冷渣器的发展现状及趋势

刘 亮，崔 林

(机械工业第六设计研究院有限公司，河南郑州 450007)

0 概述

能源的消费随着人类社会的发展而不断增加，由于人们对能源的利用过程中限于技术、设备等的原因，效率较低，在燃料消耗、动力消耗过程中，伴生的大量余热资源浪费严重。探索余热资源的合理回收利用，全面提高资源利用率始终是广大工作者关注的问题。

炉渣余热回收不仅有助于环保，改善工厂中的工作环境，而且在经济方面也有很客观的效益，CFB锅炉的排渣温度一般在850℃，含热量高，如果直接排渣，浪费能源，污染环境。高温灰渣通过冷渣器与冷却水换热，渣温可降到100℃以下，既提高了锅炉热效率，又节约能源。按4 t/h炉渣余热回收计算，约可回收热量4.55 GJ，相当于217.6 kg低位发热量为20935kJ/kg原煤的发热量;锅炉按每年运行7 000 h计算，可节约原煤约1 523 t。另外经过冷渣设备处理的炉渣可以广泛的应用于水泥工业和建筑行业，实现资源再利用，这也是一笔可观的额外收入。

1 现有冷渣器的状况及技术特点

目前国内锅炉排渣冷却的方式较多，没有运动部件的如:风箱型(灰渣冷却床)、蛇道型(塔式)、Z字型等冷渣器，而有运动部件的冷渣器有回转式和震动式等几种，回转式冷渣器又有滚筒式、刮板式、震动式等，其各自技术特点如下:

1.1 HG型风水联合冷渣器

HG型风水联合冷渣器通过锥型阀或L阀与锅炉本体相连，通过调节锥型阀或L阀来控制排渣量，其结构见图1。

图1 HG型风水联合冷渣器

通常每台锅炉装有两台风水联合式冷渣器，当后墙给煤时，它们位于炉前。冷渣器呈矩形，内衬耐磨、耐火材料，共分三个室，第一室没有布置受热面，主要是利用流化风冷却热渣，并起到一个缓冲的作用，以便从炉膛排出的渣在这里经过缓冲以后能沿冷渣器宽度方向均匀分配，确保冷却效果。第二、三室装有蛇形管束，一、二室相通，二、三室由风冷隔墙隔开，冷渣器底部有布风板和风箱。每台冷渣器有一个进渣管，位于第一室侧面;在第三室后面有一个排渣口和一个返料口，排渣口与排渣系统相连接，返料口与炉膛相连。

冷渣器通过构架支在0 m地面上，与炉膛的膨胀差通过安装在进渣管及返料管中间的膨胀节来解决。该种形式的冷渣器的优点是:对煤种的适应性强，在运行时，冷渣器内存有大量的冷渣，可承受大量热渣涌入造成的热冲击;通过溢流的方式排渣，当进渣量增加时溢流量也增加，进渣量减少时溢流量也随之减少，运行稳定;采用30～40℃的Ⅱ级除盐水和冷风作为冷却介质，可获得较大的传热温差，采用埋管式受热面，传热系数可达200 W/m2· K以上;单台冷却能力可达20～30 t/h;采用较低的流化速度(≤1 m/s)，埋管受热面的磨损较轻，可运行一个大修周期，运行维护量小。

1.2 SG型风水冷流化床冷渣器(FBAC)

对于较大容量和燃料灰分较高的锅炉，上锅采用风水冷流化床冷渣器(FBAC)。风水冷流化床冷渣器内部由两个冷却仓组成，其上设有一个装有ACV阀的进渣口、一个溢流排渣管和一个排气口。炉膛排出的热渣由ACV阀控制调节进入FBAC的第一个冷却仓，在第一个冷却仓前部留有足够的空间(称为平衡室)使热渣均匀地通过水冷管束。

每个仓中布置有水冷管束，仓与仓之间用分隔墙隔开，固体颗粒溢墙均匀地进入下一个冷却仓，在每个仓有管束和没有管束的区域均有其独立的布风装置，布风装置为钢板式结构，在布风板上布置有“T”型风帽，运行时，通过各自独立的配风风管风量的调节来保证冷渣器的冷却效果。冷渣通过设在第二冷却仓的溢流排渣口排出，每一个冷却仓布风板上还设有检修用排渣口。

根据具体情况，管束内冷却水可以是给水，也可以是凝结水。

1.3 风箱型冷渣器(灰渣冷却床)

