一种旨在消除灰渣假冷的滚筒冷渣机

摘要

一种旨在消除灰渣假冷的滚筒冷渣机，用于循环流化床锅炉的高温灰渣冷却过程。该装置沿着滚筒轴向主要分为辐射换热段、对流段和导热段。本发明提供的一种旨在消除灰渣“假冷”的滚筒冷渣机从颗粒与器壁间的传热机理出发，分别组织辐射段，对流段，导热段颗粒的冷却过程，特别是通过引进“收热池”装置，克服了传统冷渣机在灰渣低温段出力不足的缺点，可有效增大装置的冷却能力，提高滚筒冷渣机出力，缩小滚筒长度，可为锅炉岛让出被冷渣机占据的检修通道。

说明书

技术领域

本发明属于高温粉体冷却领域，提供了一种用于冷却循环流化床锅炉排出的高温灰渣的新型滚筒冷渣机，通过采用消除灰渣“假冷”的措施，使高温灰渣内外温度趋于一致，使其得到彻底的冷却，大大提高冷却效果。亦可作为能源，环保，冶金，石油，化工等工业领域的工业装置排出的高温粉体的冷却装置。 

背景技术

循环流化床锅炉排出的高温灰渣携带大量物理显热，如不回收利用就会造成巨大的能量浪费。以火力发电厂循环流化床锅炉为例，若300MW循环流化床锅炉底渣排放量为100t/h，将这些灰渣由出炉温度冷却到略高于环境的温度，锅炉效率可以提高1％～2％，如设灰渣离开锅炉时的温度为1000℃，最终排渣温度为150℃，则回收的灰渣物理显热折合18190.37吨标煤/a。组织好高温灰渣废热的回收可以收到非常可观的经济效益。 

经过技术竞争和市场淘汰，目前只剩下流化床冷渣器和滚筒冷渣机两种。前者是利用流化床原理，在流化床中设置埋管受热面吸收高温灰渣的物理显热，后者是利用滚筒旋转使高温灰渣周期性地接触滚筒内表面的水冷壁放出物理显热。 

大型循环流化床锅炉使用的流化床冷渣器对颗粒尺寸十分敏感，一旦颗粒尺寸超过设计尺寸就会造成冷渣器塌床，进而引发锅炉停炉，经济损失巨大。因此，滚筒冷渣机得到了迅速的发展，其最大优点是对颗粒尺寸麻痹，只要锅炉能运行的颗粒都可以在滚筒中进行冷却。滚筒冷渣机的缺点是传热系数低，冷却能力小，为满足锅炉排渣的冷却要求，必须采用增大传热面积的方法，由于受到一系列技术限制，目前常规的做法是加大滚筒冷渣机长度。这不仅造成了锅炉正常运行及检修的不便，还可能占用锅炉岛通道，成为安全运行的巨大隐患，同时材料耗量也会随之增大。 

现有的滚筒冷渣机有多种型式，如百叶式、多管式、螺旋式等。中国专利网显示，目前关于流化床锅炉滚筒冷渣机的专利约有30个左右，这些冷渣器在换热方式上绝大部分是依靠高温灰渣与筒壁间的导热来进行的。部分冷渣机在结构上做出了改进，如徐杰等人的专利《滚筒式冷渣器》(专利号CN 201181175Y)，改变外筒内壁的扬料板结构，使得不与灰渣接触的换热面降低到约三分之一；任让等人的专利《扬料板滚筒冷渣器》(专利号CN 201181176Y)，改变了扬料板的结构，将其做成直板或下部弯折型，加大了颗粒物料的翻动程度；曹煦澄等人的专利《高效冷却滚筒式冷渣器》(专利号CN 200979169Y)，在导渣叶片上设置一根以上的水管，提高了冷却效果；在套筒式和水冷筒壁的基础上，这些专利主要是改进扬料板结构，使高温灰渣随着滚筒的转动到达滚筒内较高位置向下抛洒，或者设法在筒内空间增加换热面来强化换热。这些专利解决的主要问题包含两个方面内容：第一，解决了灰渣最大限度跟随滚筒运动问题，即有效延长了灰渣有效传热的时间；第二，解决了滚筒冷渣机承压能力问题。前者主要反映在各种扬料板，后者反映在夹套水冷结构基础上的水冷壁结构。 

