节煤型高温沸腾炉的结构设计及应用

节煤型高温沸腾炉的结构设计及应用合肥水泥研究设计院杨刚1高温沸腾炉工作原理沸腾炉是水泥厂烘干原料的主要热源，其燃烧方式介于层状燃烧和悬浮燃烧之间。工作原理为：高压空气通过均风箱由一次风的动压头变成均匀分布的静压头，从风帽上的微孔高速高压吹入炉内，使其沸腾床形成气垫层将粒径0～10mm、料层厚度300～500mm的煤粒全部吹起并上、下翻动。料层由于高压气体增加了煤粒间的空隙膨胀而产生激烈运动，并在不停地翻腾、跳动中与空气混合，使原有300～500mm的料层飞腾高度达到800～1400mm。此时，沸腾料层的燃料与含碳量为1~2%的灼热灰渣充分混合燃烧，温度一般可达950℃高温，相当于一个大蓄热池。料层中0.5～8mm的颗粒不易被气体带出燃烧室，能较长时间停留在沸腾料层中直到燃烬，然后由炉底冷渣管排出。沸腾炉由于燃料具有较大的着火比表面积和在炉膛内的停留时间较长，所以兼有煤粉炉和层燃炉的燃烧特点。沸腾炉膛中蓄热量大，颗粒之间以及颗粒和空气之间产生的相对运动十分激烈，加之其气体扩散速度快，可维持在1.05~1.1左右的很低的过量空气系数下强烈燃烧，而且不必预热，这就形成了强氧燃烧的条件，因此能使低热值劣质燃料完全燃烧，燃烧反应迅速。沸腾层的传热系数较高，一般可达220~350w/m3℃，沸腾段的容积热强度高达1.745×106w/m3，近于燃粉炉的10倍，链条炉的4~5倍。因而被普遍认为是一种热效率较高的燃烧方式。节煤型高温沸腾炉既具有普通沸腾炉的热效率较高这一特点，也从炉体结构、耐火材料、系统工艺设备配套及其自动控制等方面进行了改进，使沸腾炉的应用效果更为显著，不仅适用于＞6000kc优质烟煤、无烟煤＜3000kc如在数百家水泥厂烘干系统的应用中深受好评。沸腾烘干系统工艺流程如图1。图1沸腾烘干系统工艺流程2节煤型高温沸腾炉结构设计与效果2.1节煤型高温沸腾炉结构节煤型高温沸腾炉结构由炉床、炉膛、混合室等三部分组成，如图2所示。图2节煤型高温沸腾炉结构1.进料口2.溢流口3.均风箱4.布风箱5.风帽6.炉门图中，炉床部分包括均风箱、布风板、风帽、出渣孔等；炉膛部分包括垂直段、扩散段、悬浮段及炉门；混合室与烘干机相连，设有排灰门、人孔门、热电偶等。节煤型高温沸腾炉的设计，从结构上充分满足了流体力学和热力学原理。根据我国水泥企业的特点，节煤型高温沸腾炉的燃料采用从炉门上方呈正负压分界处喂入的新结构，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混合室。为减少热气在运动过程中的阻力，其过渡段采用收口式平滑结构设计，便于热风顺利、迅速地进入烘干机参与热交换。其挡火墙采用堆积型结构，有利于热渣和飞灰回到垂直段或混合室积灰斗，同时可为老厂烘干系统因场地小而方便使用异型沸腾炉提供条件，其长度和高度也可随厂房的局限因地制宜地加以调整。沸腾炉的炉门设为两个，分别作看火、调火和检修使用，用于检修的炉门可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。节煤型高温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850～1100℃。而风动气垫层温度较低，一般在200～300℃，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；(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；（7）操作系统采用热工仪表和微机连锁监控，温度、煤耗、烟气粉尘浓度、NO和SO2含量等主要参数均通摆通过寸上述顷改进促设计竭的节任煤型宿沸腾国炉，绵有效售提高挨了普画通沸针腾炉茅的热肺效率颤，对草燃料雕热值长的要拍求更矿宽，菊选材露范围待更大愚，较幻之其幸他燃衫烧方夸式更举具明惊显的胸优势木。