流化床原理畢業(yè)設(shè)計完整版

1、摘 要 布風(fēng)系統(tǒng)是流化床中的核心系統(tǒng)之一，布風(fēng)的均勻性是保證整個系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn) 的支柱，不合理的布風(fēng)會影響流化床整體的運行，甚至根本不能實現(xiàn)流化床穩(wěn)定運 行。因此，合理、均勻的布風(fēng)是保證流化床正常流化、穩(wěn)定安全運行的關(guān)鍵。 本設(shè)計主要是進行一個小型流化床反應(yīng)器布風(fēng)板的設(shè)計，并對流化床原理及其 工業(yè)應(yīng)用做了初步的介紹。流化床布風(fēng)板是流化床中的重要部件之一，主要是由風(fēng) 室、布風(fēng)板和風(fēng)帽構(gòu)成的流化床單元。本文選擇普通的平板型風(fēng)帽布風(fēng)板和蘑菇型 風(fēng)帽進行設(shè)計。通過一些公式完成設(shè)計的必要步驟。 本設(shè)計的目的是通過小型流化床反應(yīng)器布風(fēng)板的設(shè)計，領(lǐng)會流態(tài)化和流化床的 基本知識，掌握試驗裝置的設(shè)計方法。 關(guān)鍵詞

2、：流化床；布風(fēng)板；風(fēng)帽 Abstract Air distribution system is a mainly part of a fluidized bed, and the uniformity of air distribution is necessary to ensure the normal operation of fluidized bed. it will affect overall operation of fluidization bed whether air distribution is unreasonable, even fluidized bed sta

3、bility can not be sustained. Therefore, reasonable and uniform air distribution is important to guarantee the normal flow and stable and secure operation of fluidized bed. This design is mainly for air distribution of a small fluidized bed reactor, and were introduced a preliminary presentation for

4、fluidized bed principle and industrial applications. Air distributor belongs to important component in fluidized bed. This unit is consists of wind room, air distributor and air caps. This design choices ordinary flat air distributor and mushroom-type air caps. Calculating is necessary for the desig

5、n. The purpose of this design catches the basic knowledge of fluidization and fluidized bed, and masters the method of the test equipment design through the fluidized bed reactor design of air distributor. Key words: fluidized bed; air distributor; air caps 目 錄 引 言.I 第一章 流化床.2 1.1 流化床原理 .2 1.1.1 流化床

6、的特征 .2 1.1.2 流化床的工業(yè)應(yīng)用.3 1.1.3 流化床燃燒的特點.5 1.2 流化床的主要部件 .6 1.2.1 概述.6 1.2.2 床體 .6 1.2.3 布風(fēng)裝置.7 第二章 布風(fēng)系統(tǒng).8 2.1 布風(fēng)板基本組成 .8 2.2 布風(fēng)板 .9 2.2.1 布風(fēng)板的類型.9 2.2.2 布風(fēng)板的作用.9 2.3 風(fēng)帽 .10 第三章 小型流化床布風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計.12 3.1 流化床布風(fēng)系統(tǒng) .12 3.1.1 布風(fēng)板設(shè)計要點.12 3.1.2 布風(fēng)板的選擇 .12 3.1.3 風(fēng)帽類型的選擇.13 3.2 風(fēng)帽小孔流速的選取 .14 3.3 臨界流化速度和終端流化速度 .16 3.

7、4 布風(fēng)方式的確定 .17 3.5 風(fēng)室和風(fēng)道 .18 3.6 排渣管 .19 總 結(jié).20 參考文獻.21 謝 辭.22 引 言 近幾年來，流化床在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，這是由于流化床本身特有的 一些優(yōu)點所決定的。本課題在分析流化床的原理、流化床布風(fēng)板的作用、流化床燃 燒技術(shù)的優(yōu)點以及流化床工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個小型流化床流化床布風(fēng)板。 本課題主要設(shè)計流化床布風(fēng)板，主要設(shè)計內(nèi)容是流化床布風(fēng)板上風(fēng)帽的類型、 風(fēng)貌的開孔率和小孔流速的選擇。介紹了風(fēng)帽常用的類型和風(fēng)帽形式對流化床性能 的影響。風(fēng)帽的常用類型有很多種，例如蘑菇型風(fēng)帽、P 型定向風(fēng)帽、箭型風(fēng)帽、S 型豬尾巴風(fēng)帽、鐘罩型風(fēng)帽、

8、內(nèi)嵌逆流柱型風(fēng)帽等。 布風(fēng)裝置是流化床的主要部件，布風(fēng)板工作性能直接影響流化床的設(shè)計、顆粒 混合、流動和化學(xué)反應(yīng)過程，以及設(shè)備的安全運行。隨著流化床容量的增加，床體 面積增大，每個給料點給料量的增加，床內(nèi)顆粒混合情況對燃燒和傳熱等過程的影 響更加突出。因此合理的設(shè)計布風(fēng)板裝置應(yīng)該是保證床內(nèi)床料濃度的均勻分布、顆 粒的排放以及防止漏渣問題的關(guān)鍵。 布風(fēng)板的類型一般分成兩類，一類是水平布置的布風(fēng)板,它具有結(jié)構(gòu)簡單的特點， 被廣泛應(yīng)用于燃煤循環(huán)流化床鍋爐中。但當流化床技術(shù)應(yīng)用于固體廢棄物混燒技術(shù) 時，對床內(nèi)大顆粒等雜物的排放較為困難。還有一種傾斜布風(fēng)板它可以實現(xiàn)床內(nèi)顆 粒的合理排放。但是目前對傾斜布

9、風(fēng)板工作特性的研究相對較少，其傾斜角度對床 內(nèi)顆粒流態(tài)特性的影響還不是十分清楚。本文主要是設(shè)計一個小型的實驗裝置上安 裝的布風(fēng)板，因此選擇結(jié)構(gòu)簡單的水平布置的布風(fēng)板就可以滿足需求。 風(fēng)帽也是本文主要設(shè)計的部件之一，它的作用是增加氣流速度以及均勻布風(fēng)， 最主要的作用就是風(fēng)帽產(chǎn)生的阻力能夠使流化床穩(wěn)定運行。風(fēng)帽的氣流速度需要滿 足床層內(nèi)固體能夠完全流化，即使得床料達到最小流化速度。根據(jù)已給出的流化流 速 0.52.0m/s 以及床料的粒徑分布來選擇風(fēng)帽的小孔數(shù)，從而了解有關(guān)流化床穩(wěn)定 運行的一系列的影響因素，能夠更好的掌握流化床的動態(tài)特性和流化床在應(yīng)用中需 要注意的一些問題。雖然迄今為止還沒有關(guān)于

10、風(fēng)帽結(jié)構(gòu)設(shè)計一個較為完整的準則或 建議，但是通過人們大量的實驗，得出的結(jié)論是值得我們?nèi)ソ梃b的。 第一章 流化床 固體流態(tài)化技術(shù)作為一門基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)滲透到國門經(jīng)濟的許多部門，在化工、 冶金、石油加工、能源、輕工、生化、機械、環(huán)保等領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用。 利用流化態(tài)技術(shù)實現(xiàn)的流化床，其獨特的傳熱過程，熾熱的顆粒在流化介質(zhì)的 作用下不停的運動，從而不斷地與被加熱工件進行碰撞，由于顆粒的熱容量比氣體 高的多，使得顆粒與工件之間的傳熱又快又均勻，正是流化床具有的這種加熱均勻、 傳熱系數(shù)大、加熱速度等特點使得其有了突飛猛進的發(fā)展。 1.1 流化床原理 1.1.1 流化床的特征 流化床的定義：使顆粒通

