 4 1m a i ni m p r o v e m e n tm e a s u r e s 18 2 4 2t h ef u n d a m e n t a lp r o b l e m 19 2 5s l a g g i n gp r o p e r t yo fa i r - w a t e rc o m b i n e ds l a gc o o l e r 2 0 2 5 1s l a gf u s i o nc h a r a c t e r i s t i c s 2 0 2 5 2s l a g g i n gm e c h a n i s m 2 1 2 5 3s o l u t i o n so fs l a g g i n gp r o b l e m 2 2 c h a p t e r3e x p e r i m e n t 2 4 3 1e x p e r i m e n t a lp u r p o s e s 2 4 3 2e x p e r i m e n t a lp r i n c i p l e s 2 4 3 3e x p e r i m e n t a le q u i p m e n t s 2 6 3 4e x p e r i m e n to f b e i j i a op o w e rp l a n t 2 6 3 4 1m e a s u r i n gt h ec a r b o nc o n t e n t 2 7 3 4 2s l a gs c r e e n i n g 2 7 山东大学硕士学位论文鼍m , , = a mli ii 蔓3 4 3a g g l o m e r a t i o ne x p e r i m e n t 2 73 5e x p e r i m e n to f j i n i n gp o w e rp l a n t 313 5 1m e a s u r i n gt h ec a r b o nc o n t e n t 3 13 5 2s l a gs c r e e n i n gp r o p e r t y 3 23 5 3s l a g g i n gp r o p e r t ye x p e r i m e n t 3 23 6s u m m a r y 3 5c h a p t e r4s o l u t i o no fs l a g g i n gp r o b l e m 3 74 1f l u eg a s - a i r - w a t e rc o m b i n e ds l a gc o o l e r 3 74 1 1i m p r o v e m e n to fo p t i o n a lr o o m 3 74 1 2i m p r o v e m e n to fi n l e tt u b e 3 84 2f l u i d i z a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s 3 84 2 1c r i t i c a lf l u i d i z a t i o nv e l o c i t y 3 94 2 2c o m p a r a t i v ec a l c u l a t i o n 4 14 3h e a tt r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i c s 4 34 3 1h e a tt r a n s f e rc a l c u l a t i o nm o d e l 4 34 3 2o p t i o n a lr o o mc a l c u l a t i o n 4 44 3 3o u t l e tt e m p e r a t u r ec a l c u l a t i o n 4 64 3 4c o m p a r a t i v ea n a l y s i s 5 04 4e f f e c t so nt h ec f bb o i l e r ，5l4 5s u m m a r y 5 2c h a p t e r5c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s 5 35 1c o n c l u s i o n s ，5 35 2i n n o v a t i v ep o i n t s 5 35 3p r o s p e c t s 5 3r e f e r e n c e s ，5 5a c k n o w l e d g e m e n t s 5 8p u b l i s h e dp a p e r sd u r i n gg r a d u a t ep e r i o d 5 9 摘要 摘要 在能源危机日益严重的今天，循环流化床燃烧技术作为新一代清洁、高效的 燃烧技术，在我国得到了迅猛的发展。