專利名稱：返回式氣墊床冷渣機及其運行工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于循環(huán)流化床鍋爐的返回式氣墊床冷渣機及其運行工藝。亦可用于其它顆粒狀物料的冷卻，如冶煉沸騰焙燒爐物料的冷卻等。
背景技術：
1997年11月1日，全國人大常委通過了“中華人民共和國節(jié)約能源法”。其中，第39條明確規(guī)定“鼓勵和發(fā)展適應我國煤種的各種流化床鍋爐”。
由于流化床鍋爐燃燒寬篩分的煤，不可避免會出現(xiàn)大顆粒的沉積，聚集在床層底部形成爐底渣(俗稱冷渣)，若不及時排出，會惡化流化質量，降低燃燒與脫硫效率，發(fā)生結焦事故等問題。解決爐底渣的及時排放與冷卻并回收爐底渣的余熱，就成為循環(huán)流化床鍋爐推廣應用與大型化過程中必須解決的一個重要課題。它是流化床鍋爐不可分割的組成部分。
1996年以前，我國市場上出現(xiàn)的冷渣機大部份是螺旋式和滾筒式兩大類。有國產的，也有進口的。
1996年，我國引進的芬蘭AHLSTROM公司100MW循環(huán)流化床機組投入運行，采用芬蘭AHLSTROM公司的選擇性單一流化床冷渣機加水冷絞籠冷渣機兩級冷卻。其后，某鍋爐廠引進了美國FOSTER-WHEELER循環(huán)流化床技術，其中包括選擇性流化床式冷渣機。另一鍋爐廠引進法國ALSTOM公司循環(huán)流化床鍋爐技術，其中也包括另一類選擇性流化床式冷渣機。
此外，國內某大學及某研究所先后也推出了他們的流化床式冷渣機。
表1列出了迄今為止的流化床鍋爐用爐底渣冷卻設備的概況。
表1迄今市場上供應的幾種冷渣機的性能比較表


可見，這兩大類爐底渣冷卻設備存在的主要問題是1)各種機械傳動方式的冷渣設備存在的主要問題是機械故障多，維修費用高，影響鍋爐安全運行；冷卻效果差，在額定負荷下很難達到200℃以下；余熱難于有效回收利用。
2)各種流化床冷渣設備存在的主要問題是易結焦，影響鍋爐安全運行；冷卻效果較差，在額定負荷下很難達到200℃以下；體積大，占地多，投資高。
針對上述問題，本人于1997年著手研制出SCT型氣槽式冷渣輸渣機的專利產品，專利號為ZL.99 2 33978.2。實踐表明，它可以同時實現(xiàn)冷渣與輸渣，但由于氣槽式冷渣與輸渣部分均向下傾斜3-8°的傾角，在實際使用中遇到一定的困難。
1999-2000年，針對各種流化床式冷渣機暴露出的問題，以及在總結SCT型氣槽式冷渣輸渣機的專利產品存在的問題基礎上，對ZL.99 2 33978.2專利進行了改進，申請了ZL.00 225792.0和ZL.01 2 49355.4專利，其改進的要點就是把輸渣與冷渣分離，各自單獨組成專利產品。故在2000年申請了專利號為ZL.00 2.25792.0的氣槽式輸渣機專利，它只承擔輸渣任務。2001年又申請了專利號為ZL.01 2 49355.4氣槽式冷渣機專利(簡稱SC型冷渣機)，專門承擔冷渣任務。
實踐證明，ZL.01 2 49355.4專利取得了成功，基本上解決了上述其它各種冷渣機存在的問題。冷卻效果較好，無機械故障等。但實踐表明，仍存在一些問題，主要是由布風板向下傾斜帶來的，包括1.由于氣槽向下傾斜，造成進料口端料層薄，出料口端料層厚，從流化的角度要求，進料口端風量要小，出料口端風量要大；可是，另一方面，進料口端爐底渣溫度高，出料口端溫度低，從冷卻角度又要求進料口端風量大，出料口端風量小。為確保冷卻的需要，不得不增加高溫段的風量，從而使爐底渣在床內停留時間減少，有少量的高溫爐底渣徑自從溢流口逃逸，即常有少量熱的紅渣從排渣口中排出，降低了冷渣機的冷卻效果。