虽然在结构上做出了各种改进，但灰渣冷却所依靠的主要还是灰渣颗粒群与筒壁间的导热。导热是三种传热过程中严重依赖于物质物性的一种传热过程。与辐射和对流相比，导热热阻主要显现在接触热阻上，造成导热的传热能力非常有限。对流传热可以通过改变流体速度来改善传热效果。滚筒冷渣机工作时，总会存在部分筒壁不被灰渣颗粒覆盖的工作状态，因此设法增加灰渣对滚筒壁的覆盖范围，组织颗粒均匀的对筒壁冲刷将会大大提高换热效果。刘柏谦的专利《连续雪崩式对流冲刷传热滚筒冷渣器》就是基于这一思路设计了新型滚筒冷渣机。由于灰渣温度不断下降，依靠辐射力降低颗粒温度的能力越来越弱。特别是当颗粒温度低于400℃以后，灰渣携带的热量很难回收，如果靠导热方式来回收热量，必然需要非常大的传热面积，或者滚筒做的足够长，尽可能的延长灰渣在滚筒内的冷却时间。 

国内冷渣器主要生产厂家在相关学术会议上对产品性能及相应的技术研究等方面的介绍与现有的专利内容是一致的，国内期刊中的相关报道也没有超出上述专利的技术范围。由于滚筒冷渣机的诞生地是中国，可以认为其他语言文献中没有相关的技术内容。本发明提供的一种旨在消除灰渣“假冷”的滚筒冷渣机，是在专利《连续雪崩式对流冲刷传热滚筒冷渣器》(申请号20112059376.3)的基础上，引进“收热池”装置，克服了导热段出力不足的缺点，从颗粒与器壁间的传热机理出发组织颗粒的冷却过程，将滚筒分为辐射换热段、对流段和导热段，根据传热机理强化不同阶段颗粒与冷却介质的换热。导热段颗粒温度比较 低，主要由颗粒内部导热和通过外表面的向外传热实现逐步降低的动态平衡。由于从循环流化床锅炉排出的灰渣粒径很小，通常测量的都是灰渣外表面的温度，颗粒内部的温度很难测量，但实际上排到导热段的灰渣颗粒外表面温度虽然很低，灰渣颗粒内部温度却远远高于外表面的温度，造成“皮冷肉不冷”的“假冷”现象。 

针对“假冷”现象，在滚筒冷渣机的导热段引入“收热池”装置，在灰渣进入导热段后，扩大灰渣与滚筒壁的接触面积，延长灰渣在滚筒内的冷却时间，使灰渣充分冷却，达到使灰渣内外温度趋于一致的目的，同时在滚筒冷渣机的出口处安装导料板，把经过彻底冷却的灰渣排出，可有效增大冷却能力，缩小滚筒长度。同时为厂房让出检修和消防通道，消除安全隐患，保障生产正常运行。 

发明内容

本发明的目的是通过在滚筒冷渣机的导热段引入“收热池”装置，在灰渣进入导热段后起到增加灰渣与滚筒壁的换热面积，延长灰渣在滚筒内的冷却时间的双重作用。最终使灰渣内外温度趋于一致，灰渣得到充分冷却，消除“假冷”现象，提供一种冷却效果更好的高效滚筒冷渣机。 

技术方案如下： 

1.滚筒结构 

沿着滚筒轴线方向，一种旨在消除灰渣“假冷”的滚筒冷渣机分成辐射传热段、对流传热段和导热传热段。就一个截面看，该冷渣器分成内筒和外筒。外筒是带有扬料板的膜式水冷壁，扬料板配合螺旋通道组织灰渣颗粒沿滚筒轴线的运动。 

2.“收热池”结构 

针对“假冷”现象本专利在滚筒的导热段布置了“收热池”装置。灰渣在螺旋导流槽道和扬料板的作用下运动到导热段时，滚筒外筒直径忽然变大，因此，滚筒可布置的换热面增大，对流换热效果进一步增强，起到了增大换热面积，延长灰渣与滚筒壁的接触时间的作用，同时此段布置的扬料板结构与滚筒轴向夹角较小，不利于灰渣排出滚筒，进一步延长灰渣在滚筒内的停留时间，消除灰渣“皮冷肉不冷”的假冷现象。 