由下部的固定床和上部的流化床组成，床内布置有埋管，靠埋管和灰渣之间或风和灰渣之间进行热交换将灰渣冷却。这种冷渣器用风量约是锅炉总风量的25%左右。如图2所示。

图2 风箱型工作原理图

1.4 Z 字型

Z字型冷渣器和蛇道型冷渣器相似也是置于放渣口下方，灰渣从顶部进入Z字形通道的冷渣器内，在风力和重力的作用下，采用风冷却，灰渣自上而下流动，风从下至上流动。有运动部件的冷渣器用水冷却，体积小，磨损轻微，对灰渣的粒度没有太严格的要求，结构简单，很方便地调节排渣量的大小，运行和检修费用低。

这类冷渣器有回转式和震动式等几种，其中回转式冷渣器又有滚筒式、旋转刮板式、震动式等。

滚筒式冷渣器是目前在我国使用最多的一种冷渣器，有一个带有螺旋片的滚筒，在转台上旋转，灰渣和带有螺旋片的滚筒相对运动使灰渣从冷渣器的进口处向出口处移动同时完成热交换，冷却介质一般采用出盐水，详见图3。

旋转刮板式是由多层圆形平面体和多组刮板组成的冷渣器，灰渣从最上层的圆形平面体进入冷渣器体内经过刮板的携带进入下层图形平面体，以此类推直至灰渣排出，灰渣和多层圆形平面体内的冷却水完成热交换，冷却介质一般采用出盐水。

震动式冷渣器的工作原理与震动给煤机相似，通过震动使灰渣向排渣口移动，在震动的过程中灰渣和震动机接触、碰撞换热。

2 冷渣器运行中常见问题及原因

冷渣器回风管与冷渣器顶部经常出现焊口撕裂，管子与冷渣器顶部钢板接口有较大的间隙(约15 mm)，有漏灰现象，尤其在刚启动时候。原因:冷渣器回风管设计上考虑了斜管与锅炉的膨胀关系，但是由于不能完全吸收锅炉和冷渣器在回风管直段的膨胀量，造成工作温度较高的冷渣器顶部与回风管的焊口承受应力并撕裂，导致漏灰。

冷渣器进渣管与冷渣器前墙经长期运行后有少量漏灰现象。原因:冷渣器生根于0 m地面，受热后向上有少量的膨胀，进渣斜管与冷渣器前墙接口处长期受变化的应力，致使长期运行后有漏灰现象。

冷渣器回风管直段运行一段时间后磨损严重。原因:由于锅炉运行中掺了大量的煤矸石和中煤，渣量大，返回风温度高且返料量大，导致回风管直段运行一段时间后磨损严重。

3 冷渣器的发展趋势

图3 滚筒冷渣机轮廓及剖面图

随着锅炉大型化的发展，对锅炉附属设备的要求也相应提高，要对锅炉排渣冷却与输送系统统筹考虑，这样对冷渣器的功能要求越来越高，要求冷渣器的排渣温度越来越低，能保持在100℃左右，以提高后续输渣设备的使用寿命和连续无故障运行小时数。所以要求今后的冷渣器不仅能排渣，而且要能最大限度的回收灰渣的物理显热，保证合理的冷却温度。冷渣器不仅是排渣器而且是高效的热量回收器，是一个高效节能产品。

GLZ型高效滚筒冷渣器，采用全新的场协同设计理念，应用颗粒团的传热特点，用单一的冷却介质水冷，就可将高温渣在短时间内迅速降低到80℃以下，在保持了冷渣器较小体积的前提下，使单台冷渣器的排渣量提高到30 t/h以上，设备结构独特，具有独立的冷却装置，可以做到在不损害冷渣器本体的情况下进行检修，实现了真正意义上的维修方便。

4 对冷渣器选择的建议

对于原煤粒度小，灰分不大的燃料，能够保证设计要求的入炉煤粒度，建议采用风水联合冷渣器，并消除运行上发现的问题，改进设计，提高产品性能;对于燃料特性一般(灰分中等，矸石不多)的电厂则根据用户要求选用冷渣器型式。当要求采用风水联合冷渣器时应采用改进后的设计产品;当要求采用滚筒冷渣机时，需注意解决当燃料灰分小、细灰不返回炉膛带来的循环物料减少产生的后果。气垫床冷渣机，射流床冷渣器的开发投运为选择冷渣器又增加了一个机会。这两种型式的冷渣器原理是介于风水联合及滚筒式冷渣机之间，既克服了前者的结渣堵塞的弊端，又没有滚筒式的漏水漏渣问题，而且细灰可以回收。