2.由于氣槽向下傾斜，進料口端高，出料口端低；難于與循環(huán)流化床鍋爐排渣口低矮與輸渣設備高的進渣口配套，限制它的推廣應用。
3.被加熱的空氣中夾帶細渣顆粒多，堵塞和磨損熱空氣管道系統(tǒng)，給熱空氣的利用帶來困難，不得不在熱空氣管道上增設除塵器。
為了解決這些問題，2002年本人又申請了溢流式氣墊床冷渣機專利(簡稱SA型冷渣機)，專利號為ZL.02 250163.3。它將布風板由向下傾斜改為向上傾斜，在冷渣機的熱空氣出口處增設細小顆粒分離器等。
經(jīng)過在四個廠七臺不同容量(25、60、75和410t/h)循環(huán)流化床鍋爐上的運行實踐表明，SA型冷渣機達到了預期的效果，用戶非常滿意。但隨著各企業(yè)對環(huán)保意識和節(jié)能意識的提高，SA型冷渣機仍存在以下兩個問題，不能滿足較大型的循環(huán)流化床鍋爐更高的環(huán)保與節(jié)能要求第一，熱風回收利用問題。SA型冷渣機與SC型冷渣機一樣，加熱后的熱風沒有直接送回爐內。若要回收送回爐內，需要另置送風機或其它設備。其結果是增加設備，增加投資和運行費用；同時也增加運行操作工作量。有時，為簡化系統(tǒng)，將熱風直接排入鍋爐尾部煙道，不回收這部分余熱。
第二，熱風夾帶的細小顆粒的返回問題。SA型冷渣機內雖加裝了細小顆粒分離設備，但分離效率不高。雖能減少了熱風夾帶的細小顆粒量，但所收集的細小顆粒均從冷渣機排渣口排走，不回收。仍留在熱風中的細小顆粒對增設的送風機或其它設備帶來磨損。不回收排出的爐底渣中的細小顆粒給循環(huán)流化床鍋爐帶來兩方面的問題一是循環(huán)流化床鍋爐是用添加石灰石方法進行脫硫，它隨爐底渣排出不回收，利用率低。為了提高石灰石的利用率，需要將隨爐底排出的石灰石返回爐內。二是為了改善流化質，提高燃燒效率，需要不斷補充循環(huán)流化床鍋爐底部的細小顆粒濃度。這對于煤質變差、煤的破碎系統(tǒng)不完善、入爐煤的顆粒度達不到設計要求時特別重要。因此應盡可能將排出的爐底渣的細小顆粒返回爐內。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提出一種返回式氣墊床冷渣機及其運行工藝，它冷卻效率高、運行安全可靠、能充分利用爐底渣的余熱以提高鍋爐效率；還能改善循環(huán)流化床鍋爐的流化質量、提高脫硫劑的利用率和脫硫效率，以及鍋爐的燃燒效率；并可簡化冷渣機與鍋爐連接的系統(tǒng)、簡化結構與操作，由此節(jié)省投資，提高冷渣機運行的穩(wěn)定性和安全性；且本發(fā)明設備易于與各種大、中型循環(huán)流化床鍋爐配套使用。
本發(fā)明的技術解決方案是，所述返回式氣墊床冷渣機有長方體機殼，頂部一端設有熱空氣出口的所述機殼內有氣墊床和位于氣墊床內的冷卻受熱面，氣墊床由機殼內壁和氣墊床布風裝置組成，其結構特點是，所述氣墊床布風裝置由水平或傾斜布置的氣墊床布風板、分別位于該氣墊床布風板兩側的氣墊溝壁、位于氣墊床布風板下面的風室以及與風室連通的風室進風口組成，所述氣墊床布風板為其上開有上面小下面大之錐形小孔的多孔板，該氣墊床布風板與其兩側的氣墊溝壁以及機殼兩端所圍成的區(qū)域組成狹長的氣墊溝，位于熱空氣出口下方的氣墊溝一端設有排渣口而其另一端上方設有進渣口。