几间种燃惨烧方淘式的观技术淡经济缎指标之对比功见表抹1。脚表1蚊不头同燃轻烧方京式的叹技术此经济糊指标奸比较剂炉栋型代煤低菠位歉热值纵/森c堤项杏旋仁燃烧准温度椒/券℃鼻灰渣抓含睁碳量滩/颠%宵煤耗泳/致kg牧/t鲁投资泄/埋万元响层燃叛式手商烧炉宗50联00累60援0显18芦40蛇8什喷燃悠式煤纲粉炉拿60列00络90姻0等12宰30困12共普通熟沸腾六炉寒45彻00守70词0有8晶28友16贴节煤推型沸册腾炉干30岭00踩11距00蹦4知18坐16嘴设铁备主榴要参克数的钱确定读葱惹炉床巨布风乌板有教效面匹积诚呼（麦m补2输）的器计算液：腿煌尚光慌耀伟凭朽似末式中汗：巾B命计竹––赔计顷算小痒时耗迷煤量凑，弃kg逆/h心；愿L布O杜––党理论珍燃烧持空气探消耗借量，户仗忘众毒煤旁/k迈g买；晨a樱沸追––掏沸腾帅区过理量空否气系膨数，北取备1.尊15插；渡短可––餐垂直育段底肾部冷子态空朵气流刊速取辨0.涌8郊m臭/花s。塘委盏风帽尺的总以通风洽面积柄棒怀颤羡肤单个茂风帽被通风寇面积珠要艘另讯秘单个陡风帽贪通风矮面积卵鬼魄初裕富如式垮2：参革都昏豆慨=跌尘坐拍届式中粘：忍V烤帽厦––怒通寿过风衡帽小龄孔的仅风速疏，励m/矿s；窝f良帽械––门现每个攻风帽政小孔饲的通愉风面予积，费m挑2小。望炉膛挺扩散屠段截贴面积影锣他帖(m取2倍)行的计熊算：屋衔落=泉……塌……勇（3校）友式中悼：肉V声g不—批燃烧千生成决的烟费气量名，m没3尚标煤灰/k谦g晋；拥训掘––疤扩散鸦段过鹊剩空址气系弟数，柏取竭1.仁3日；摧稀竹––直扩散等段冷锅态风躁速圈m/早s，完取洋0.犁45哥m/游s帐。杯毒悬顶浮段顽截面策积阀架繁（完m浊2柱）的兽计算暖：奇词肆=产扇……笋……的（4衔）擦式中际：显a际悬晕––芹悬花浮段切过剩牛空气千系数腐，取怎1.促5该；倡糟短–搏–址悬浮吃段冷搅态风纽速，桶取茅0.牌45乔m/予s欲。闲混合党室高遵度助H荣（m蚕）和饶长度际L肉（m吊）确军定：切H躺=习……膝……样……识……阁（5槽）晃L度=帜……勉……姻……涝（6族）洪式中章：镇W露–革–目尘贝粒的治沉降公速度防m/叶s冻，取齿1.粉33比；联V愈–尽–闭烟汤气流卫速旨m/采s洗，取盈1.瓜5咱。锅混合派室的摘横截棚面积确F脊（m准）的潜计算吼：逃F伯=民……滩……央……庭…菌（7腿）柳式中弓：妹页羡–醉–歪烟企气流寿量社(m大3习/h将)签能冲达到袖沸腾域燃烧逮状态书所需蚂的鼓革风量手Q券(m辱3斜/h戏)凶和风走压宵P挡(放Pa拴mm晶H隶2安O)叮的计企算：让Q宾=拨n氧·衔轮疮·贱涛墨·授K名……遗……父（8虽）葬P但=贩9.浮8径K慕(办耽响+令踪黑)携×示…蒸（9被）虚式中隆：把n畜––惊炉嫩床上附实际福风帽追个数妖准天国––偶元鼓风眯系统抛阻力捎：风伸管阻吉力取爆19耽6博Pa边(2坟0m绝mH肺2鼻O)供，风程帽阻借力取新17店66例P硬a(患18紫0碗mm侨H掉2骄O)耕；垮捞执辫––司沸腾屈炉床兴的渣贺层阻迫力：洞渣厚菜5件00败mm额时取冶39原24约P谷a(崭40礼0m波mH剂2步O)朱；纸兵例–卫–去当地控大气四压，烤mp赔a居；瞧K艳––疏储胖备系药数，嘴取剃1.压3涌；决在选刊择风阿机时辫，可踩根据屑计算车求得规的风类量和党风压会，适仰当增拳加杂20首%沸确定意其规岂格型甜号。郑2.少3缎写最佳桌沸腾近速度阁的选度择对要使锦燃料述在炉胸内保丹持稳参定的盈沸腾棕状态共，只合有选储择在与临界刺风速卵和带昨出风愿速之棋间的交沸腾邻操作剂速度术，而仰沸腾自临界立风速搞和带持出风樱速取亲决于锄燃料惹的特影性和庙颗粒鲜分布升。通享常，悬燃煤牵的粒足度分狱布较摧宽，伍多为炸0性~暴10食mm魔，平屯均粒险径直3况mm州左右伤。为幅使大燕颗粒严能被独吹起哥和考铸虑低跳负荷骆时的事正常移沸腾武，应恨选用圾较大拌的沸寸腾速版度。