11、過與氣體或液體的接觸而轉(zhuǎn)變成類似流體的一種運行 狀態(tài)，當顆粒處于流態(tài)化狀態(tài)時，作用在固體顆粒上的重力與氣體的曳力相互平衡， 此時顆粒處于一種擬懸浮狀態(tài)，從而使流化床具有類似于流體的性質(zhì)，因此流化床 主要有以下幾點特性1： （1）能使固體顆粒在裝置內(nèi)像液體般自由流動。這就使得對固體進行連續(xù)加工 成為可能。目前每個小時運輸量在百噸以上的裝置亦非罕見。 （2）由于顆粒與流體間的相對動作頻繁而劇烈，因而傳熱和傳質(zhì)的效率很高。 （3）在氣泡的作用下流化床中的顆粒亦四而八方運動，類似于攪拌狀態(tài)，這就 使得床層內(nèi)溫度除了近床壁處外，基本均勻。 （4）顆粒的熱容量大，故可以利用它作為熱載體，對于高溫的情況，尤

12、為適應(yīng)。 （5）由于顆粒運動的情況近于完全混合，因此在有顆粒連續(xù)進出的裝置中，顆 粒的停留時間有較寬的分布。 （6）顆粒運動影響到氣體發(fā)生返混，使氣體沿路的濃度梯度減少，從而使傳質(zhì) 和化學(xué)反應(yīng)的推動力有所減小，氣體的停留時間分布變寬。 （7）由于顆粒的高熱容量及其返混，故能防止局部過熱或過冷，因此在爆炸范 圍內(nèi)的氣體組成下操作或燃燒低熱值的物料就成為可能，且操作較穩(wěn)定。 （8）因使用的顆粒尺寸小而且具有大的比表面積，有利于液-固兩相的傳遞。 如為多孔性顆粒則因顆粒小，微孔短，孔內(nèi)擴散較易，因而內(nèi)表面的利用率很高。 （9）由于固體顆粒間相互撞擊摩擦而生成細粉并被氣流帶走，故需要高效的捕 集設(shè)施，

13、以減少經(jīng)濟損失和對環(huán)境的污染。 （10）由于機械運動部件，故能勝任苛刻的反應(yīng)條件。 上述有的是優(yōu)點有的是缺點，對于具體的應(yīng)用要具體分析。工業(yè)上流態(tài)化技術(shù) 的應(yīng)用比較廣泛，不論是物理的或是化學(xué)的過程，不論是催化的或是非催化的過程， 也不論是常壓的或是非常壓放熱過程都有應(yīng)用。 流化床的運行主要是一個流態(tài)化的過程，流化床主要部件是布風(fēng)板和其上分布 的風(fēng)帽以及布風(fēng)板下面的風(fēng)室所構(gòu)成。流化氣體通過布風(fēng)板的風(fēng)帽進入爐床，與所 給床料混合。床料以布風(fēng)板為支撐，流化氣體通過布風(fēng)板對床料、燃料產(chǎn)生向上的 推動力，形成流化狀態(tài)。床料在床層上強烈混合，從而進行劇烈的擾動和傳熱過程。 流化床有幾種典型的狀態(tài)固定床、鼓

14、泡流化床、湍流床、快速流化床，這些都 屬于流化床的正常狀態(tài)，但是流化床也有幾種不正常的狀態(tài)例如溝流、氣泡與節(jié)涌 以及分層現(xiàn)象。流態(tài)化根據(jù)流化介質(zhì)和它們各自的性質(zhì)又可以分為散式流態(tài)化和聚 式流態(tài)化2。 當流體向上流過顆粒床層時，其運動狀態(tài)是變化的。流速較低時，顆粒靜止不 動，流體只在顆粒之間的縫隙中通過。當流速增加到某一速度之后，顆粒不再由布 風(fēng)板支撐，而全部由流體的摩擦力所承托。此時，對于單個顆粒來講，它不再依靠 與其他鄰近顆粒的接觸而維持它的空間位置，相反地，在失去了以前的機械支撐后， 每個顆?？稍诖矊又凶杂蛇\動；就整個床層而言，具有了許多類似流體的性質(zhì)。顆 粒床層靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)化時最低

15、速度，稱為臨界流化速度。固體顆粒原本沒有 流動性，但若采取某種措施，使作用在固體顆粒上的重力和氣流的曳力相互平衡， 從而使顆粒也能像流體一樣呈現(xiàn)流動狀態(tài)。 形成流態(tài)化的基本條件： 1有一個固定的容器和底部有一個流體的分布器 2有適中的足夠量的顆粒形成床層； 3有連續(xù)的供應(yīng)流體作為流化介質(zhì)； 4流體的流速大于初始流化速度但是不超過流體的終端速度。 1.1.2 流化床的工業(yè)應(yīng)用 下面是流化床在工業(yè)上的一些應(yīng)用3： 1.應(yīng)用于物理操作 流化狀態(tài)下的固體顆粒具有液體的特性，可應(yīng)用于顆粒的管道運輸，并已在水 泥、糧食、純堿、樹脂等的輸送過程中被廣泛的采用。流態(tài)化技術(shù)也成功地應(yīng)用于 多種固體物料的干燥，有

16、機氣體的吸附分離等傳質(zhì)過程；應(yīng)用于細粉的混合，礦物 和煤矸石的分選，抄襲粉體的粉碎、研磨、顆粒表面涂敷包裹以制備緩釋農(nóng)藥、緩 釋肥料和核燃料小球等機械過程；應(yīng)用于廢熱回收的熱交換技術(shù)，金屬零件熱處理 的高溫粒子爐技術(shù)等熱過程的一些物理過程。 2.應(yīng)用于礦物資源的綜合利用 流態(tài)化技術(shù)還應(yīng)用于鐵礦石的直接還原、貧鐵礦的磁化焙燒、有色金屬的氯化、 氟化焙燒、礦物及焙燒的流態(tài)化浸取和浸取液從礦物表面及空隙中的洗滌等都是流 態(tài)化工業(yè)過程。 3.煤的燃燒與轉(zhuǎn)化 煤的流化燃燒技術(shù)發(fā)展十分迅速，因為工業(yè)實踐已證明它的高效率和低污染特 性。目前技術(shù)進一步處于鼓泡流化床鍋爐向新型、高效、清潔的循環(huán)流化床鍋爐過 渡

17、的過程中，加壓流化燃煤技術(shù)也處在工業(yè)化過程。其他如煤的流化、干餾、氣化， 煤的氣-液-固三相反應(yīng)器直接加氫液化，粉狀頁巖的干餾等，都是重要的流態(tài)化能 源轉(zhuǎn)化技術(shù)。 4.石油加工工業(yè) 催化裂化流化床反應(yīng)器是工業(yè)最早的流態(tài)化反應(yīng)-再生系統(tǒng)，近年來技術(shù)不斷完 善，20世紀60年代開發(fā)成功的提升管反應(yīng)器把流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用推到一個新的技術(shù) 高度。用下行管超短接觸進行催化裂化、同時用提升管進行再生的新一代催化裂化 流化床反應(yīng)器的開發(fā)也已取得決定性的進展。此外，如石腦油氣相臨氫重整，處理 重油的流化焦化，砂子爐裂解和以多產(chǎn)烯烴為目的的催化裂化技術(shù)都是流態(tài)化過程 的典型應(yīng)用。 5.有機合成工業(yè) 在高分子三大合