以下對本發(fā)明做出進一步說明。
參見圖1至圖3，本發(fā)明所述返回式氣墊床冷渣機有長方體機殼3，頂部有熱空氣出口5的機殼3內有氣墊床7和位于氣墊床內的冷卻受熱面4，氣墊床7由機殼內壁和氣墊床布風裝置組成，其結構特點是，參見圖4和圖5，所述氣墊床布風裝置由水平或傾斜布置的氣墊床布風板10、分別位于該氣墊床布風板10兩側的氣墊溝壁9、位于氣墊床布風板10下面的風室(11)以及與風室(11)連通的風室進風口1組成；參見圖6至圖8，所述氣墊床布風板10為其上開有上面小下面大之錐形小孔12的多孔板，該氣墊床布風板10與其兩側的氣墊溝壁9以及機殼兩端所圍成的區(qū)域組成狹長的氣墊溝8，位于熱空氣出口5下方的氣墊溝一端設有排渣口6而其另一端上方設有進渣口2。
氣墊床布風板10(或氣墊溝8)應有足夠的長度，以保證被冷卻的顆粒在床內保留足夠長的時間，形成溫度梯度，氣墊床布風板10的長寬比應≥12；所述氣墊床布風板10一般采用水平布置，也可根據(jù)需要向上或向下傾斜，即該氣墊床布風板10與水平面所成夾角的范圍為0°-±8°；所述氣墊床布風板10上的錐形小孔12上口直徑為φ3.0-6.8mm，下口直徑為φ8-10mm；且錐形小孔12在氣墊床布風板10上的開孔率為8％-20％，并呈三角形分布(參見圖7)，小孔節(jié)距為7-15毫米；該氣墊床布風板10上的開孔區(qū)域(即有效布風板面積)的長與寬同氣墊溝的長與寬相等；所述開孔區(qū)域的長與寬即為氣墊床布風板10的有效長度與有效寬度。
氣墊溝壁9沿氣墊溝有效寬度的兩邊布置，長度與氣墊溝長度相等，其高度為120-300毫米；它可以是垂直的，也可制成喇叭型；當其制成為喇叭型時(參見圖9至圖11)，其下部的氣墊溝壁垂直段13的高度≥120mm，氣墊溝壁上部喇叭段14向外傾角α為12°≤α≤30°；其厚度決定于機械結構強度。為防止磨損，氣墊溝壁9應采用耐磨鑄鐵制造。一般來說，喇叭型結構較好。
風室11的寬度應大于氣墊床布風板10有效寬度的1.2倍，其高度≥350mm；單個風室11的長度為500-2000mm，當氣墊床布風板10的有效長度大于單個風室的長度時，可以根據(jù)氣墊床布風板10的有效長度設置2-8個風室11。每個風室11均設有一個風室進風口1。
進渣口2的下沿距氣墊床布風板10表面距離≥300mm。
冷卻受熱面4可以用鑄鐵鰭片管組，也可以用無縫鋼管，布置在氣墊溝的上方。它可以是縱向布置，也可以是橫向布置，其下沿距氣墊床布風板10表面應大于或等于350毫米。鑄鐵鰭片管組選用國家標準鑄鐵省煤器管。
本發(fā)明的技術方案之二是，所述返回式氣墊床冷渣機的運行工藝是，氣墊溝8的橫截面平均氣流速度為3-6米/秒，氣墊溝8上方氣墊床7的橫截面平均氣流速度為0.8-1.6米/秒，氣墊床布風板10的錐形小孔12處的氣流速度為15-42米/秒，它根據(jù)爐底渣平均顆粒直徑的大小選取，以能保證冷態(tài)時爐底渣不會停滯在氣墊溝為準；由風室進風口1進入風室11的空氣溫度低于30℃，且其氣流速度≤12米/秒，可由風室進風口1面積大小調整；風室11的運行壓力≥8000Pa，以保證熱空氣及其夾帶的細小顆粒返回；夾帶有細小顆粒的被加熱空氣從熱空氣出口5直接返回循環(huán)流化床鍋爐內，以回收余熱、改善流化質量，提高鍋爐燃燒效率和脫硫效率，節(jié)約能源和節(jié)省脫硫劑。
