循环流化床锅炉冷渣器结焦特性实验研究

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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白白浪费。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900℃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——烟风水联合冷渣器,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。
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