循环流化床锅炉通常燃用煤矸石等高灰分、 低热值燃料，导致排渣量急剧增加，排渣物理显热随之增大，并随着锅炉大型化 的发展趋势进一步加剧。过去用于锅炉的湿排渣系统仅能保证锅炉的正常运行和 顺利排渣，大量的排渣余热就会被自白浪费。因此，循环流化床锅炉通常采用干 排渣系统。其中，冷渣器是干排渣系统中最重要的设备，通过冷渣器可以将锅炉 排渣的高品位余热回收利用，提高锅炉效率，保证锅炉的安全稳定运行。 首先，本文全面分析了国内外应用于循环流化床锅炉各种类型冷渣器的性能 特点与应用情况，主要包括风水联合冷渣器、滚筒式冷渣器、水冷绞龙冷渣器、 流化移动叠置式冷渣器、钢带式冷渣器、气垫床冷渣器和射流床冷渣器。其中， 风水联合冷渣器最早也最广泛的应用于国内循环流化床锅炉干排渣系统。然而， 经过多年的运行发现，风水联合冷渣器存在着一系列的问题，近几年来逐步被滚 筒式冷渣器全面取代。 然而，风水联合冷渣器却具有许多性能优点是滚筒式冷渣器所无法比拟的， 如回收的热量品位很高，传热系数很大等。因此，继续对风水联合冷渣器进行研 究和优化改造，解决运行中的问题，对进一步的实现节能减排具有重大的意义。 通过分析论证得出，结焦问题是风水联合冷渣器最为根本的问题，是其它诸如堵 塞、磨损等问题难以解决的根本原因。 通过深入分析锅炉排渣在风水联合冷渣器中的结焦机理得出，发生结焦的原 因，是由于渣中含有未燃尽的碳，在高温、富氧环境下发生二次燃烧而引起的。 因为如果不发生二次燃烧，渣温最高只有9 0 0 0 c 左右，此温度下无法达到渣的熔 化或软化温度水平，是不可能发生渣的熔融和粘结的，即不可能发生渣的结焦现 象，只有燃烧才能产生导致结焦的瞬间高温。因此，只要解决二次燃烧的发生就 能解决结焦问题的发生。根据得出的渣的结焦机理，提出了用烟气部分代替空气 作为流化介质，从而抑制渣在风水联合冷渣器中发生二次燃烧的改造方案。 本文在分析结焦机理的基础上，通过搭建实验台进行循环流化床锅炉排渣的 结焦特性实验观察到以下实验现象：在空气环境下，渣发生了明显的发光发热的 山东大学硕士学位论文 燃烧现象，并发生了结焦，产生了大量焦块，并且渣温越高结越容易发生结焦， 而且结焦程度随含碳量的升高而增大；在烟气环境下，渣没有发生明显的发光发 热的燃烧现象，也没有发生结焦。以上实验现象证明，结焦发生的原因是由于渣 中含有的未燃尽的碳发生二次燃烧所引起的，而烟气环境营造出的低氧环境，可 以有效抑制渣中未燃尽碳的二次燃烧，从而防止结焦的发生。 最后，根据结焦实验的结论，创新性的提出了风水联合冷渣器结焦的解决方 案0 因风水联合冷渣器，即将原有的风水联合冷渣器选择仓的流化空气用烟气 代替，其余各仓进风参数保持不变。并通过针对冷渣器改造前后流化特性和传热 特性的对比计算，以及改造之后对锅炉影响的简单分析，初步验证了改造思路的 可行性。 关键词：循环流化床锅炉；冷渣器；风水联合冷渣器；结焦；烟气 a b s t r a c t a bs t r a c t i nt h ei n c r e a s i n g l ys e r i o u se n e r g yc r i s i s ，t h ec i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e dc o m b u s t i o n t e c h n o l o g ya san e wg e n e r a t i o no fc l e a na n de f f i c i e n tc o m b u s t i o nt e c h n o l o g y d e v e l o p e dr a p i d l yi nc h i n a t h ec i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e rb u m t h eg a n g u ea s t h ef u e lw h i c hc o n t a i