18、成材料塑料、纖維、橡膠的生產(chǎn)中，許多重要單體的合成，如 丙烯丁二烯、三聚氰胺等都是采用了流化床催化反應(yīng)器；其他許多重要基本有機化 合物如苯二甲酸酐等制甲醛。以及百菌清等多種農(nóng)藥的生產(chǎn)也是用到流化床催化反 應(yīng)器。除此之外，近年來流化床氣相聚合技術(shù)得到了大規(guī)模發(fā)展。 6.生物工程中的應(yīng)用 隨著生化技術(shù)向工業(yè)應(yīng)用的發(fā)展，流態(tài)化反應(yīng)裝置在這一領(lǐng)域也得到了越來越 廣泛的應(yīng)用，如植物細胞和動物細胞培養(yǎng)、單細胞蛋白的生產(chǎn)、發(fā)酵技術(shù)、生化法 有機廢水的處理、都是很有發(fā)展前景的工業(yè)過程。 7.環(huán)境工程中的應(yīng)用 流態(tài)化技術(shù)已開始被引入環(huán)境工程領(lǐng)域，如采用流態(tài)化電極處理含重金屬廢水 以回收中金屬，多層流化吸附裝置回

19、收環(huán)境中的濃度有機物質(zhì)，流化焚燒爐處理工 業(yè)廢氣、廢液、廢渣和城市垃圾等。都是在技術(shù)上有競爭能力的工業(yè)過程。 1.1.3 流化床燃燒的特點 流化床燃燒具有清潔燃燒、高效、燃料適應(yīng)性好等優(yōu)點，它在很多方面都有很 廣泛的用途，流化床燃燒在工業(yè)鍋爐、窯爐、廢物焚燒、水泥工業(yè)等領(lǐng)域得到了一 定的發(fā)展，出現(xiàn)出了很大的生命力。英國是流化床在工業(yè)上應(yīng)用的前列的國家，相 繼美國也開始注重流化床在工業(yè)上的應(yīng)用，現(xiàn)在我國流化床的工業(yè)應(yīng)用也邁進了一 大步。 特別是流化床在廢棄物的焚燒上的應(yīng)用，大量的氣體、固體、液體的廢棄物堆 放會占用大量可用土地面積，并且用其他方式的燃燒分解時放出的有害氣體污染環(huán) 境。例如城市固體

20、垃圾的焚燒、熱解細煤泥等。流化床燃燒它是屬于低溫燃燒，燃 燒釋放的氣體也容易控制，在世界上這個技術(shù)得到很好的評價，近幾年來得到了世 界各國的重視。 鍋爐是火力發(fā)電的三大主要設(shè)備之一，流化床鍋爐相比較其它方式的鍋爐而言， 流化床鍋爐有著自身的特點和優(yōu)勢。尤其是作為先進的清潔燃燒方式，其大型化以 后，具有很好的市場競爭優(yōu)勢。但其大型化以后也隨即帶來了不少急待解決的難題。 因此，對大型流化床鍋爐關(guān)鍵問題的研究具有重要的理論和實踐意義。 流化床燃燒的優(yōu)點我們總結(jié)如下幾點4。 一、節(jié)約能源 近20年來的統(tǒng)計表明：我國一次能源結(jié)構(gòu)中煤約占75%。煤產(chǎn)量的70%用于電 站鍋爐、工業(yè)鍋爐以及窯爐。這些窯爐的燃

21、燒效率一般比世界上先進水平低510個 百分點。發(fā)展先進的流化床燃燒鍋爐對于節(jié)約煤炭資源有重要作用。 二、利用劣質(zhì)燃料 中國煤炭資源的分布和質(zhì)量差異隨地區(qū)變化大。南方劣質(zhì)煤居多。北方累積的 煤矸石達1020t，并以年增1億t的數(shù)量增加。原煤入選率將不斷提高，細煤泥越來 越多。除煤以外的其他低熱值燃料也很豐富。發(fā)展流化床燃燒技術(shù)，因地制宜利用 這些劣質(zhì)燃料無疑有十分重要的意義。 三、綠色能源 我國煤炭能源產(chǎn)量的大約25%是含硫超過2%的高硫煤，年排放量500萬噸來自 于煤的燃燒。高效脫硫和低NOx排放。典型的循環(huán)流化床鍋爐達到90%脫硫效率時， 所需的脫硫劑化學(xué)當量比僅為1.52.5，NOx排放為

22、50150ppm（Hiltunen等， 1988）或者20150mg/MJ5?？偱欧帕康?5%，年排放量僅次于美國，占居世 2 CO 界第二位。流化床在燃燒具有燃燒中脫硫，脫碳的優(yōu)點，是一種低污染、低成本的 燃燒技術(shù)。發(fā)展我們稱之為綠色能源的流化床燃燒技術(shù)，對于生態(tài)保護無疑有著重 要的作用。 四、灰渣綜合利用 大量的灰渣要占用大量的土地，且會帶來二次污染。我國人均耕地和世界上平 均值相比落后很多。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，灰場占地面積也隨之增加，流化床燃燒 的灰活性好，對于節(jié)省土地起到一定的作用。 綜上所述：流化床技術(shù)是一種清潔燃燒技術(shù)、綠色燃燒技術(shù)；流化床燃燒設(shè)備 是一種綠色節(jié)能的設(shè)備；這個世紀將

23、是流化床鍋爐燃燒技術(shù)在電廠鍋爐、工業(yè)鍋爐、 窯爐等領(lǐng)域加速發(fā)展的世紀。 1.2 流化床的主要部件 1.2.1 概述 流化床鍋爐以其燃料適應(yīng)性廣，燃燒效率高，氮氧化物排放低，負荷調(diào)節(jié)比大 和負荷調(diào)節(jié)快等突出優(yōu)點越來越被發(fā)電行業(yè)所接受。非機械閥、布風(fēng)板和氣固分離 器是流化床的三大主要部件，是流化床必備的部件，高溫顆粒連續(xù)地在這些部分中 流動，因此對這三大部件的研究設(shè)計應(yīng)該引起足夠的重視。在這里我們主要設(shè)計風(fēng) 帽和布風(fēng)板的開孔率等，優(yōu)化一系列的結(jié)構(gòu)布置。研究了布風(fēng)板上風(fēng)帽小孔流速的 選取對流化床的工況的影響，怎樣取風(fēng)帽的風(fēng)速才能使得流化床運行在最佳的狀態(tài)。 流化床的應(yīng)用有物理操作、化學(xué)操作和燃燒等，

24、不論哪個領(lǐng)域的應(yīng)用都不開流 化床的基本構(gòu)造。通常的流化床的基本裝置有以下幾部分組成3： 氣體分布裝置（一般是氣-固流化床） ； 床內(nèi)構(gòu)件，例如擋板、換熱器、攪動機械等； 氣-固分離裝置，可以設(shè)置在床內(nèi)或者是床出口以外，使固體物料重新回到床 內(nèi)。 進料及排料裝置 如果要維持流態(tài)化操作的正常進行，還需要動力設(shè)備、完整的床層空間器或容 器、床內(nèi)加入一定量及一定顆粒范圍、粒度形狀的固體顆粒物以及測控儀表等。如 果僅從形成正常的流態(tài)化狀態(tài)考慮，那么最簡單的流化床由以下兩部分構(gòu)成。 1.2.2 床體 床體即盛放固體物料的空間，也就是所謂的“床”。容器內(nèi)盛有合適顆粒度、密 度的固體顆粒，在經(jīng)分布裝置通入氣體