本發(fā)明的工作原理與過程是，溫度不超過30℃的工作空氣從風室進風口1送入風室11，經(jīng)氣墊床布風板10送入氣墊溝8，形成氣墊后進入氣墊溝8的上部空間機殼內的氣墊床7。熱的爐底渣由氣墊溝8一端上部的進渣口2進入氣墊溝8的上部空間機殼氣墊床7內，與從氣墊溝8送來的空氣強烈混合進行熱交換，以及與安裝在此的冷卻受熱面4進行強烈的接觸熱交換被冷卻。之后，被冷卻的爐底渣從氣墊溝的另一端排渣口6排出。從氣墊溝送來的空氣在冷卻爐底渣的同時本身被加熱，夾帶細小顆粒從頂部熱空氣出口5排出，直接送回循環(huán)流化床鍋爐。
由以上可知，本發(fā)明的設備和工藝的技術特點有(1)冷卻效率高。流化床的最大特點是床內氣固強烈混合，溫度分布均勻。這一特征用于燃燒，是最有利的因素；用于冷卻高溫物料，恰恰成為致命的障礙。前述各種流化床式冷渣機暴露出冷卻效果差的原因就在于此。有的流化床冷渣機為了提高冷卻效率，不得不加大體積，如多選擇性流化床冷渣機等，投資大，費用高。如何在床內建立溫度梯度場，克服流態(tài)化床溫度分布均勻的特點，提高冷卻效率，就成為新型流化床冷渣機的關健所在。本發(fā)明采用狹長的氣墊床，有效地在床內建立溫度梯度，解決了這一問題。從而做到冷卻效率高，冷渣機體積小，易于實現(xiàn)冷渣機大型化，滿足10t/h以上大渣量的各種流化床鍋爐冷卻爐底渣的要求。
(2)運行安全可靠。目前，其它各種流床化冷渣機共同存在另一個嚴重問題就是床內易結焦，危及冷渣機和鍋爐的安全運行。有的將已安裝的流床化冷渣機一改再改，仍不解決問題。有的干脆停用。究其原因，它們都是采用風帽式布風板，結構復雜，流化速度低所致。本專利采用多孔板，結構簡單，流化速度較高，從根本上避免了結焦的可能，確保鍋爐的安全運行。
(3)充分利用了爐底渣的余熱，提高鍋爐效率，可以節(jié)約能源0.5％～6％。
a、用于冷卻受熱面的冷卻水可以用化學水，加熱后送入除氧器；也可以用汽輪機的冷凝水，加熱后送入低壓加熱器。從而減少除氧器或低壓加熱器的汽耗，節(jié)約能源。當然，也可用工業(yè)水或自來水，加熱后作其它用途。
b、加熱后的熱風無需經(jīng)過任何中間裝置，直接送入爐內作二次風用，提高鍋爐的燃燒效率，節(jié)約能源。
(4)改善循環(huán)流化床鍋爐的流化質量，提高鍋爐燃燒效率，可以節(jié)約能源0.2％～2％。同時，提高了鍋爐運行的穩(wěn)定性能與安全性能。細小顆粒返回爐內，可以增加循環(huán)流化床鍋爐底部的細小顆粒濃度，改善流化質量，避免循環(huán)流床鍋爐內出現(xiàn)搭橋等假流化現(xiàn)象和結焦，提高循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率和運行穩(wěn)定性與安全性。這對燃煤煤質變差或入爐煤顆粒度達不到設計要求時特別有效。
(5)提高脫硫劑的利用率和脫硫效率。脫硫劑返回爐內再利用，可以提高脫硫劑的利用率和脫硫效率。
(6)簡化了冷渣機與鍋爐連接的系統(tǒng)，節(jié)省投資與運行費用。由于熱風及細小顆粒直接返回爐內，不需單獨增設風機等設備，簡化了冷渣機與鍋爐連接的系統(tǒng)，節(jié)省投資與運行費用。
