沸騰爐工作原理

1、脫硫石膏沸騰爐工作原理1 脫硫石膏沸騰爐工作原理沸騰爐是脫硫石膏烘干的主要熱源，其燃燒方式介于層狀燃燒和懸浮燃燒之間。工作原理為：高壓空氣通過均風(fēng)箱由一次風(fēng)的動(dòng)壓頭變成均勻分布的靜壓頭，從風(fēng)帽上的微孔高速高壓吹入爐內(nèi)，使其沸騰床形成氣墊層將粒徑010mm、料層厚度300500mm的煤粒全部吹起并上、下翻動(dòng)。料層由于高壓氣體增加了煤粒間的空隙膨脹而產(chǎn)生激烈運(yùn)動(dòng)，并在不停地翻騰、跳動(dòng)中與空氣混合，使原有300500mm的料層飛騰高度達(dá)到8001400mm。此時(shí)，沸騰料層的燃料與含碳量為12%的灼熱灰渣充分混合燃燒，溫度一般可達(dá)950高溫，相當(dāng)于一個(gè)大蓄熱池。料層中0.58mm的顆粒不易被氣體帶出燃

2、燒室，能較長(zhǎng)時(shí)間停留在沸騰料層中直到燃燼，然后由爐底冷渣管排出。沸騰爐由于燃料具有較大的著火比表面積和在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)，所以兼有煤粉爐和層燃爐的燃燒特點(diǎn)。沸騰爐膛中蓄熱量大，顆粒之間以及顆粒和空氣之間產(chǎn)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)格外激烈，加之其氣體集中速度快，可維持在1.051.1左右的很低的過量空氣系數(shù)下猛烈燃燒，而且不必預(yù)熱，這就形成了強(qiáng)氧燃燒的條件，因此能使低熱值劣質(zhì)燃料完全燃燒，燃燒反應(yīng)快速。 沸騰層的傳熱系數(shù)較高，一般可達(dá)220350w/m3，沸騰段的容積熱強(qiáng)度高達(dá)1.745106w/ m3，近于燃粉爐的10倍，鏈條爐的45倍。因而被普遍認(rèn)為是一種熱效率較高的燃燒方式。脫硫石膏烘干沸騰爐既具

3、有一般沸騰爐的熱效率較高這一特點(diǎn)，也從爐體結(jié)構(gòu)、耐火材料、系統(tǒng)工藝設(shè)備配套及其自動(dòng)把握等方面進(jìn)行了改進(jìn)，使沸騰爐的應(yīng)用效果更為顯著，不僅適用于 6000kca/kg的優(yōu)質(zhì)煙煤、無煙煤，也可全部燃燒 3000kca/kg的低熱值燃料如煤矸石、爐渣等。因而在脫硫石膏烘干系統(tǒng)的應(yīng)用中深受好評(píng)。 沸騰烘干系統(tǒng)工藝流程如圖1。2 脫硫石膏干燥沸騰爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與效果2.1脫硫石膏干燥沸騰爐結(jié)構(gòu)脫硫石膏干燥沸騰爐結(jié)構(gòu)由爐床、爐膛、混合室等三部分組成，如圖2所示。 圖中，爐床部分包括均風(fēng)箱、布風(fēng)板、風(fēng)帽、出渣孔等；爐膛部分包括垂直段、集中段、懸浮段及爐門；混合室與烘干機(jī)相連，設(shè)有排灰門、人孔門、熱電偶等。 脫硫

