沸腾炉初步设计方案

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1、沸腾炉初步设计方案一、 沸腾炉的概述1、沸腾炉的简介沸腾锅炉的工作原理是将破碎到一定粒度的煤末，用风吹起，在炉膛的一定高度上成沸腾状燃烧。煤在沸腾炉中的燃烧，既不是在炉排上进行的，也不是像煤粉炉那样悬浮在空间燃烧，而是在沸腾炉料床上进行的。沸腾炉的突出优点是，对煤种适应性广，可燃烧烟煤、无烟煤、褐煤和煤矸石。它的另一个好处在于使燃料燃烧充分，从而提高燃料的利用率。沸腾料层的平均温度一般在 850 一 1050，料层很厚，相当于一个大蓄热池，其中燃料仅占 5左右，新加入的煤粒进入料层后就和温度高几十倍的灼热颗粒混合，因此能很快燃烧，故可应用煤矸石代替。生产实践表明，利用含灰分高达 70、发热量仅

2、754MJkg 的煤矸石，锅炉运行正常40一 50的热可直接从床层接收。2、工作原理固 体 燃 料 在 炉 内 被 向 上 流 动 的 气 流 托 起 ， 在 一 定 的 高 度 范 围 内 作 上 下 翻滚 运 动 ， 并 以 流 态 化 (或 称 沸 腾 )状 态 进 行 燃 烧 的 炉 膛 ， 又 称 流 化 床 燃 烧 炉 。沸 腾 燃 烧 方 式 也 用 于 其 他 的 炉 窑 中 。 沸 腾 燃 烧 方 式 的 特 点 既 不 像 在 层 燃 炉 中那 样 将 固 体 燃 料 静 止 地 放 在 炉 排 上 燃 烧 ； 也 不 像 在 室 燃 炉 中 那 样 将 液 体 、 气体

3、或 磨 成 细 粉 状 的 固 体 燃 料 悬 浮 在 炉 膛 空 间 中 燃 烧 ， 而 是 把 固 体 燃 料 破 碎 成一 定 粒 度 的 粉 末 ， 使 之 在 炉 内 以 类 似 沸 腾 的 状 态 燃 烧 。 在 中 国 ， 沸 腾 炉 用 煤的 粒 度 一 般 为 8 毫 米 以 下 。3、结构和工作过程常 用 沸 腾 炉 燃 烧 室 的 典 型 结 构 包 括 布 风 系 统 、 沸 腾 床 、 进 料 和 排 渣 系 统3 个 部 分 。 布 风 系 统 。 燃 烧 室 底 部 为 布 风 板 ， 板 上 直 接 开 孔 或 装 许 多 带 通 风 小 孔的 风 帽 。 布

4、风 板 的 作 用 是 承 载 料 层 并 使 空 气 上 升 速 度 沿 炉 内 截 面 分 布 均 匀 。 沸 腾 床 。 布 风 板 上 放 置 一 定 量 的 床 料 （ 包 括 固 体 燃 料 和 大 量 的 灰 渣 或石 灰 石 颗 粒 ） 。 运 行 时 ， 当 料 层 中 的 空 气 达 到 一 定 上 升 速 度 时 ， 沸 腾 床 上 的床 料 便 从 静 止 状 态 转 入 沸 腾 状 态 ， 这 一 风 速 称 为 临 界 沸 腾 风 速 。 为 了 保 持 剧烈 的 沸 腾 燃 烧 工 况 ， 沸 腾 炉 正 常 运 行 时 的 风 速 要 比 临 界 沸 腾 风 速

5、 大 ， 使 料 层膨 胀 到 一 定 高 度 。 床 料 沸 腾 高 度 约 为 静 止 料 层 的 两 倍 ， 在 此 容 积 的 燃 料 呈 沸腾 状 态 ， 故 称 为 沸 腾 床 ， 小 颗 粒 则 被 气 流 带 出 炉 外 。 布 置 在 料 层 中 的 管 子 称为 埋 管 ， 可 以 垂 直 、 水 平 或 倾 斜 放 置 。 管 内 可 通 以 水 、 蒸 汽 或 空 气 以 吸 收 燃料 在 床 中 燃 烧 所 释 放 出 来 的 热 量 ， 使 床 温 保 持 在 800 1000 。 进 料 和 排 渣 系 统 。 一 定 粒 度 范 围 的 燃 煤 从 煤 仓 经