25、介質(zhì)，這就可以實現(xiàn)氣體介質(zhì)與固體的彼此 擾動、混合、上下左右的劇烈運動，成為流態(tài)化床。在燃燒技術(shù)中，床就是指鍋爐 燃燒室，也即爐子。 1.2.3 布風(fēng)裝置 布風(fēng)裝置是流化床的重要組成部分。在上面我了解到布風(fēng)板的基本作用是將流 化空氣均勻地分布到床層的整個截面。其設(shè)計得是否合理，直接影響到床體的性能 與出力。設(shè)計不佳的布風(fēng)裝置可能導(dǎo)致流化床的流化質(zhì)量差、結(jié)渣、磨損嚴重等。 傳統(tǒng)的流化床爐的布風(fēng)方式是采用直孔型或風(fēng)帽式布風(fēng)板，這種布風(fēng)流化床是在水 平的布風(fēng)板直接開孔或在其上設(shè)風(fēng)帽，風(fēng)帽開有小孔，一次風(fēng)從小孔中吹出，在布 風(fēng)板上開有排渣孔，下接排渣管。在運行過程中爐渣定期的從排渣管排出。 布風(fēng)板也又

26、名為氣體分布器，它的主要作用是將流化氣體均勻地分布在整個截 面上。它一般位于床層的底部。在許多情況下，氣體布風(fēng)板還起到支撐流化顆粒的 作用。布風(fēng)板的型式有多種多樣，比如多孔板式、微孔板式、多管式、泡罩式、浮 閥式、多層板式等等。許多文獻中都有關(guān)于具體形式的詳細介紹，在這我們只是稍 稍的了解一下。一般來說，布風(fēng)板需要有足夠的壓降才能夠保證氣體床在層截面上 的均勻分布。布風(fēng)裝置壓降大于整個床層壓降的 10%30%是對布風(fēng)板壓降狀況常 見的要求。但在實際工業(yè)應(yīng)用中，因為床層較高，為了減少壓頭損失，布風(fēng)板的壓 降有時設(shè)計在全床壓降的 5%左右3。 目前的常規(guī)水平布置布風(fēng)板式的流化床爐，如果只考慮在布風(fēng)

27、板上開大口徑的 排渣孔，將會導(dǎo)致局部流化質(zhì)量惡化直接導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)焦，甚至擴大到整個床面的危 險，同時對灰渣的冷卻、床料的分選回送系統(tǒng)造成很大的壓力。即使在設(shè)計流化床 時，采用均勻布風(fēng)，但有時候用于垃圾的焚燒，由于垃圾物性的不均勻性，也很難 保證均勻和穩(wěn)定的流化，因此，為了促進垃圾在床內(nèi)的均勻分布，穩(wěn)定爐內(nèi)的流場， 合理的設(shè)計布風(fēng)方式就顯得非常重要。傾斜式布風(fēng)板流化床便是針對以上困難提出 的，它是由爐體、排渣、除塵、煙氣處理系統(tǒng)組成。爐體底部是“V”字型布風(fēng)板6， 在布風(fēng)板上設(shè)有風(fēng)帽，風(fēng)帽頂部四周開設(shè)小孔，運行時，一次風(fēng)從小孔中流出。由 于采用“V”字型布風(fēng)板，大塊、不易燃燒的物料，由于重力作用，

28、很快沉積在布風(fēng)板 上，實現(xiàn)大塊物料的快速排除，穩(wěn)定爐內(nèi)工況。 但是本設(shè)計針對的是一個小型的實驗室布風(fēng)板的，所以 V 字型的布風(fēng)板在這里 有點兒復(fù)雜，在此選擇一個結(jié)構(gòu)易于加工而且滿足要求的布風(fēng)板是本設(shè)計的宗旨， 選擇水平布置的風(fēng)帽式布風(fēng)板，選此布風(fēng)板的原因在此不再贅述，第三章節(jié)會詳細 介紹。 第二章 布風(fēng)系統(tǒng) 2.1 布風(fēng)板基本組成 布風(fēng)板是位于流化床底部的一次風(fēng)布風(fēng)裝置，對于流化床的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟 運行具有重要的意義。目前在我國流化床使用最廣泛的是風(fēng)帽式布風(fēng)裝置。風(fēng)帽式 布風(fēng)裝置是由風(fēng)室、花板、風(fēng)帽和隔熱層組成的，通常把花板和風(fēng)帽合稱為布風(fēng)板。 圖 2-1 示出了典型的風(fēng)帽式布風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)。

29、一般情況下，對布風(fēng)裝置的設(shè)計要求是7： 1.能均勻密集地分配氣流，避免在布風(fēng)板上面形成停滯區(qū)。 2.能使布風(fēng)板上的床料與空氣產(chǎn)生強烈的擾動和混合，要求風(fēng)帽小孔出口流具 有較大的動能。 圖 2-1 典型的風(fēng)帽式布風(fēng)裝置 3.空氣通過布風(fēng)板的阻力損失不能太大，但又需要一定的阻力。 4.具有足夠的強度和剛度，能支承本身和床料的重量，壓火時防止風(fēng)板受熱變 形，風(fēng)帽不燒損，并考慮到檢修清理方便。 然而，隨著流化床的大型化，許多問題也同時產(chǎn)生，漏渣就是中之一。漏渣指 的是爐膛內(nèi)部布風(fēng)板上的床料通過布風(fēng)板漏進風(fēng)室，造成風(fēng)室內(nèi)部堆積床料。漏渣 現(xiàn)象不僅與布風(fēng)板上的風(fēng)帽結(jié)構(gòu)有關(guān)，同時也與整個布板上風(fēng)帽的布置方式

30、有關(guān)。 隨流化床的爐膛布風(fēng)板面積的不斷增大，保證床料均勻流化的難度越來越大，漏渣 的可能性也越來越大。漏渣不僅造成流化床鍋爐內(nèi)床料的損失，而容易造成風(fēng)室壁 面的磨損，嚴重時，風(fēng)室被漏渣填滿迫使流化床停運。為了避免布風(fēng)不均勻和漏渣 現(xiàn)象，通常采用阻力較高的風(fēng)帽，而在流化床實際運行中，又不能一味采用高阻力 的風(fēng)帽，如果風(fēng)帽阻力過大，將增加煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力，進而增加流化床鍋爐運行的 風(fēng)機電耗，影響機組經(jīng)濟性。 因此，在流化床大型化發(fā)展、床體面積相應(yīng)增大的情況下，如何經(jīng)濟地實現(xiàn)均 勻布風(fēng)、保證床料的均勻流化并避免漏渣等現(xiàn)象，是布風(fēng)裝置設(shè)計中需解決的首要 問題。風(fēng)帽及布風(fēng)板是布風(fēng)裝置中最為關(guān)鍵的部分，優(yōu)化