n sah i g hp r o p o r t i o no fs l a g , a n dm u c hm o r eh e a tw i l lb el o s t w h e nt h es l a gi sd i s c h a r g e d w i t ht h ed e v e l o p m e n to fl a r g e - s c a l ec i r c u l a t i n gf l u i d i z e d b e db o i l e r , t h i sp r o b l e mi sm o r ea n dm o r es e r i o u s i nt h ep a s t ，t h ew e ts l a gc o o l i n g s y s t e mw a su s e do nt h eb o i l e rw h i c hw a s t eal o to fh e a tp o w e r t h e nt h ed r ys l a g c o o l i n gs y s t e mc a n l eo u t i nt h es l a gc o o l i n gs y s t e m ，s l a gc o o l e ri st h em o s ti m p o r t a n t e q u i p m e n tw h i c hc a nr e c y c l et h eh i g l l - g r a d ew a s t eh e a to fb o i l e rs l a g ，i m p r o v eb o i l e r e f f i c i e n c ya n d e n s u r et h es t a b l eo p e r a t i o no fb o i l e r f i s to fa l l ，v a r i o u st y p e so fc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e rs l a gc o o l e r sa r e a n a l y z e d i no u rc o u n t r y , a i r - w a t e rc o m b i n e ds l a gc o o l e ri st h ee a r l i e s to n e w h i c hw a s u s e di i lc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e r h o w e v e r , a f t e rm a n yy e a r s r u n n i n go f a i r - w a t e rc o m b i n e ds l a gc o o l e r , t h e r ea l es om a n yp r o b l e m st h a tn l e ya l ea l m o s t c o m p l e t e l yr e p l a c e db yr o l l i n g c y l i n d e rt y p es l a g - c o o l e r h o w e v e r , c o m p a r e dw i t hr o l l i n g - c y l i n d e rt y p es l a g - c o o l e r , a i r - w a t e rc o m b i n e d s l a gc o o l e rh a sm a n ya d v a n t a g e sw h i c hc a n n o tb er e p l a c e d ，s u c ha sh i g h e rh e a t t r a n s f e rc o e f f i c i e n t , h i g h - g r a d eh e a tr e c y c l i n ga n ds oo n t h e r e f o r e ，s o l v i n gt h e p r o b l e m so fa i r - w a t e rc o m b i n e ds l a gc o o l e rh a sg r e a ts i g n i f i c a n c e t ot h ee n e r