节煤型高温沸腾炉的结构设计及应用

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1、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(安徽合肥230051)51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

2、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℃

3、，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＞6000kcaγ/kg的优质烟煤、无烟煤，也可全部燃烧＜3000kcaγ/kg的低热值燃料如煤矸石、炉渣等。因而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

4、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。5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

5、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

6、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

7、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过监控、记录、显示，为操作者提供管理依据。燃尽的灰渣可收集利用作为高活性水泥混合材。通过上述改进设计的节煤型沸腾炉，有效提高了普通沸腾炉的热效率，对燃料热值的要求更宽，选材范围更大，较之其他燃烧方式更具明显的优势。几种燃烧方式的技术经济指标对比见表1。表1不同燃烧方式的技术经济指标比较炉型煤低位热值/caγ/kg燃烧温度/℃灰渣含碳量/%煤耗/kg/t投资/万元层燃式手烧炉500060018408喷燃式煤粉炉6000900123012普通沸腾炉45

8、0070082816节煤型沸腾炉30001100418161.2设备主要参数的确