6、给 煤 机 送 入 料 层 内 ，燃 尽 的 煤 渣 一 般 从 溢 流 口 排 出 。 4、 特 点与 一 般 锅 炉 的 炉 膛 比 较 ， 常 压 沸 腾 炉 的 优 点 是 ： 不 但 能 烧 优 质 煤 ，也 能 烧 一 般 炉 排 炉 和 室 燃 炉 不 能 烧 的 各 类 劣 质 煤 ； 床 内 埋 管 的 传 热 效 果很 好 ， 约 为 普 通 锅 炉 管 子 的 5 10 倍 ； 由 于 沸 腾 床 燃 烧 温 度 低 ,烟 气 中NOX 的 生 成 量 少 ,如 在 进 料 中 适 量 加 入 石 灰 石 或 白 云 石 ， 即 可 将 煤 中 硫 分 脱除 ,使 排 烟

7、 中 SO2 的 含 量 下 降 。 沸 腾 炉 的 缺 点 是 ： 沸 腾 床 中 细 颗 粒 燃 料 容易 被 烟 气 带 出 ， 所 以 未 燃 尽 损 失 大 ， 燃 烧 效 率 比 室 燃 炉 低 ； 烟 气 中 飞 灰较 多 ， 锅 炉 受 热 面 容 易 发 生 磨 损 ； 鼓 风 所 需 的 送 风 机 风 压 高 ， 故 耗 电 量 大 ； 沸 腾 床 内 给 煤 和 布 置 埋 管 难 以 均 匀 。 烧 高 灰 分 劣 质 煤 时 ， 为 了 不 使 大量 飞 灰 污 染 环 境 ， 必 须 配 备 高 效 率 大 容 量 的 除 灰 装 置 。 由 于 以 上 原 因

8、， 发 展大 容 量 的 沸 腾 炉 锅 炉 尚 有 困 难 。5、 沸 腾 炉 的 用 途民 用 ： 集 中 供 热 及 烘 烤 系 统工 业 ： 水 泥 行 业 烘 干 ； 接 触 法 制 硫 酸 ， 作 为 FeS 制 SO2 的 发 生 装 置 等二、 设计基本参数沸腾炉基本参数表进料燃料要求 煤 的 粒 度 一 般 为10 毫 米 以 下 煤质要求 烟 煤 、 无 烟 煤 、 褐 煤和 煤矸石均 可炉膛燃料状况在 炉 膛 的 一 定 高度 上 成 沸 腾 状 燃烧沸 腾 层 温 度 850 一 1050料层厚度 300500 沸腾炉容积热力强度6.38.410 5k J /m3h排气

9、温度 500900 灰渣层温度 750900设计功率 1500-2000MJ/h三、 沸腾炉的计算与效果1、 沸腾炉结构沸腾炉结构由炉床、炉膛、混合室等三部分组成，如图所示。 空 气 悬浮段沸腾段沸腾炉结构1. 进料口 2.排渣口 3.均风箱 4.布风板 5.炉门 6. 风帽图中，炉床部分包括均风箱、布风板、风帽、出渣口等；炉膛部分包括垂直段、扩散段、悬浮段及炉门。沸腾炉的设计，从结构上充分满足了流体力学和热力学原理。沸腾炉的燃料采用从炉门上方呈正负压分界处喂入的结构，可促使燃料和热渣均匀混合及充分燃烧。也有利于热烟气在扩散段释放并由风机抽入换热装置混合。沸腾炉的炉门设为一个，作看火、调火和检

10、修使用，炉门需方便耐火砖活砌或出现结渣时打开清理，避免操作人员在高温下进入炉内清理结渣，即方便又安全。小炉床的设计保证了节煤这一基本要素，其炉床面积比一般沸腾炉减小 1/3，单位时间加煤量减小 30%，因此节煤效果明显、操作方便。2、 沸腾炉具有以下特点(1) 燃料在沸腾炉中呈沸腾状态，燃烧层正常燃烧的温度为 8501100。而风动气垫层温度较低，一般在 200300，但因料层很厚，沸腾床能长时间闷火，蓄热能量大；(2) 由于鼓入高压空气，使炉内空气过量系数高，形成强氧燃烧，燃烧和燃尽条件好；(3) 沸腾层内受热面积大，传热强烈，易于燃烧。因此炉膛内单位容积热强度高，达到 6.38.410 5