g y s a v i n g t h ea i r - w a t e rc o m b i n e ds l a gc o o l e rh a sm a n yp r o b l e m s ，s u c ha sc o k i n g ， w e a r i n g ，b l o c k a g ea n ds oo n a m o n gt h e s ep r o b l e m s ，t h em o s ts e r i o u sa n d f u n d a m e n t a lp r o b l e mi st h ec o k i n g a c c o r d i n gt ot h em e c h a n i s mo fc o k i n g ，t h er e a s o no fc o k i n gi st h es l a gc o n t i n u e s b u r n i n gi nt h ee n v i r o n m e n t 、) l ，i t l lah i 曲t e m p e r a t u r e i fs l a gc o m b u s t i o ni sn o th a p p e n , t h et e m p e r a t u r ei sn o th i g he n o u g ht oc o k i n g t h e r e f o r e ，a sl o n ga st h ec o m b u s t i o ni s p r e v e n t e d ，t h ep r o b l e mo fc o k i n gw i l lb es o l v e d a n dt h e nw ep u tf o r w a r dt h a tap a r t o ft h ea i ri nt h ea i r - w a t e rc o m b i n e ds l a gc o o l e rw i l lb er e p l a c e db yf l u eg a sw h i c hc a n i i l 山东大学硕士学位论文 p r e v e n tt h ec o m b u s t i o n i nt h i sp a p e r , t h r o u g ht h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dc o k i n ge x p e r i m e n t , w ec a l l c o n c l u d et h a tt h er e a s o no fa g g l o m e r a t i o ni st h ec o n t i n u e db u r n i n go fs l a g a n di nt h e a i re n v i r o n m e n t , t h ea g g l o m e r a t i o nw i l lb em o r es e r i o u sw i t hah i g h e r s l a g t e m p e r a t u r eo rh i g h e rc a r b o nc o n t e n t b u ti nt h ef l u eg a se n v i r o n m e n t 、析t 1 1ah y p o x i e e n v i r o n m e n t , t h ec o m b u s t i o nw i l lb ep r e v e n t e da n dt h ec o k i n gw i l lb ep r e v e n t e dt o o f i n a l l y , av e r yi n n o v a t i v es o l u t i o nt ot h ec o k i n gi sp u tf o r w a r d i nt h ea i r - w a t e r c o m b i n e ds l a gc o o l e rt r a n s f o r m a t i o n ，ap a r to ft h ea i ri ss u b s t i t u t e db yt h ef l u eg a s ， a n dt h en e ws l a gc o o l e ri sc a l l e df l u