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日北京科技大學機械工程學院劉柏謙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驗研究高溫顆粒與水冷金屬表面對流換熱的主要試驗結果冷渣器設計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構設計上實現(xiàn)傳熱過程的優(yōu)化總結：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日北京科技大學機械工程學院劉柏謙冷渣器是鍋爐輔機，看成余熱回收裝置還是看成火電廠的一部分？冷渣器的水側聯(lián)結著熱力發(fā)電廠的回熱系統(tǒng)，是鍋爐給水加熱的最初裝置。冷渣器的灰側連接的是鍋爐的“直腸”，直接挾制鍋爐的安全運行。從發(fā)電機組還是從鍋爐本身都不能忽視冷渣器。2010年12月，已經在貴陽匯報了流化床冷渣器的相關理論和技術觀點，此次三亞會議主要向業(yè)界匯報對滾筒冷渣器改進傳熱效果的一些粗淺認識。滾筒冷渣器已成為冷渣的首選技術2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙冷渣方案絞龍式滾筒式單流化床+機械式流化床風水聯(lián)合傳熱系數(W/m2K)<60<60渣量較小時：10~2070~250余熱回收率(%)30~5030~50渣量較大時：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日北京科技大學機械工程學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和管理負擔。這些影響可能包括：

降低鍋爐性能

縮短鍋爐壽命

風機被動響應

排渣量變化大 ……燃煤頻繁變化影響鍋爐(2)2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙燃煤灰分變化將導致以下影響進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；進入冷渣器的灰渣顆粒尺寸分布變化：對流化床冷渣器可能導致塌床造成鍋爐停機；對滾筒冷渣器可能導致顆?？臻g排列變化，改變灰渣與冷渣器之間的換熱；進入冷渣器的灰渣熱物性變化：密度、比熱、導熱率和配位數等。滾筒冷渣器傳熱的實驗研究圓弧顆粒對流試驗臺2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙實驗臺主體分三部分：灰渣進口導流段、灰渣通道測量段、水通道測量段?；以ǖ罍y量段深50mm，寬100mm。水通道段深30mm，寬度方向為100mm。完全覆蓋在灰渣通道段之外?；以肟趯Я鞫胃?00mm，主要作用為對灰渣進入速度方向進行導向，寬度方向為100mm。傾斜顆粒對流試驗臺2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙試驗裝置：鋼板制。試驗臺傾角45~60°角長1000mm，寬100mm。試驗臺共設置6個熱電偶，渣側4個，水側2個。整個試驗臺整體保溫，按照灰渣流量要求確定給灰速率。熱渣400℃，數據采集系統(tǒng)實時記錄熱電偶數據。冷卻水流量采用稱重確定。試驗條件2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙實驗顆粒粒徑：原始款篩分粒徑、小顆粒組、中顆粒組和大顆粒組。共四個實驗組。試驗條件如下：

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流換熱主要試驗結果實測的灰渣溫度(直通道)2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙實測的灰渣溫度(圓弧通道)2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙實測的顆粒對流換熱系數2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙顆粒和顆粒群的導熱能力2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙若顆粒與滾筒之間不出現(xiàn)對流換熱，僅依靠顆粒群與滾筒之間的導熱，其傳能力與發(fā)生顆粒與滾筒之間對流傳熱不在同一數量級上。流化床燃燒計算表明：床料顆粒的導熱系數為0.28kcal/m℃,床內乳化團有效導熱系數為0.20kcal/m℃?？勺鳛閿盗考墝Ρ取；以鋮s過程不是連續(xù)可微過程2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙傳熱系數還無法單獨反映灰渣冷卻過程，因為傳熱溫差也同時成為動態(tài)的不連續(xù)過程。從灰渣進入冷渣器開始其傳熱效果是逐漸削弱的?？筛鶕锢磉^程大致分成幾個階段:第一階段是灰渣顆粒具有較強的輻射能力；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部存在較大溫度梯度；第四階段是顆粒表面與顆粒內部溫度梯度逐漸縮小的階段。充分認識這些基本的物理過程，對冷渣器工作過程進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?！@個認識可能與滾筒內灰渣冷卻過程組織有關冷渣器設計的基本熱物理概念

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日北京科技大學機械工程學院劉柏謙詳見《冷渣器選型手冊》(北京億川匯合科技公司編)灰渣比熱不是常數而是溫度的函數2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙底渣份額既與煤種有關也與破碎機有關，更與爐內工況有關2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙煤種決定灰渣特性、灰渣量和成灰過程；破碎機決定灰渣顆粒尺寸分布和最大顆粒尺寸；爐內條件決定灰渣顆粒尺寸是否出現(xiàn)偏析，對飛灰份額又重要影響。不同冷渣器對上述因素的響應不同，但飛灰熱量基本與冷渣器不相干。詳見《冷渣器選型手冊》(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日北京科技大學機械工程學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：對數平均溫差使用時應該謹記，對數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。對數平均溫差計算的校正(特定裝置)2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙可能的最小設計誤差(特定裝置)2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙滾筒冷渣器如何在結構設計上實現(xiàn)傳熱過程的優(yōu)化分段組織滾筒內的灰渣冷卻(1)2011年3月30日北京科技大學機械工程學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該分段組織?；以鼫囟雀邥r，盡量布置輻射受熱面；灰渣溫度失去輻射優(yōu)勢后著重布置對流傳熱面積；灰渣溫度達到對流傳熱和顆粒內導熱平衡條件以下時應著重考慮冷渣器的技術經濟特征，適當結束冷渣過程。分段組織滾筒內的灰渣冷卻(2)2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙灰渣在滾筒內缺少對流傳熱：灰渣上升過程中與滾筒之間沒有相對運動，不構成對流傳熱條件。灰渣下降過程中能夠發(fā)生對流傳熱，但由于沒有氣體沖刷，對流傳熱幾乎可以忽略。滾筒冷渣器內灰渣以輻射和導熱為主。前者受灰渣溫度制約，后者受接觸壁溫制約；顆粒在滾筒中的對流傳熱成為強化冷渣器傳熱效果的關鍵。分段組織滾筒內的灰渣冷卻(3)2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙為加強中高溫灰渣顆粒與冷渣器之間的對流傳熱，需要造成顆粒與冷渣器之間的相對運動。具體措施是：花瓣內筒和花瓣外筒，以及花瓣滾筒與圓筒組合而成的滾筒構造。花瓣內筒與圓柱外筒詳見《冷渣器選型手冊》(北京億川匯合科技公司編)分段組織滾筒內的灰渣冷卻(4)內外筒均為花瓣結構花瓣外筒與圓柱內筒組合2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙詳見《冷渣器選型手冊》(北京億川匯合科技公司編)在恰當的地方加上防磨措施2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙花瓣內筒上的顆粒運動2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙花瓣內筒上的顆粒運動2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙總結：熱量回收與裝置壽命的矛盾2011年3月30日北京科技大學機械工程學院劉柏謙按照顆粒傳熱特性對滾筒進行分段，有效利用了灰渣放熱與滾筒吸熱特性。顆粒對流和顆粒對