31、風(fēng)帽及布風(fēng)板設(shè)計對于流 化床鍋爐的正常安全經(jīng)濟運行有很重要的意義。關(guān)于當前風(fēng)帽及布風(fēng)板的實際應(yīng)用 和研究進展，國內(nèi)外己有大量文獻報導(dǎo)。 2.2 布風(fēng)板 布風(fēng)板是流化床的一個重要的部件，床料在其上進行流化，流化氣體需要通過 布風(fēng)裝置才能使得流化床的運行得以進行，所以它決定著流化床運行質(zhì)量的好壞。 2.2.1 布風(fēng)板的類型 布風(fēng)從廣義上講可以被分成三類： 多孔板和直孔形：這種類型的布風(fēng)板一般在柵格板上開直孔或用燒結(jié)板。 風(fēng)帽形或噴嘴型：空氣首先進入噴嘴，然后通過水平或垂直向下的小孔，使 其分散進入床層。 布風(fēng)管式：布有小孔的布風(fēng)管直接插入床層，這樣就不需要布風(fēng)板和風(fēng)箱。 除了以上的幾種類型外，有幾

32、家公司成功地采用了其他形式噴嘴的布風(fēng)裝置。 例如帕埃爾迫伐公司采用的彎管型的噴嘴，該類型的布風(fēng)裝置具有防止固體顆粒落 入風(fēng)室和易于清理的優(yōu)點。 2.2.2 布風(fēng)板的作用 布風(fēng)板的主要作用是：依靠布風(fēng)板自身阻力，使布風(fēng)板上下兩側(cè)氣流分布均勻， 使流化空氣均勻地流入爐內(nèi)并在爐內(nèi)產(chǎn)生均勻的流化狀態(tài)。具體地講，當布風(fēng)板下 面的氣流靜壓分布不均勻時，具有一定阻力的布風(fēng)板產(chǎn)生一個均壓作用，使流過布 風(fēng)板的氣流速度處處相等，從而在爐內(nèi)產(chǎn)生均勻的流化狀態(tài)；當爐內(nèi)流化著的床料 隨機性地出現(xiàn)氣固流動不穩(wěn)時，布風(fēng)板能依靠自身的阻力，及時消除爐內(nèi)不穩(wěn)定流 化狀態(tài)。即當爐內(nèi)某處出現(xiàn)溝流時，由于溝流處的流動阻力很小，大量

33、的氣流會從 溝流處短路穿過床層，若布風(fēng)板具有一定的阻力，則會隨氣流增大，溝流處布風(fēng)板 阻力急劇上升，從而阻止更多氣流從溝流處短路并最終導(dǎo)致溝流現(xiàn)象消失。布風(fēng)板 同時起到支承床料的作用。尤其是當正常運行的流化床送風(fēng)機突然跳閘時，這時布 風(fēng)板的床料可達近百噸之重，因此布風(fēng)板必須要有一定的強度。 布風(fēng)板的阻力特性是布風(fēng)板性能的核心。布風(fēng)板阻力特性的與風(fēng)帽阻力特性的 研究方法類似，都是首先進行布風(fēng)板阻力特性冷態(tài)實驗，之后通過相似理論由冷態(tài) 實驗結(jié)果推導(dǎo)熱態(tài)工況下布風(fēng)板的阻力特性。研究布風(fēng)板阻力特性時，需要在風(fēng)帽 的阻力特性的基礎(chǔ)上，考慮布風(fēng)板上的風(fēng)帽布置，包括風(fēng)帽數(shù)量、風(fēng)帽的布置方式 等因素。由于我們

34、的條件有限在此就不對布風(fēng)板的阻力特性進行詳細的討論。 2.3 風(fēng)帽 如前所述，目前在我國流化床中廣泛使用風(fēng)帽式布風(fēng)板。而風(fēng)帽作為布風(fēng)板上 最重要的部分，其結(jié)構(gòu)、尺寸以及在布風(fēng)板上的布置方式等，直接影響到流化床的 運行情況。風(fēng)帽的作用是使得進風(fēng)產(chǎn)生第二次分流并使氣流改向，同時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運 動以及產(chǎn)生阻力，從而維持床層流化穩(wěn)定。 要考察一種類型的風(fēng)帽是否能夠更好的應(yīng)用于流化床，就應(yīng)該從阻力特性、防 漏渣性能等幾方面考慮。風(fēng)帽是流化床的重要部件，是爐內(nèi)高溫高磨損下的易損部 件，風(fēng)帽的質(zhì)量直接影響的流化工況和燃燒的穩(wěn)定性，是流化床安全運行的保證。 風(fēng)帽類型如圖 2-2 所示8。 圖 2-2 常見風(fēng)帽的示

35、意圖8 如下為幾種典型的風(fēng)帽以及它們各自的優(yōu)缺點9： (1)蘑菇形風(fēng)帽。蘑菇形風(fēng)帽在我國大量使用。該風(fēng)帽結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、阻 力設(shè)計簡單，但是布置數(shù)量比較多，主要用于 200 t/h 及以下容量的流化床鍋爐，如 上圖 a 所示。 (2)S 形風(fēng)帽。S 形風(fēng)帽是對密孔板形布風(fēng)裝置的改進，S 形風(fēng)帽的小彎管代替了 小直孔或錐形孔，增大了布風(fēng)板阻力，提高了布風(fēng)均勻性；同時，也避免了細顆粒 漏入風(fēng)室，如上圖 d 所示。 (3)大直徑鐘罩式風(fēng)帽。鐘罩式風(fēng)帽是蘑菇形風(fēng)帽的變形，該風(fēng)帽由內(nèi)管和外罩 兩部分組成，如圖 e 所示。通過合理設(shè)計外罩開孔尺寸及數(shù)量，控制好風(fēng)帽出口速 度，可降低風(fēng)帽的磨損情況。另外

36、，罩體水平方向開孔且孔徑較大，不易被顆粒堵 塞。風(fēng)帽采用耐熱鋼精鑄而成，使用壽命長；同時，風(fēng)帽數(shù)量少，相對來說易于檢 修。鐘罩式風(fēng)帽特有的結(jié)構(gòu)布置還可有效防止物料漏入風(fēng)室。鐘罩式風(fēng)帽已經(jīng)出現(xiàn) 了很多變形，如逆流式、內(nèi)嵌式（上圖 f 所示）等。 (4)定向風(fēng)帽。定向風(fēng)帽在爐底形成的氣流流向可以將粗顆粒床料吹向排渣口， 有利于渣的定向流動，能盡快將帶有石塊或其他雜質(zhì)的床料排出；定向風(fēng)帽的口徑 較大，出口向下傾斜，不易堵渣。 第三章 小型流化床布風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 流化床布風(fēng)系統(tǒng) 3.1.1 布風(fēng)板設(shè)計要點 在流化床的設(shè)計過程中，對布風(fēng)板主要要求有以下幾點10： (1).采取布風(fēng)均勻等措施，在整個

37、運行范圍內(nèi)保證均勻和穩(wěn)定的流化以及使得布 風(fēng)板上的死區(qū)最小。 (2).空氣通過布風(fēng)板的阻力損失不能太大，但又需要一定的阻力；給布風(fēng)板打耐 磨材料以使床料磨損最小。 (3).保證各方面的密封良好，以使固體顆粒落入風(fēng)箱的量最少。 (4).能使布風(fēng)板上的床料與空氣產(chǎn)生強烈的擾動和混合，要求風(fēng)帽小孔出口氣流 具有較大的動能。 (5).具有足夠的強度和剛度，能支撐本身和床料的重量，壓火時防止風(fēng)板受熱變 形，風(fēng)帽不燒損，并考慮到檢修清理方便。 這里設(shè)計的流化床裝置一般都是在高溫條件下運行的，所以布風(fēng)板的特性需要 有抗高溫的要求，那么本設(shè)計的布風(fēng)板是采用法蘭悶板布風(fēng)板，要充分考慮到制作 過程中的誤差會使事先