eg a ss l a gc o o l e r t h r o u g ht h ec a l c u l a t i o no ft h e f l u i d i z a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dh e a tt r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i c so ft h ea i r - w a t e rc o m b i n e d s l a gc o o l e ra n dt h ef l u eg a ss l a gc o o l e r , t h ef e a s i b i l i t yo ft h et r a n s f o r m a t i o ni s v e r i f i e d k e y w o r d s ：c i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e r ；s l a gc o o l e r ；a i r - w a t e rc o m b i n e ds l a g c o o l e r ；c o k i n g ；f l u eg a s i v 符号说明 皇量曼曼詈曼量皇曼曼曼皇量曼曼曼量曼量曼曼曼量量曼皇曼量曼鲁曼皇un i t 皇皇曼鼍曼曼舅曼曼皇曼曼曼鲁量暑曼曼喜吕皇曼曼量皇量曼曼曼皇曼曼曼 符号说明 埋管传热面面积，m ? 收到基灰分，1 0 0 床层面积，m ? 阿基米德数 收到基碳，1 0 0 渣的比热，“体g k ) 气体的比热，v d ( k g k ) 颗粒平均直径，采用比表面平均直径，m 渣的质量流量，k g h 收到基氢，1 0 0 临界流化状态下床层高度，m 埋管传热系数，w ( m 2 k ) 气体的质量流量，k g h 空气干燥基水分，1 0 0 全水分，1 0 0 收到基氮，1 0 0 收到基氧，1 0 0 床层压降，p a 收到基低位发热量，m j k g 气体体积流量，m 3 ，s 与临界流化风速对应的雷诺数 收到基硫，1 0 0 渣温，k 截面风速，m s 临界流化速度，r i g s 干燥无灰基挥发分，1 0 0 v a k伊如k m蛾q淞。 u 山东大学硕士学位论文 v i 希腊字母 i i i f p p p g 唧 i v g o 嘞 上角标 t 一 下脚标 o 1 2 3 k y 临界床层空隙率 颗粒密度，k g m 3 气体密度，k g m 3 颗粒球形度 气体的动力黏度，k g ( s m ) 气体的运动粘度，m 2 s 气体和的温度，k 埋管内工质的平均温度，k 氧气体积分数，1 0 0 表示进口处参数 表示出口处参数 表示选择仓参数 表示第一冷却仓参数 表示第二冷却仓参数 表示第三冷却仓参数 空气 烟气 第1 章绪论 课题研究背景及意义 第1 章绪论 能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，是保障一个国家国民经济持续 快速发展的动力来源，能源的重要性不言而喻。据统计，2 0 1 0 年我国能源总消 耗量折合3 2 5 亿吨标准煤，2 0 1 1 年为3 4 8 亿吨，且这一数字多年来正以6 左 右的年增长率急剧增加。我国是世界上最大的煤炭生产和消耗国，国家一次能源 消耗中约有7 5 来源于煤炭【l 】，次能源应用来源不均衡，煤炭应用形势十分严 峻。多年以来，我国的电力生产主要依赖以煤炭为主要燃料的火力发电【2 】，是名 副其实的用煤大户：2 0 0 6 年，我国电厂总装机容量6 亿千瓦时，其中燃煤发电 比例占7 7 8 2 ；2 0 0 7 年至今，火电装机容量占全国电力总装机容量的比例也一 直保持在7 7 左右【3 4 1 。火力发电长期占据着发电行业统治地位，一直难以被撼 动，这一局面在未来相当长的时间内也都难以发生较大改变。然而煤炭资源日益 枯竭，且火力发电过程中产生了大量的硫氧化物和氮氧化物等有害气体，对大气 环境造成了严重污染，严重威胁人类社会的健康、持续发展，因此亟待寻求火力 发电新的出路。而如今，新能源技术无法在短时间内获得较大的发展和突破，仍 然需要大力的探索和研究才能更好的推广和普及，真正成为传统用能方式的替代 技术。因此，在这种形势下，国家大力提倡对现有的火电技术进行进一步改进、 完善和优化设计，在现有的发电技术的基础上，降低发电煤耗和发电成本，提高 运行经济性，更大程度的实现节能减排。 