蛮然而短，要阴尽量毅减少卧细颗左粒不物被吹尿走，陶沸腾寇速度辟又不减益取干得过穷大。豆现有考的燃规用旦10假mm瘦以下泽煤屑抖的沸蚀腾炉诸，临扯界速摸度在缴1类m羡/叹s左啄右，性带出馅速度切大约屡是临捕界速刻度的鬼6坚~养7谨倍，凉而正毫常沸闪腾风点速为仙临界怪风速拉的旱2当~拿3道倍。着气流康速度法有冷弱态值欣和热紧态值临之分恶，实柴践证删明，蜜在同河样的鼓料层侨厚度禽和良宗好的倚沸腾贵状态役下，熊冷态撇值要咸求比调热态焦值高新，两触者的住最小推风量绍大约荷相差遗60揪~种80络%确。因姥此，某根据厚沸腾凶炉实袜现稳垫定沸刚腾状藏态的捐诸多柿因素爱，应蹲视炉馆床面搅积选缎择临群界风片速0暮.7扛~1饱.1首m/沈s为鼓宜，夺炉床弦面积身较大慕，取麻值相框对偏疏高。纪3沾操作片与应字用展节煤雾型高揪温沸播腾炉扁作为烈水泥傲企业魔烘干笑系统怒的热互源，坚其操服作技匀术要胳求较劈高，双特别谈是在康新炉合调试械及试揉运转注过程伙中，书若操增作不按熟悉素或没匆有掌仪握正昂确的落操作炎方法恐，例纤如用胞风、剖加煤蔑不当纤，很旦容易隙出现荐低温随结小衫渣，普高温圣结大适块和爆熄火涉、点辉火时血间过悠长等厨现象喷。因坡此，跨既要质求加性强司想炉工惜的操弱作技请术尤某其是侄在调嘴试和楚试运昌转过锡程的凶培训冶，掌绵握操花作方肥法，帝也需德根据井工艺涛及设厨备等热生产锻实际救情况寺因地劳制宜祖的确面定操英作参剖数，绪制定柏操作吹规程雅。着浅重应尘注意套以下晌几个税操作尝环节沿。布3.鸣1巾快速忽点火悼过程扮节煤碗型沸浪腾炉辆由于芳炉床棕面积狼小，更保温线性能窑好，旧因此仔点火串较一眯般沸毯腾炉形容易绢。首鱼先将惊沸腾战炉内垦填放爸部分格中粗既粒黄良砂或井沸腾饱炉渣圆，加租入少摇量碎裕煤拌乱和均斧匀，镜填于码炉床递，填林料厚剂度约酬30把0借～滨40税0m置m战，用条高压漫风机迈吹起菠几次析，用桌大小紧基本柔均匀何的木苍材引给火，度并在燥其燃冬至木乎炭状凡时加串入少列量碎吴煤，留同时祝迅速图以大池风量属供风俊，继客而改迎用小繁风适纳度吹脱养。散如此骡反复汁2举～饰3发次，炕直到鼓沸腾悼炉渣处逐步星呈红喉色后梁再加伙少量兴碎煤朱，用蜂中等剧风量搏吹至派其完奇全沸球腾燃逮烧，懒打开亿引风袍机即方进入客正常说燃烧另状态检。断3.谜2忌稳定路燃烧吼过程缸正常便燃烧刷过程胸中，叉可依亦据炉庙内火堵焰的式颜色剖来决棵定是富否调艺整加贺风或认加煤佛量。挽炉内五的炉股渣高地度应划保持边在态55表0袍～地65样0m养m莲，风不压应炸稳定燃在窑70纹0咳～锣80亏0m柿mH伏2辽O苹，炉蝶火呈假粉红炭色，精热风桨温度某为破75诉0自～做90酱0原℃辉。若钳炉内醒热渣质呈暗孟红色付，说庆明温快度偏脸低，疾需加富入燃共料，偷热渣星呈白显色时因，则尚温度驾过高证，需酸加大辨风量榨并加深入冷失渣降船温。萌3.凯3牺结渣气的处补理滋结渣幻类型庆分为巡低温忧结渣均和高霉温结演渣，水其处府理方乳法各切不相仁同。核低温货结渣恨，在心点火躁或闷削火时趟易出吉现低餐温结激小块怀现象领，此疑时应扮首先柴急吹旅几次掠，将植其冲贵散，怖然后耳人工千清除骆较大剧块结控渣，深加少毁量煤胡养火守后，楚继续狱燃烧俊；高血温结鄙渣时辅，如陡出现灶炉床理面不简沸腾宾或多葬处小另孔喷谦火，舰表明缓已形解成高见温结它大块泊，此朴时先漠停止缝加煤舅，然收后加境大风沃量吹僚冷结鲁渣，竟打开键下层在炉门斜，将寿大块焦炉渣钳清除轨，填俱渣后糊利用势炉温与重新援起火桃。攀3.汇4关闷火凯与起镇火做闷们火前缴首先暖关闭怪喂煤跪机，从高压挽风机恨送风赔吹动挤炉内龄热渣吃翻腾碎，同众时观轿察炉犯膛渣汁粒表肃层或漠煤粒玉的颜酱色。沃若呈框白色伤状应死继续酸吹风辽至冷疤，使唐其变蠢为暗竞红色睁时停烧止高肺压风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