38、留出的間隙完全消失。否則布風(fēng)板的自由膨脹就會受到一定 程度的限制，甚至完全不膨脹。這樣就會造成布風(fēng)板低的變形不能夠很好的正常工 作，所我們在加工法蘭的時候需要考慮受熱變形的情況。 流化床布風(fēng)裝置主要由布風(fēng)板、風(fēng)室和冷渣管組成。 布風(fēng)裝置的主要作用有： (1).支承床料； (2).空氣均勻的分布在各個爐膛的橫截面上，并提供足夠的動壓頭，使床料和物 料均勻的流化，避免勾流、沸騰、氣泡尺寸過大、流化死區(qū)等不良現(xiàn)象的出現(xiàn)； (3).把那些已經(jīng)基本燒透、流化性能差、有在布風(fēng)板上沉積傾向的大顆粒及時排 除，避免流化分層，保證正常流化狀態(tài)不被破壞。 3.1.2 布風(fēng)板的選擇 這里設(shè)計的是小型的實驗室流化床布

39、風(fēng)板，所以只需采用平板型的布風(fēng)板就可 以滿足實驗要求，在其上開孔安裝風(fēng)帽或者噴嘴的布風(fēng)裝置即可，如圖3-1。其優(yōu)點 是：固體床料不會在風(fēng)帽的頂部產(chǎn)生小的死床，風(fēng)帽之間相互的配合，這個為正 常的流化打下了基礎(chǔ)；側(cè)噴氣流從多孔板的表面噴出，便于消除板面上的“死區(qū)”， 也不容易出現(xiàn)多空板面燒蝕問題，磨損也減少；因風(fēng)室與爐膛不直接相同的，當 中斷操作時，不會出現(xiàn)側(cè)噴孔的堵塞現(xiàn)象，重新啟動也比較容易；其結(jié)構(gòu)簡單， 易于設(shè)計及制造，成本低。但氣流方向正對床層，易使床層形成溝流，小孔易于堵 塞，停車時又易漏料。選擇的材料是 11,是奧氏體不銹鋼中應(yīng)用中最廣 1189CrNi Ti 泛的鋼號。該鋼不用熱處理項

40、，冷加工是唯一的強化手段，它的焊接性良好，可以 采用各種焊接手段進行焊接。在800以上的高溫下它的各種力學(xué)強度還是相當高 0 C 的，并且耐腐蝕，選擇GB9119.6-88PN0.25MPa的凸面悶板法蘭12。 圖3-1 布風(fēng)板類型 3.1.3 風(fēng)帽類型的選擇 風(fēng)帽式布風(fēng)裝置由風(fēng)箱、多孔板(也稱花板)、風(fēng)帽和隔熱層組成，一般來說， 風(fēng)帽上小孔的面積之和遠小于布風(fēng)板的面積，通過風(fēng)帽上的小孔的氣流速度很大， 高速氣流進入床層的底部，對床層顆粒產(chǎn)生強烈的擾動，并在風(fēng)帽周圍形成氣流墊 層，氣固質(zhì)量交換強烈，這對于均勻床層和提高流化質(zhì)量都是非常重要的。 風(fēng)帽結(jié)構(gòu)設(shè)計要求： (1)保障流化均勻； (2)阻

41、力大小適中； (3)磨損輕微。 流化不均將加劇局部漏渣、增加床層局部 結(jié)焦的危險、升高局部上升流速加大床料量， 加重分離器分離壓力與回料器負擔。風(fēng)帽阻力 過大燃燒系統(tǒng)的阻力消耗過大，影響到鍋爐運 圖 3-2 箭型風(fēng)帽示意圖 行的風(fēng)機電耗，進而影響到機組經(jīng)濟性。作為對于現(xiàn)有流化床的改造，其阻力如超 過風(fēng)機的壓頭余量，將導(dǎo)致鍋爐帶不上負荷。但阻力過小，又將導(dǎo)致布風(fēng)板上方的 密相區(qū)流化不均，造成嚴重的漏床料并影響密相區(qū)的擾動過程。風(fēng)帽的磨損不完全 是風(fēng)帽材質(zhì)決定，風(fēng)帽附近的氣固流動狀態(tài)也起著決定性作用。因此，對于結(jié)構(gòu)良 好、設(shè)計合理的風(fēng)帽，應(yīng)該同時具備上述三方面的性。 在上一章節(jié)的介紹中，了解到蘑菇

42、形風(fēng)帽在我國大量使用。蘑菇型風(fēng)帽外形有 風(fēng)帽頭，風(fēng)帽小孔采用四周側(cè)向開孔，每個風(fēng)帽開孔 6-12 個?？梢砸慌呕螂p排均勻 布置，小孔中心線成水平，也可向下傾斜 15 度，以利于風(fēng)帽間粗顆粒床料的擾動。 風(fēng)帽小孔既可開在風(fēng)帽頭上，也可開在風(fēng)帽頭下。這種風(fēng)帽阻力較小，氣流的分布 均勻性較好，流化性能較好，但存在著排渣不暢的問題3。此外，由于風(fēng)帽內(nèi)部結(jié) 構(gòu)簡單，而且阻力特性受小孔風(fēng)速影響較大，低風(fēng)速下阻力較低，容易發(fā)生漏渣現(xiàn) 象，所以這種風(fēng)帽在大型流化床鍋爐上的使用也越來越少。瑞典 Gotaverken Energy System 公司于 1988 年申請了蘑菇型風(fēng)帽專利13，國內(nèi)也有相關(guān)的蘑菇型風(fēng)

43、帽專利 14-16，本設(shè)計的小風(fēng)帽結(jié)構(gòu)如上圖 3-2，由于風(fēng)帽一般都直接浸埋在高溫的床料里， 因此風(fēng)帽采用需要耐熱的鑄鐵。本設(shè)計選用高硅耐熱的球墨鑄鐵 RQTSi5.5。 3.2 風(fēng)帽小孔流速的選取 已知石英砂粒徑分布見表3-1。 表3-1 石英砂粒徑分布 顆粒直徑范圍（mm） 5石英砂質(zhì)量 分布（%） 22.9942.5334.48 根據(jù)公式 （2-1） 0 1 i p i i p d x d 把上表3-1中的數(shù)值代入上式可以得出這組石英砂的粒徑， p d 1 0.150.2 0.175 2 p dmm 2 0.30.2 0.25 2 p dmm 3 0

44、.30.45 0.375 2 p dmm 那么 0 11 1000.25 22.9942.5334.48 0.1750.250.375 i p i i p dmm x d 小孔流速是布風(fēng)該裝置設(shè)計需要的一個重要參數(shù)，小孔風(fēng)速越大，氣流對床層 底部顆粒的沖擊力越大，擾動就越強，越有利于大顆粒的流化。但是風(fēng)帽小孔的風(fēng) 速太大的話，風(fēng)帽阻力就會增加，所需的風(fēng)機壓頭增大，將要增加電能的消耗。反 之，小孔風(fēng)速過低，容易造成粗顆粒沉積，底部流化不良，尤其是負荷降低的時候， 往往不能維持穩(wěn)定的運行，造成結(jié)渣滅火。在之前人們大量的實驗表明，對顆粒度 為010mm的燃料，一般取小孔風(fēng)速為3540m/s；而對于顆