一直以来，我国电力行业的能源利用效率与发达国家都存在着较大差距。以 发电煤耗为例，2 0 1 0 年左右，国际先进水平发电煤耗3 0 0 克标准煤左右，而我 国6 0 0 m w 以上机组平均发电煤耗也依然高达3 3 3 克。按照2 0 1 0 年度全国总发 电量4 1 4 1 3 亿千瓦时计算，发电煤耗每降低l 克，我国每年可以节约标准煤4 1 4 1 3 万吨。设想一下，如果2 0 1 0 年我国发电煤耗到达到国际先进水平，就能实现每 千瓦时发电煤耗降低约3 0 克，全年就可以节约1 2 亿吨标准煤。 近些年来，循环流化床【5 1 作为新一代高效、低污染的清洁燃烧技术，在我国 得到了迅猛的发展，对我国社会、经济的可持续发展发挥了重要作用。如图1 一i 山东大学硕士学位论文 所示，循环流化床锅炉以其独特的燃烧方式运行【6 】：锅炉内的高温烟气与其携带 的湍流扰动极强的燃煤颗粒互相紧密接触，在流化状态下进行强烈的燃烧；同时， 随烟气流向炉外的高温颗粒通过分离器的分离捕捉，并被再次送回炉内参与燃 烧；就这样，燃煤颗粒不断的进行反复循环燃烧，直至燃煤颗粒燃尽为止。循环 流化床锅炉中参与燃烧的颗粒大小不一，较小粒径的燃煤颗粒随烟气经除尘器除 尘后通过烟囱排出，较大粒径的燃煤颗粒则沉积于炉床的底部，为维持运行中一 定的灰平衡，锅炉底渣被不断排出，保证进入锅炉的灰量与排出的灰量相等。 风暑 图1 - 1 循环流化床锅炉结构简图 循环流化床锅炉独特的流体动力特性和结构使其具有许多优点 6 1 ，主要包 括：燃烧效率高，燃料适应性广，燃烧的同时可以进行高效的炉内脱硫过程，氮 。氧化物排放量很低，负荷调节范围较大，燃料的处理及给煤系统简单，灰渣的综 合利用程度高等诸多优势和特点。因此，在当今能源危机日益严重的时代背景下， 循环流化床燃烧技术显示出了更加强有力的技术优势和发展潜力。 随着循环流化床锅炉技术的不断推广，所出现的一系列问题也接踵而至。其 中，早期出现较多的磨损、炉膛结焦、出力不足等问题已经基本得到解决。但是， 循环流化床锅炉冷渣器运行中存在的问题【7 】一直难以得到有效解决，成为困扰循 环流化床锅炉进一步发展的重大障碍。冷渣器是保证锅炉安全、高效运行的重要 部件，通过冷渣器将锅炉排渣的高品位热量进行回收利用，提高燃料的利用率。 2 第1 晕绪论 冷渣器不能正常工作常常是导致循环流化床锅炉减负荷运行甚至被迫停炉的主 要原因之一。 由于循环流化床锅炉通常燃用煤矸石等高灰分、低热值燃料，再加上炉内加 钙脱硫过程，导致排渣量急剧增加，排渣物理显热随之增大，并随着锅炉大型化 的发展趋势进一步加剧。循环流化床锅炉的炉内燃烧温度一般在9 0 0 0 c 左右 5 1 ， 其锅炉出口排渣温度基本等同于炉温。对于灰分高于3 0 的低热值燃料，如果不 针对锅炉排渣进行余热回收利用，其物理显热损失将达到燃料总热值的2 以上， 且灰分含量越高，热损失越多。因此，进一步对循环流化床锅炉冷渣器进行研究， 不断的加以改良和优化设计，将炉渣携带的这部分高品位热量进行有效回收，显 得至关重要。不仅可以确保锅炉的安全稳定运行，提高锅炉热效率，同时对循环 流化床锅炉技术的不断发展和推广具有巨大的推动作用。 在各类循环流化床锅炉冷渣器中，风水联合冷渣器最早应用于国内电厂。然 而在长期运行中发现，风水联合冷渣器结焦、堵塞、磨损等问题严重，常常导致 锅炉难以正常排渣，严重时甚至会导致被迫停炉的重大事故，目前几乎已被全面 取代。然而在余热回收利用过程中，风水联合冷渣器相却拥有诸多优势，主要表 现在：单台出力大，可以实现选择性排渣，传热系数高，布置方便，热风可直接 进炉等。因此，十分有必要继续针对风水联合冷渣器进行进一步的研究和改进， 从而解决存在的问题，更有效的对循环流化床锅炉排渣余热进行回收利用。 1 3 课题研究现状 近几年来，环境问题越来越受到全世界各个国家的关注，其中对于火力发电 所导致的一系列污染问题尤为重视。循环流化床燃烧技术作为火力发电技术中最 为清洁、低污染的燃烧技术之一，得到了大量的研究和发展i s 。针对循环流化床 锅炉的技术研究主要包括1 9 1 对于锅炉方案的整体优化与设计，对于锅炉安装、运 行与调试的改良与发展，对于锅炉辅助机构和设备的研发，对于锅炉本身的控制 及自动化程度的升级，以及锅炉大型化的开发等等。