(7)簡化了結構，簡化了操作，提高冷渣機運行的穩(wěn)定性和安全性。包括a、氣墊床布風板水平布置，各風室進口閥門開度只須在啟動運行前根椐床內溫度分布情況作一次性調整后不需再調整。以后只需根椐冷卻的渣量多少調整總風閥門，簡化了操作。
b、取消溢流口和事故排渣口，簡化了結構。冷卻后的渣只能從冷渣機底部排渣口排出，進一步提高了冷卻效果，完全杜絕出紅渣現(xiàn)象。
(8)易于與各種大、中型循環(huán)流化床鍋爐配套使用。由于以上各個特徵，本發(fā)明型冷渣機是各種循環(huán)流化床鍋爐配套使用的理想設備。
(9)本發(fā)明的設備和工藝可以用于其它任何顆粒狀物料的冷卻。


圖1是本發(fā)明冷渣機的一種實施例主視結構示意圖(箭頭A為冷卻水出口，B為冷卻水進口)；圖2是圖1所示裝置的俯視圖；圖3是圖1中A1-A1剖視示意圖；圖4是本發(fā)明氣墊床布風裝置主視結構示意圖；圖5是圖4所示構件的左視圖；圖6是本發(fā)明氣墊床布風板10的結構示意圖；圖7是圖6中A2部位放大結構圖；圖8是圖7中B1-B1向剖視結構；圖9是本發(fā)明氣墊溝壁9主視結構；圖10是圖9所示構件左視結構圖；圖11是圖9所示構件俯視結構。
在圖中1-風室進風口， 2-進渣口，3-機殼， 4-冷卻受熱面，5-熱空氣出口， 6-排渣口，7-氣墊床， 8-氣墊溝，9-氣墊溝壁， 10-氣墊床布風板，11-風室， 12-錐形小孔，13-氣墊溝壁垂直段，14-氣墊溝壁上部喇叭段。
具體實施例方式
按照附圖及上述的本發(fā)明冷渣機，氣墊床布風板10的長寬比為20，與水平面平行布置，錐形小孔12的上、下口徑分別為Φ5和Φ10，開孔率為15％，呈三角形分布，小孔節(jié)距12毫米；氣墊溝壁9高度200mm，為喇叭型結構，其下部的垂直段13高度120mm，上部喇叭段14傾角α＝12°；風室11寬度為氣墊床布風板10有效寬度的1.2倍，高度為400mm；單個風室11長度為1100mm，共設置四個；進渣口2的下沿距氣墊床布風板10表面距離為350mm；冷卻受熱面4采用鑄鐵鰭片管組，選用國家標準鑄鐵省煤器管，縱向布置在氣墊溝上方，其下沿距氣墊床布風板10的距離為500mm；氣墊溝8的橫截面平均氣流速度為3-5米/秒，氣墊溝8上方氣墊床7的橫截面平均氣流速度為0.8-1.2米/秒，錐形小孔中氣流速度20-42米/秒，進入風室11的空氣溫度≤30℃，氣流速度10米/秒；風室11運行壓力8000Pa-12000Pa；被加熱空氣經(jīng)連通管直接返回循環(huán)流化床鍋爐中。
權利要求
1.一種返回式氣墊床冷渣機，有長方體機殼(3)，頂部有熱空氣出口(5)的機殼(3)內有氣墊床(7)和位于氣墊床(7)內的冷卻受熱面(4)，氣墊床(7)由機殼內壁和氣墊床布風裝置組成，其特征是，所述氣墊床布風裝置由水平或傾斜布置的氣墊床布風板(10)、分別位于該氣墊床布風板(10)兩側的氣墊溝壁(9)、位于氣墊床布風板(10)下面的風室以及與風室連通的風室進風口(1)組成，所述氣墊床布風板(10)為其上開有上面小下面大之錐形小孔(12)的多孔板，該氣墊床布風板(10)與其兩側的氣墊溝壁(9)以及機殼兩端所圍成的區(qū)域組成狹長的氣墊溝(8)，位于熱空氣出口(5)下方的氣墊溝一端設有排渣口(6)而其另一端上方設有進渣口(2)。