4、石膏干燥沸騰爐的設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)上充分滿足了流體力學(xué)和熱力學(xué)原理。依據(jù)脫硫石膏干燥的特點(diǎn)，沸騰爐的燃料接受從爐門上方呈正負(fù)壓分界處喂入的新結(jié)構(gòu)，可促使燃料和熱渣均勻混合及充分燃燒。也有利于熱煙氣在集中段釋放并由風(fēng)機(jī)抽入混合室。為削減熱氣在運(yùn)動(dòng)過程中的阻力，其過渡段接受收口式平滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于熱風(fēng)順當(dāng)、快速地進(jìn)入烘干機(jī)參與熱交換。其擋火墻接受積累型結(jié)構(gòu)，有利于熱渣和飛灰回到垂直段或混合室積灰斗，同時(shí)可為老廠烘干系統(tǒng)因場(chǎng)地小而便利使用異型沸騰爐供應(yīng)條件，其長(zhǎng)度和高度也可隨廠房的局限因地制宜地加以調(diào)整。沸騰爐的爐門設(shè)為兩個(gè)，分別作看火、調(diào)火和檢修使用，用于檢修的爐門可便利耐火磚活砌或消滅結(jié)渣時(shí)打開清理，

5、避開操作人員在高溫下進(jìn)入爐內(nèi)清理結(jié)渣，即便利又平安。小爐床的設(shè)計(jì)保證了節(jié)煤這一基本要素，其爐床面積比一般沸騰爐減小1/3，單位時(shí)間加煤量減小30%，因此節(jié)煤效果明顯、操作便利。脫硫石膏干燥沸騰爐具有以下特點(diǎn)：(1) 燃料在沸騰爐中呈沸騰狀態(tài)，燃燒層正常燃燒的溫度為8501100。而風(fēng)動(dòng)氣墊層溫度較低，一般在200300，但因料層很厚，沸騰床能長(zhǎng)時(shí)間悶火，蓄熱能量大；(2) 由于鼓入高壓空氣，使?fàn)t內(nèi)空氣過量系數(shù)高，形成強(qiáng)氧燃燒，燃燒和燃盡條件好；(3) 沸騰層內(nèi)受熱面積大，傳熱猛烈，易于燃燒。因此爐膛內(nèi)單位容積熱強(qiáng)度高；(4) 用煤量少。垂直段僅以5%的煤燃燒，其余95%均為熱渣，節(jié)煤效果好；(

6、5) 爐床面積小，使燃料的沸騰高度及風(fēng)壓、風(fēng)速增加，司爐工操作更簡(jiǎn)潔，對(duì)特別狀況特殊是結(jié)渣的早期處理更準(zhǔn)時(shí)；(6) 設(shè)計(jì)接受較厚的保溫層，可削減爐體熱散失，爐溫變化較小，有利于延長(zhǎng)爐體的使用壽命；（7）操作系統(tǒng)接受熱工儀表和微機(jī)連鎖監(jiān)控，溫度、煤耗、煙氣粉塵濃度、NO和SO2含量等主要參數(shù)均通過監(jiān)控、記錄、顯示，為操作者供應(yīng)管理依據(jù)。燃盡的灰渣可收集利用作為高活性水泥混合材。 通過上述改進(jìn)設(shè)計(jì)的節(jié)煤型沸騰爐，有效提高了一般沸騰爐的熱效率，對(duì)燃料熱值的要求更寬，選材范圍更大，較之其他燃燒方式更具明顯的優(yōu)勢(shì)。幾種燃燒方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比見表1。1.2 設(shè)備主要參數(shù)的確定爐床布風(fēng)板有效面積F布 （

7、m2）的計(jì)算： 布 = （1）式中：B計(jì) 計(jì)算小時(shí)耗煤量，kg/h； LO理論燃燒空氣消耗量，m3 標(biāo) 煤/kg； a沸 沸騰區(qū)過量空氣系數(shù)，取1.15； V垂 垂直段底部冷態(tài)空氣流速取0.8m/s。風(fēng)帽的總通風(fēng)面積f帽 為 單個(gè)風(fēng)帽通風(fēng)面積f帽 的總和。單個(gè)風(fēng)帽通風(fēng)面積f帽 的計(jì)算 如式2： f帽 = （2）式中：V帽 通過風(fēng)帽小孔的風(fēng)速，m/s； 帽 每個(gè)風(fēng)帽小孔的通風(fēng)面積，m2。 爐膛集中段截面積F擴(kuò) (m2)的計(jì)算： F擴(kuò) = （3）式中：Vg燃燒生成的煙氣量，m3標(biāo)煤/kg； a擴(kuò)集中段過?？諝庀禂?shù)，取1.3； V擴(kuò) 集中段冷態(tài)風(fēng)速m/s，取0.45m/s。 懸浮段截面積F懸（m2）