针对循环流化床锅炉技术研 发的主要机构有：美国f o s t e rw h e e l e r 公司、法国的g e ca l s t o m 公司以及中国 三大锅炉厂( 上海锅炉厂、哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂) 。 同时，作为循环流化床锅炉技术最重要的部分之一，冷渣器的技术的研究与 开发也得到了长足的发展。不同于传统意义上的煤粉炉，由于循环流化床锅炉燃 3 山东大学硕士学位论文 i 置皇皇鲁曼曼皇喜量曼量量曼兽量量| 曼皇曼曼曼皇量曼曼舅量曼曼曼曼曼量罾曼曼曼量皇曼皇曼皇曼量量旨量曼鼍量皇量置量量量皇曼曼曼量舅量鼍寰曼 煤颗粒未经过磨煤机直接经破碎设备处理好直接进炉参与燃烧，燃煤粒度难以得 到准确控制，因此对于锅炉排渣的余热回收利用，也提出了更高的要求。 在国外，许多拥有循环流化床锅炉的电站都会选择使用水冷绞龙冷渣器，这 种冷渣器运行稳定但造价很高，因此应用范围并不是特别的广泛；另外，使用最 多的就是美国f o s t e rw h e e l e r 公司的风水联合冷渣器，也叫流化床式冷渣器，这 种型式的冷渣器在国外的应用中，运行稳定，冷渣效果也很好，唯一的问题就是 埋管磨损的问题较为突出，因此在运行周期内需要定期更换维护。 在国内，虽然针对冷渣器的研究和设计相对于国外都起步较晚，但发展却非 常的迅速，随着循环流化床锅炉在国内的广泛应用，其底渣的处理和利用设备的 研发也进展迅速。根据国内燃用煤种的实际情况，国内三大锅炉厂在消化吸收引 进技术的基础上，进行了自主的研发与改进，分别衍生出三种类型的风水联合冷 渣器：h g 型风水联合冷渣器，s g 型风水联合冷渣器和d g 型风水联合冷渣器， 几种冷渣器较为类似，并分别具有各自的特点。 目前，针对风水联合冷渣器运行中存在的诸多问题【i 们，如冷渣器的堵塞、结 焦问题，排渣温度过高，缺少事故排渣及应急疏通措施等，众多研究人员通过实 验的方法【l l 】来研究风水联合冷渣器内部的流体动力特性，如设置事故排渣口，设 置导向风帽，调整隔墙高度，调整布风板的角度等方式来进一步对风水联合冷渣 器进行优化改造。此外，随着计算机应用的逐渐普及，结合计算流体力学、数值 分析、传热学等学科综合运用，形成了针对多相流及燃烧的数值模拟学科1 2 】，成 为了一种简便有效的新的研究途径，具有一定的工程价值。但是，无论是实验还 是模拟的方法，都无法从根本上解决风水联合冷渣器存在的诸多问题。 由于风水联合冷渣器结焦、堵塞以及磨损等问题严重，长期处于不安全的运 行状态，频繁发生无法正常排渣的情况，不得不经常在运行中人工进行冷渣器的 疏通，而且大量的清渣工作不仅对周围的环境造成严重污染，同时增加了发生人 身事故的危险性。鉴于此国内一些研究机构和厂家对排渣系统进行了彻底改造， 推出了全新形式的滚筒式冷渣器【1 3 1 ，目前几乎已经全面取代了国内原有的风水联 合冷渣器。 虽然滚筒式冷渣器实现了循环流化床锅炉的顺利排渣，保证了锅炉的安全稳 定运行，但是其回收余热的品位和能级却与风水联合冷渣器存在着天壤之别。因 4 第1 章绪论 此，越来越多的学者和研究机构又重新开始将目光转向了风水联合冷渣器。 1 4 课题研究内容 本课题是基于风水联合冷渣器的循环流化床锅炉排渣结焦问题的实验研究， 论文的主要内容如下。 首先，对现有的各型循环流化床锅炉冷渣器的工作原理和特点进行研究和分 析，找出风水联合冷渣器被滚筒式冷渣器取代的原因。针对风水联合冷渣器进行 着重研究，阐述其不可替代性以及对其进一步进行研究的价值所在。深入分析风 水联合冷渣器的结焦机理，探索风水联合冷渣器结焦的解决方法。 第二，取用循环流化床锅炉的干排渣系统的炉渣，进行基于风水联合冷渣器 的循环流化床锅炉排渣结焦特性实验。研究风水联合冷渣器内部发生结焦的原 因，探索结焦的影响因素和结焦规律，并最终得出防止结焦的方法。 最后，根据基于风水联合冷渣器的循环流化床锅炉排渣结焦特性实验结论， 提出风水联合冷渣器结焦的解决方案。针对改进之后的风水联合冷渣器，进行冷 渣器流化特性和传热特性的计算和研究，分析和评价改造方案对锅炉等带来的影 响，验证改造的可行性。 通过以上的三部分主要研究内容，将为风水联合冷渣器从新应用于国内众多 电厂循环流化床锅炉干排渣系统做出自己的努力，从而更加合理有效的对锅炉排 渣所携带的高品位余热进行有效回收利用，实现进一步的节能减排。 5 山东大学硕士学位论文 第2 章循环流化床锅炉冷渣器 2 1 循环流化床锅炉冷渣器的分类 随着循环流化床锅炉技术的不断发展，国内外先后出现了多种形式的冷渣器 【1 4 1 5 1 。按照冷渣器内部炉渣的运动机理可分为两大类：一种是