2.根據(jù)權利要求1所述的返回式氣墊床冷渣機，其特征是，所述氣墊床布風板(10)的長寬比≥12，它與水平面所成夾角的范圍為0°-±8°。
3.根據(jù)權利要求1所述的返回式氣墊床冷渣機，其特征是，所述氣墊床布風板(10)上錐形小孔(12)的上口直徑為φ3.0-6.8mm，下口直徑為φ8-10mm；且所述錐形小孔(12)在氣墊床布風板(10)上的開孔率為8％-18％，并呈三角形分布，其節(jié)距為7-15毫米；氣墊床布風板(10)上的開孔區(qū)域的長與寬同氣墊溝(8)的長與寬相等。
4.根據(jù)權利要求1所述的返回式氣墊床冷渣機，其特征是，所述氣墊溝壁(9)的長度與氣墊溝(8)長度相等，其高度為120-300毫米。
5.根據(jù)權利要求4所述的返回式氣墊床冷渣機，其特征是，所述氣墊溝壁(9)為垂直的或喇叭型；當其為喇叭型時其下部的氣墊溝壁垂直段(13)的高度≥120mm，氣墊溝壁上部喇叭段(14)向外傾角α為12°≤α≤30°。
6.根據(jù)權利要求1所述的返回式氣墊床冷渣機，其特征是，風室(11)的寬度大于氣墊床布風板(10)開孔區(qū)域寬度的1.2倍，其高度≥350mm；單個風室(11)的長度為500-2000mm，設有1-8個風室(11)，每個風室(11)均設有一個風室進風口(1)。
7.根據(jù)權利要求1所述的返回式氣墊床冷渣機，其特征是，所述進渣口(2)的下沿距氣墊床布風板(10)表面距離≥300mm。
8.根據(jù)權利要求1所述的返回式氣墊床冷渣機，其特征是，所述冷卻受熱面(4)采用鑄鐵鰭片管組或無縫鋼管，縱向布置或是橫向布置，其下沿距氣墊床布風板10表面≥350毫米。
9.一種如權利要求1所述返回式氣墊床冷渣機的運行工藝，其特征是，它包括(1)氣墊溝(8)的橫截面平均氣流速度為3-6米/秒；(2)氣墊溝(8)上方氣墊床7橫截面平均氣流速度為0.8-2米/秒；(3)氣墊床布風板(10)的錐形小孔(12)的氣流速度為20-42米/秒；(4)由風室進風口(1)進入風室(11)的空氣溫度低于30℃，且其氣流速度≤12米/秒；(5)風室(11)的運行壓力≥8000Pa；(6)夾帶有細小顆粒的被加熱空氣從熱空氣出口(5)直接返回循環(huán)流化床鍋爐內。
全文摘要
一種返回式氣墊床冷渣機，有熱空氣出口的機殼內有氣墊床和冷卻受熱面，氣墊床布風裝置由布風板、氣墊溝壁、風室及進風口組成，布風板為其上開有錐形小孔的多孔板，布風板與氣墊溝壁以及機殼兩端所圍成的區(qū)域組成狹長的氣墊溝，氣墊溝一端設有排渣口而另一端上方設有進渣口；運行工藝是氣墊溝的截面平均氣流速度為3－6米/秒，氣墊床截面平均氣流速度為0.8－2米/秒，布風板小孔的氣流速度為20－42米/秒；風室11的運行壓力≥8000Pa；夾帶有細小顆粒的被加熱空氣直接返回循環(huán)流化床鍋爐。它冷卻效率高、運行安全可靠、能充分利用渣余熱、改善流化質量、提高脫硫效率和鍋爐效率，系統(tǒng)連接與操作簡單。它可以用于其它任何顆粒狀物料的冷卻。
文檔編號F23J1/00GK1837680SQ200510031359
公開日2006年9月27日 申請日期2005年3月23日 優(yōu)先權日2005年3月23日
發(fā)明者毛鴻禧 申請人:毛鴻禧