11、k J /m3h；(4) 用煤量少。垂直段仅以 5%的煤燃烧，其余 95%均为热渣，节煤效果好；(5) 炉床面积小，使燃料的沸腾高度及风压、风速增加，司炉工操作更容易，对异常情况特别是结渣的早期处理更及时；(6) 设计采用较厚的保温层，可减少炉体热散失，炉温变化较小，有利于延长炉体的使用寿命；3、 炉床布风板有效面积 F 布 （m 2）的计算：布 = （ 1）F垂 沸计 VaLBO360式中：B 计 计算小时耗煤量，kg/h；LO理论燃烧空气消耗量，m 3 标 煤/kg；a 沸 沸腾区过量空气系数，取 1.15； V 垂 垂直段底部冷态空气流速取 0.8m/s。B 计= QLP炉P 炉 沸腾炉

12、的功率 1500Mj-2000Mj，为了方便计算取平均值 1740 Mj；QL 燃煤的低位热值 11514Kj/。B 计= =153 kg/h01547理论空气需要量（L0）的计算当 QL12546kJ/kg（劣质煤）， L0=QL/4140+0.455m3(标)/kgL0=QL/4140+0.455=115144140+0.455=3.236m3(标)/kg布 = F8.036152.15=0.1977计算的，布风板的有效直径圆整后为 5004、 风帽的计算风帽的总通风面积 f 帽 为 单个风帽通风面积 f 帽 的 总 和 。 单个风帽通风面积 f 帽 的 计 算 如式 2：f 帽 = （

13、2）帽沸计 VaLBO360式中：V 帽 通过风帽小孔的风速，m/s；风帽的小孔风速约 3045 m/s 才能使沸腾段的 10的煤炭处于悬浮状态，取 V 帽 40 m/s；f 帽 每个风帽小孔的通风面积，m 2。f 帽 = 帽 沸计 VaLBO360= 415.2.15=0.003954花板是由钢板或铸铁板制成的多孔平板，用它来固定风帽，并使之按一定方式排列，以求达到均匀布风。花板的尺寸应与炉膛相应部位的内截面相适应，厚度为 2035 毫米(mm)左右。风帽插孔一般按等边三角形布置，孔距为风帽直径的 1.31.7 倍，帽沿间的最小间距不得小于 20 毫米(mm)。风帽有菌形(蘑菇形) 、柱形、

14、球形和伞形等形式。其中应用最广的是菌形风帽。柱形风帽是目前应用较多的一种新型的风帽。菌形风帽，风帽颈部钻有直径 68 毫米(mm)的小孔 68 个。小孔可以是水平的，也可以钻成向下倾斜 15的斜孔。这种风帽的阻力小，工作性能良好，但结构稍较复杂，清渣较为困难，在帽沿处经常出现卡渣现象。此外，风帽菌头部分冷却面不够，容易出现氧化烧穿等现象。这种风帽逐渐被柱形风帽所取代。柱形风帽，由于取消了帽沿，因而尺寸更小，构造也更简单，并且还克服了菌形风帽的一些缺点，因此工作性能更为良好。采用菌形风帽，风帽颈部钻有直径 68 毫米(mm)的小孔 68 个。小孔可以是水平的，也可以钻成向下倾斜 15的斜孔在计算

15、时取每个风帽的小孔的直径为 6 mm，小孔数为 8 个可得，风帽的个数为约为 18 个。风帽的开孔率的计算：开孔率%=f 帽/F100%=2.01%布 风 板 风 帽 布 置 图 排 渣 口5、 炉膛扩散段截面积 F 扩 (m2)的计算：F 扩 = （3）扩 扩计 VaBg360式中：Vg燃烧生成的烟气量，m 3 标煤/kg；a 扩 扩散段过剩空气系数，取 1.3；V 扩 扩散段冷态风速 m/s，取 0.45m/s。实际烟气量的计算 Qy当 QL12546kJ/kg（劣质煤），Vg =1.04 QL/4187+0.54+1.0161(-1) L0m3(标）/kg 过剩空气系数， = 0+ （沸腾炉剩空气系数 1.25）； 0 炉膛过量空气系数； 炉膛漏风系数；Vg =1.0411514/4187+0.54+1.0161（1.25-1）3.236=4.222m3(标）/kgF 扩 = = =0.518扩 扩计 aBg36045.036126、 悬浮段截面积 F 悬 （m 2）的计算：F 悬 = （4）悬 悬计 VaBg式中：a 悬 悬浮段过剩空气系数，取 1.5；V 悬 悬浮段冷态风速，取 0.45m/s。F 悬 = = =0.59812悬 悬计 aBg36045.0361217、 风量风压