45、粒度為08mm的燃料， 一般取小孔風(fēng)速3035m/s是可行的。并且選擇小孔速度時候和密度也有關(guān)系，密度 低的取下限，密度高的取上限。 這里根據(jù)已知的條件來確定通過風(fēng)帽小孔的流體速度，也就是通常所說的速度 。是根據(jù)以上所已知的床料粒度來選擇的。在這里已經(jīng)知道床料石英砂的平均vv 粒徑為，從以上的顆?？芍窃?08mm 的燃料，一般取小孔風(fēng)速為 p d0.25mm 30 35m/s。根據(jù)流化床放熱運行實踐，顆粒的大小及顆粒的密度也是一個影響小孔氣速 的因素。當小孔氣速高時，氣流對底部顆粒的沖擊強烈，這對于增加顆粒在床內(nèi)的 擾動有好處，使床層底部的大顆粒容易吹起來，實現(xiàn)穩(wěn)定擾動。當負荷降低時，仍 可

46、維持床層的正常運行。相反，如果小孔風(fēng)速過于低的話，可能造成低負荷時無法 穩(wěn)定運行而結(jié)渣甚至是滅火，這里選擇 =32，因此考慮風(fēng)帽阻力不會太大，v/m s 而使得床內(nèi)的流化特性比較穩(wěn)定。 已知流化速度 =0.52.0，爐膛采用直徑標準為 17的鋼管。 u/m s484mm ， vb quA 2 4 b d A 由已知 =0.52.0，=40，=1256u/m s 1 dmm 2 4 b d A 2 3.1440 4 2 mm 得 =（0。52。0） vb quAu 2 4 d 2 63 3.1440 10/ 4 ms =(0.6282.512) 33 10/ms 已知 =32，(0.6282.5

47、12) v/m s v q 33 10/ms 由 ，那么 =19.62578.5 v q AfvAf 2 mm 本設(shè)計取風(fēng)帽的直徑為，這是由于直徑為 1易于加工決定的，由1 f dmmmm 此可以計算出每個小風(fēng)帽的面積： =0.785Af 2 4 f d 2 6 3.14 1 10 4 2 m 2 mm 在這里風(fēng)帽的數(shù)量設(shè)為，根據(jù)求出的總的風(fēng)帽面積和每個風(fēng)帽的面積，從而n 求得風(fēng)帽的個數(shù)，那么： n=/=19.62578.5/0.785=25100 個AfAf 在這里取風(fēng)帽上的小孔總數(shù)為 48 個，通過計算可知此時的操作速度為 0.96m/s。 3.3 臨界流化速度和終端流化速度 本設(shè)計已知床

48、料石英砂的密度，那么在常溫下冷態(tài)實驗時的 3 2400/ d kg m 最小流化速度可以求出。而設(shè)計的布風(fēng)裝置運行溫度是在8001300，本設(shè)計的流 化介質(zhì)為空氣，由于床料石英砂的動力粘度隨著溫度的升高而減少所以只要在常溫 下能夠流化的最小速度，在高溫下也可以流化。最小流化速度又名臨界流化速度。 流體流動帶給顆粒的曳力平衡了顆粒的重力，導(dǎo)致顆粒被懸浮，并且顆粒開始進入 流化狀態(tài)，這個速度就是我們這里所要求的最小流化速度。 可以查到在常溫下空氣的動力粘度，以及在常溫下的空 6 18.08 10 Pas 氣密度 18。 3 1.205/ f kg m 已知設(shè)計的操作速度是，從而可以求出雷諾數(shù)。從已

49、知的條0.96/vm sRe 件下可以求出本設(shè)計在常溫下的最小流化速度根據(jù)以下的公式19,，3： 3 6 0.25 101.205 0.96 Re16 18.08 10 p vd 20 （2- 2 1650 pdf mf dg u Re 2） 代入已知的數(shù)據(jù)可以得出在常溫下床料的最小流化速度： mf u 0.05/ mf um s 流化床中的氣流量，一方面受到臨界流化速度的限制，另一方面也受到固 mf u 體顆粒被氣體夾帶的限制。當流化床中上升的氣體速度等于顆粒的自由沉降速度u 時，顆粒就會懸浮于氣體流中而不會沉降。當氣流的速度稍微大于這一沉降速度時， 顆粒就會被推向上方，因而流化床中顆粒的帶

50、出速度即等于顆粒在靜止氣體中的沉 降速度。流態(tài)化操作時應(yīng)該使得氣體流化速度小于或者等于此沉降速度，以防止被 帶出，那么這個速度為終端速度，亦即自由沉降速度20。它可以利用以下的公式計 算出常溫下的終端速度，對于1500的流動公式為21：Re （2-3） 1 2 3 2 4 225 df tp f g ud 把已知各數(shù)代入上式可以得出 1.92/ t um s 3.4 布風(fēng)方式的確定 此設(shè)計選擇在布風(fēng)板上布置 6 個小風(fēng)帽，取 48 個小孔，因此需在每個風(fēng)帽上 開 8 個小孔，可以集中分布在對著排渣孔的方向也可以均勻分布。若芯管側(cè)壁開有 一排小孔，那么芯管小孔的開孔率相對較為有限，從而影響風(fēng)帽阻

51、力系數(shù)的變化范 圍；若芯管側(cè)壁開有三排小孔，則風(fēng)帽結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，因此選擇在芯管側(cè)壁開 有兩排小孔。在一個以 25mm 為半徑的圓上均勻的分布，8 個小孔在風(fēng)帽上的分布 為兩層，每層有 4 個小孔，這 4 個小孔處于同一水平高度，均勻的分布在風(fēng)帽的圓 周上，這是蘑菇型風(fēng)帽的特征之一。 通過以上所取的風(fēng)帽個數(shù)可以求得實際布風(fēng)板的氣體流量為： vf qnvA 633 48 320.785 101.21 10/ms 此時的操作實際的速度是=0.96。從以上的（2-2）和（2-3）兩個公式可u/m s 以知道我們已知的最小流化速度和最終流化速度分別是0.05m/s和1.92m/s，在這兩個 速度之間

52、選擇的操作速度為0.96m/s是合理的，因此小孔數(shù)也是合理的。 開孔率是風(fēng)帽設(shè)計的一個重要參數(shù)，開孔率是指各個風(fēng)帽上小孔面積的總面積 和爐膛截面積之比，它是一個百分率表示的參數(shù)，即 = b f A A 100% 48 0.785 100% 1256 3% 對于鼓泡流化床鍋爐，開孔率常為 2%3%，而對于循環(huán)流化床，由于采用高速 流化風(fēng)速，對布風(fēng)條件要求比較寬松，開孔率可以適當提高，一般為 4%8%。由 上式得出的開孔率為 3%，這里設(shè)計一個實驗室小型流化床所以開孔率符合設(shè)計的要 求。 在本設(shè)計中在我們已經(jīng)確定小風(fēng)帽的個數(shù)為 6 個，那么在布風(fēng)板上的布置情況 如圖 3-3 所示，這里要求分布均勻