8、的計(jì)算： F懸 = （4）式中：a懸 懸浮段過?？諝庀禂?shù)，取1.5； V懸 懸浮段冷態(tài)風(fēng)速，取0.45m/s?；旌鲜腋叨菻（m）和長(zhǎng)度L（m）確定： H = （5） L = （6） W 塵粒的沉降速度m/s，取1.33； V 煙氣流速m/s，取1.5。 混合室的橫截面積F（m）的計(jì)算： F = （7） 式中：Q煙 煙氣流量(m3/h)能達(dá)到沸騰燃燒狀態(tài)所需的鼓風(fēng)量Q (m3/h)和風(fēng)壓P (PammH2O)的計(jì)算： Q = nf 帽V帽 K （8） P = 9.8 K (P風(fēng) + P渣 ) （9） 式中：n 爐床上實(shí)際風(fēng)帽個(gè)數(shù) P風(fēng) 鼓風(fēng)系統(tǒng)阻力：風(fēng)管阻力取196 Pa(20mmH2O)，風(fēng)帽

9、阻力取1766 Pa(180 mmH2O)； 渣 沸騰爐床的渣層阻力：渣厚500mm時(shí)取3924 Pa(400mmH2O)； P地 當(dāng)?shù)卮髿鈮?，mpa； K 儲(chǔ)備系數(shù)，取1.3； 在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，可依據(jù)計(jì)算求得的風(fēng)量和風(fēng)壓，適當(dāng)增加20%確定其規(guī)格型號(hào)。2.3 最佳沸騰速度的選擇 要使燃料在爐內(nèi)保持穩(wěn)定的沸騰狀態(tài)，只有選擇在臨界風(fēng)速和帶出風(fēng)速之間的沸騰操作速度，而沸騰臨界風(fēng)速和帶出風(fēng)速取決于燃料的特性和顆粒分布。通常，燃煤的粒度分布較寬，多為010mm，平均粒徑3mm左右。為使大顆粒能被吹起和考慮低負(fù)荷時(shí)的正常沸騰，應(yīng)選用較大的沸騰速度。然而，要盡量削減細(xì)顆粒不被吹走，沸騰速度又不益取得過大。現(xiàn)

10、有的燃用10mm以下煤屑的沸騰爐，臨界速度在1m/s左右，帶出速度大約是臨界速度的67倍，而正常沸騰風(fēng)速為臨界風(fēng)速的23倍。氣流速度有冷態(tài)值和熱態(tài)值之分，實(shí)踐證明，在同樣的料層厚度和良好的沸騰狀態(tài)下，冷態(tài)值要求比熱態(tài)值高，兩者的最小風(fēng)量大約相差6080%。因此，依據(jù)沸騰爐實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定沸騰狀態(tài)的諸多因素，應(yīng)視爐床面積選擇臨界風(fēng)速0.71.1m/s為宜，爐床面積較大，取值相對(duì)偏高。3 操作與應(yīng)用脫硫石膏干燥沸騰爐作為脫硫石膏干燥烘干系統(tǒng)的熱源，其操作技術(shù)要求較高，特殊是在新爐調(diào)試及試運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，若操作不生疏或沒有把握正確的操作方法，例如用風(fēng)、加煤不當(dāng)，很簡(jiǎn)潔消滅低溫結(jié)小渣，高溫結(jié)大塊和熄火、點(diǎn)火時(shí)間過