所述的一种旨在消除灰渣“假冷”的滚筒冷渣机，高温颗粒从进料机构1进入冷渣器，经过辐射换热段时与膜式水冷壁辐射换热后，在旋转滚筒2的带动下灰渣进入到内外筒间和滚筒内部，然后由扬料板将颗粒导流到凹槽8，与对流段膜式水冷壁交换热量。在滚筒对流段高温颗粒不断冲刷内筒表面，形成颗粒与膜式水冷壁9表面和光管结构10的有效对流，可增强总体换热效果。在滚筒导热段，低温灰渣进入收热池装置，滚筒直径增大，灰渣随滚筒转动一段时间后，在后面推进灰渣，导料板3和排料板6的共同作用下到达颗粒出口后，依靠重力排出滚筒。冷却水从入口4进入，经过滚筒吸收热量后从出口5汇集，且依靠旋转接头把冷却水入口管、出口管与旋转滚筒连接起来。 

本发明提供的一种旨在消除灰渣“假冷”的滚筒冷渣机主要分为辐射换热段、对流段和导热段。以实施例1为例，辐射段以颗粒与壁面间的辐射换热为主，该段内筒为鼠笼式光管结构7，外筒为膜式水冷壁结构。对流段通过布置与轴向成一定夹角的扬料板推进颗粒向排渣口前进，促成颗粒与水冷表面之间的对流换热，可有效提高冷却能力。导热段引入收热池装置，克服传统冷渣器靠导热方式冷却灰渣出力不足的缺点。 

与现有技术相比，本发明的优点是： 

1、从高温颗粒与器壁传热机理出发组织传热过程，将滚筒分为辐射换热段、对流段和导热段。与现有滚筒冷渣机相比，重点强化了辐射传热和颗粒与器壁间的对流换热，完善了导热段出力不足的缺点，针对每一段的换热机理，采取了最有利于换热方式的措施，可有效增大冷却能力； 

2、巧妙布置了导热段的收热池装置，滚筒长度不变的前提下，增大了滚筒的换热面积，延长灰渣在滚筒内的冷却时间。 

3、根据灰渣温度的变化，和每种换热方式需要的最佳换热条件，分别在滚筒冷渣机的辐射段，对流段，导热段布置不同高度，不同种类，至少两种样式的扬料板，增强冷却效果。 

4、相同体积前提下，可显著增加有效传热面积，提高装置的吸热能力； 

5、在辐射换热段，充分利用高温粉体的辐射特性和辐射减弱特性来增大颗粒与壁面之间的辐射换热量； 

6、由于强化了传热效果，滚筒前段直径不变的前提下可缩小滚筒长度，节约材料。同时可为厂房让出检修通道，消除安全隐患，保障生产正常运行。 

7、由于明显提高了传热系数并增加了传热面积，延长了灰渣停留时间，因此可以有效提高灰渣处理量。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图； 

图2是图1中筒体的A-A断面图(辐射段剖面)； 

图3是图1中筒体的B-B断面图(对流段剖面)； 

图4是图1中筒体的C-C断面图(导热段剖面)； 

图5是图1中筒体的B向视图(左视图)； 

图6是图1中筒体的C向视图(右视图)； 

图中：1.进料机构，2.旋转滚筒，3.导料板，4.冷却水入口，5.冷却水出口，6.排料板，7.鼠笼式光管结构，8.凹槽 9.膜式水冷壁，10.光管结构。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行说明。 

实施例1：设计参数：灰渣温度850℃，冷却到150℃ 

一种旨在消除灰渣“假冷”的滚筒冷渣机长4.5m，水冷外筒直径1.2m，内筒有效直径0.8m；辐射换热段长1.5m，沿外筒圆周布置45根水冷管，直径50mm，两管中心线夹角为8°，且两管之间用5mm厚钢板焊接形成膜式壁，同时在该膜式壁的水冷管上焊接5mm厚直角形钢板肋片来加强颗粒与壁面间辐射换热，方向垂直管壁；在对流换热段，沿内筒圆周共布置48根水冷管，每个凹槽壁上均匀布置九根，同样每两根水冷管间焊接5mm厚钢板作为对流换热肋片，内筒共设有3个凹槽，凹槽深0.3m，凹槽边缘设置承灰片承接外筒扬料板抛撒的颗粒，同时该段的外筒膜式壁水冷管上焊接5mm厚下部弯折钢板做为扬料板，弯向与滚筒旋转方向相同。导热换热段长1m，，外筒直径1.7m，沿外筒圆周布置60根水冷管，直径50mm，两管中心线夹角为8°，且两管之间用5mm厚钢板焊接形成膜式壁。 

本发明的核心概念是在滚筒的导热段布置“收热池”装置，增大滚筒与灰渣的换热面积，强化对流换热效果，延长灰渣在滚筒内的冷却时间。任何基于本发明思路的实施方式，均属于本发明的保护范围之内。