53、， 并且每一個小孔的直徑是 d=6mm， 每個小孔的圓心分布在直徑為 25mm 的圓上。 圖 3-3 布風(fēng)形式 3.5 風(fēng)室和風(fēng)道 風(fēng)室是進風(fēng)管和布風(fēng)板之間的空氣均衡容器。對風(fēng)室的設(shè)計應(yīng)滿足：有一定的 強度和氣密性，在工作條件下不變形不漏風(fēng)；具有一定的容積并具有一定的穩(wěn)壓作 用，消除進口風(fēng)速對氣流速度分布不均勻性的影響；具有一定的導(dǎo)流作用，盡可能 地避免形成死角與渦流區(qū)。流化床鍋爐一般采用如下圖 3-4 所示的“等壓風(fēng)室”布 置方式。這種風(fēng)室底部不是水平的，而是從風(fēng)室入口處逐漸向上傾斜，從而使風(fēng)室 內(nèi)各點的水平速度大致相同。 圖 3-4 等壓風(fēng)室結(jié)構(gòu) 等壓風(fēng)室結(jié)構(gòu)的特點是有一個傾斜的底面，因此

54、能使得風(fēng)室內(nèi)的靜壓沿深度基 本保持不變，提高了風(fēng)量分配的均勻性。為了穩(wěn)定風(fēng)室氣流，在傾斜底面以上流出 一穩(wěn)壓段是必要的。等壓風(fēng)室的設(shè)計要求是：；風(fēng)室進口速度小 w h 00 10 20 于；穩(wěn)壓段高度是；是風(fēng)道的水力學(xué)直徑 9。10/m s w h500mm v d 本設(shè)計的風(fēng)室選擇類似于等壓風(fēng)室。由于是小型流化床布風(fēng)板，所以風(fēng)室的直 徑相對一般的流化床較小，在氣流流入風(fēng)室的時候，水平方向的氣流速度的不均勻 性相對較弱，故把壓風(fēng)室的底部取成水平的。 風(fēng)道是連接風(fēng)機與風(fēng)室所必需的部件。氣流通過風(fēng)道時，必然因與風(fēng)道壁面的 摩擦、氣流的轉(zhuǎn)向及風(fēng)道的截面變化等帶來一系列的壓降。這個壓降與布風(fēng)板的壓 降

55、不同，后者是為維持穩(wěn)定的流化狀態(tài)所必需的，而風(fēng)道壓降則完全是一種損失。 因此，在風(fēng)道的布置過程中，必須盡可能地設(shè)法減少風(fēng)道中的壓力損失，避免采用 過高的氣流速度。但太小的氣流速度，在顯著減少壓降并取得均勻氣流速度分布的 同時，也導(dǎo)致風(fēng)道截面與金屬耗量的增大。對金屬管道而言，通常選取的空氣流速 為 1015m/s，由于風(fēng)室進口的速度要求小于 10m/s。通過所取得的風(fēng)帽個數(shù)和小孔 流速可以得出本設(shè)計的氣體流量，可以計算出其水力半徑為，由以上的公式也可以 取得風(fēng)道的長度，在此不做詳細的計算。 3.6 排渣管 床料在床內(nèi)燃燒完產(chǎn)生的灰渣需要處理，在布風(fēng)板的中心開孔以便于灰渣的排 出。選擇冷渣管的直徑

56、為8mm，選擇的直徑太大會導(dǎo)致材料的浪費，選擇的直 l d 徑太小會影響排渣管排渣不順暢。它布置在風(fēng)室的中央，在冷渣管上需要安置一個 閥門，使得灰渣從中定期的排出，這里選擇一個球閥22，結(jié)構(gòu)如圖 3-5 所示，這種 結(jié)構(gòu)特點是可根據(jù)手柄上感覺到的摩擦力，來調(diào)整球體端部的自由度。在這一點上， 球型旋塞閥比普通旋塞閥優(yōu)越得多。球型旋塞閥還可以采用普通金屬，通過減少摩 擦結(jié)合面和采用經(jīng)過良好研磨的金屬球表面與聚四氟乙烯密封圈配合，低摩擦系數(shù)， 以具有“無摩擦” （靈活輕便）的特點。 圖 3-5 球閥的結(jié)構(gòu)示意圖 總 結(jié) 布風(fēng)系統(tǒng)是流化床中的核心系統(tǒng)之一，布風(fēng)的均勻性是保證整個系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn) 的支柱，不

57、合理的布風(fēng)會影響流化床整體的運行，甚至根本不能實現(xiàn)流化床穩(wěn)定運 行。設(shè)計合理的布風(fēng)板裝置是流化床保證穩(wěn)定正常運行的關(guān)鍵。 本設(shè)計在介紹流化床原理、布風(fēng)板構(gòu)成的基礎(chǔ)上設(shè)計一個小型流化床布風(fēng)板。 通過本文的工作，得出如下的結(jié)論： 1）對流化床技術(shù)進行了綜述，對流化床的工業(yè)應(yīng)用進行了綜述，指出流化床燃 燒技術(shù)是解決能源利用與環(huán)境保護矛盾的主要出路。 2）對目前各類布風(fēng)板和風(fēng)帽做了分類敘述，對在流化床布風(fēng)板設(shè)計過程中所要 考慮的參數(shù)選取，做了比較詳盡的介紹。對風(fēng)帽小孔流速、小孔直徑的選擇做了分 析，推薦了比較合適的選取范圍。 3）對流化床布風(fēng)板設(shè)計進行了詳細的討論，其中小孔數(shù)、分布情況的確定，文 中都

58、給予了分析和計算。對流化床中風(fēng)室、冷渣管，本文也進行了比較詳盡的討論， 并給出了自己的設(shè)計方案。 參考文獻 1 陳甘棠，王樟茂.流態(tài)化技術(shù)理論和應(yīng)用M.北京:中國石化出版社，1996:7-8. 2 Wilhlm R H.and Kwauk .Flidization of Solid Paricles.Eng.ProgrM. 1948:55-58. 3 金涌，祝京旭.流態(tài)化工程原理M.清華大學(xué)出版社，2001.7:10. 4 劉德昌.流化床燃燒技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用M.北京:中國電力出版社，1998.9:9. 5 F.A.Zenz.particulate Solids.The Third Phase i

59、n Chemical EngineeringM.Chemical Engineering,1983:24. 6 梅志林.V型布風(fēng)板流化床煤氣化試驗研究和數(shù)學(xué)模型.東南大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2000. 7 岑可法，倪明江，駱仲映，等.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計與運行M.北京:中國 電力出版社，1998. 8 趙弦.循環(huán)流化床布風(fēng)板的冷態(tài)?；囼灱皵?shù)值模擬.中國科學(xué)院碩士學(xué)位論文， 2005. 9 妖燕強.國內(nèi) CFB 鍋爐風(fēng)帽存在問題及對策J.華電技術(shù).2009，31(5):1-2. 10 趙勇凱.循環(huán)流化床鍋爐主要部件的設(shè)計J.電站系統(tǒng)工程.2006，229(5):1. 11機械工程材料性能數(shù)據(jù)手冊

60、編.機械工程材料性能數(shù)據(jù)手冊M.北京:機械 工業(yè)出版社.1994. 12使用機械設(shè)計手冊編寫組.使用機械設(shè)計手冊M.北京:機械工業(yè)出版社. 1985 13 Zugner.A.Air Supply Nozzle for a Fluid Bed FurnaceP.美國專利:，1998. 14 李正海.循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)帽P.中國專利:，2004. 15 蘇新同.流化床鍋爐用風(fēng)帽P.中國專利:4，2006. 16 王寶平，黨愛和，郭素梅.循環(huán)流化床鍋爐兩體式風(fēng)帽P.中國專利:0，2008. 17 李智誠，朱中平，薛劍鋒等.鍋爐與壓力容器常用金屬材料手冊M.北京:中國 物資出版社.1996:222. 1