11、長(zhǎng)等現(xiàn)象。因此，既要求加強(qiáng)司爐工的操作技術(shù)尤其是在調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)過程的培訓(xùn)，把握操作方法，也需依據(jù)工藝及設(shè)備等生產(chǎn)實(shí)際狀況因地制宜的確定操作參數(shù)，制定操作規(guī)程。著重應(yīng)留意以下幾個(gè)操作環(huán)節(jié)。1 快速點(diǎn)火過程脫硫石膏干燥沸騰爐由于爐床面積小，保溫性能好，因此點(diǎn)火較一般沸騰爐簡(jiǎn)潔。首先將沸騰爐內(nèi)填放部分中粗粒黃砂或沸騰爐渣，加入少量碎煤拌和均勻，填于爐床，填料厚度約300400mm，用高壓風(fēng)機(jī)吹起幾次，用大小基本均勻的木材引火，并在其燃至木炭狀時(shí)加入少量碎煤，同時(shí)快速以大風(fēng)量供風(fēng)，繼而改用小風(fēng)適度吹養(yǎng)。如此反復(fù)23次，直到沸騰爐渣逐步呈紅色后再加少量碎煤，用中等風(fēng)量吹至其完全沸騰燃燒，打開引風(fēng)機(jī)即進(jìn)入

12、正常燃燒狀態(tài)。3.2 穩(wěn)定燃燒過程正常燃燒過程中，可依據(jù)爐內(nèi)火焰的顏色來打算是否調(diào)整加風(fēng)或加煤量。爐內(nèi)的爐渣高度應(yīng)保持在550650mm，風(fēng)壓應(yīng)穩(wěn)定在700800mmH2O，爐火呈粉紅色，熱風(fēng)溫度為750900。若爐內(nèi)熱渣呈暗紅色，說明溫度偏低，需加入燃料，熱渣呈白色時(shí)，則溫度過高，需加大風(fēng)量并加入冷渣降溫。3.3 結(jié)渣的處理結(jié)渣類型分為低溫結(jié)渣和高溫結(jié)渣，其處理方法各不相同。低溫結(jié)渣，在點(diǎn)火或悶火時(shí)易消滅低溫結(jié)小塊現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)首先急吹幾次，將其沖散，然后人工清除較大塊結(jié)渣，加少量煤養(yǎng)火后，連續(xù)燃燒；高溫結(jié)渣時(shí)，如消滅爐床面不沸騰或多處小孔噴火，表明已形成高溫結(jié)大塊，此時(shí)先停止加煤，然后加大風(fēng)

13、量吹冷結(jié)渣，打開下層爐門，將大塊爐渣清除，填渣后利用爐溫重新起火。3.4 悶火與起火悶火前首先關(guān)閉喂煤機(jī)，高壓風(fēng)機(jī)送風(fēng)吹動(dòng)爐內(nèi)熱渣翻騰，同時(shí)觀看爐膛渣粒表層或煤粒的顏色。若呈白色狀應(yīng)連續(xù)吹風(fēng)至冷，使其變?yōu)榘导t色時(shí)停止高壓風(fēng)機(jī)、關(guān)閉調(diào)風(fēng)閥，保持爐渣高度約500600mm，最終關(guān)閉引風(fēng)機(jī)。起火前先加少量煤，再開高壓風(fēng)機(jī)，用大風(fēng)將爐渣完全沸騰后，馬上換小風(fēng)噴吹，若沸騰渣呈暗黑色，即加大喂煤量，同時(shí)用大、小風(fēng)量交替噴吹。也可用交替開閉高壓風(fēng)機(jī)風(fēng)閥的方法來把握起火狀態(tài)，開則吹風(fēng)，閉則養(yǎng)火，這樣反復(fù)幾次，至到爐膛內(nèi)的爐渣呈紅色，即轉(zhuǎn)入正常燃燒階段。正常運(yùn)行中，脫硫石膏干燥沸騰爐烘干系統(tǒng)的風(fēng)溫、風(fēng)壓、風(fēng)量等操作參數(shù)隨烘干機(jī)的規(guī)格不同大致如表2。由于沸騰爐能夠強(qiáng)化燃燒，其燃燒熱負(fù)荷和傳熱系數(shù)較高，因而，依據(jù)熱力學(xué)和流體力學(xué)原理將其爐膛尺寸大大縮減，可達(dá)到大幅度降低煤耗的目的。實(shí)踐證