1、節煤型高溫沸騰爐的結構設計及應用水泥研究設計院剛1高溫沸騰爐工作原理沸騰爐是水泥廠烘干原料的主要熱 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 風箱由一次風的動壓頭變成均勻分布的 靜壓頭，從風帽上的微孔高速高壓吹入 爐，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。料層由于高壓氣 體增加了煤粒間的空隙膨脹而產生激烈 運動，并在不停地翻騰、跳動中與空氣 混合，使原有300500mm的料層飛騰 高度達到8001400mm。此時，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950 C高溫，相當于一個

2、大蓄熱池。料層中0.5 8mm的顆粒不易被氣體帶出燃燒室，能較長時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的 停留時間較長，所以兼有煤粉爐和層燃 爐的燃燒特點。沸騰爐膛中蓄熱量大， 顆粒之間以及顆粒和空氣之間產生的相 對運動十分激烈，加之其氣體擴散速度 快，可維持在1.051.1左右的很低的過 量空氣系數下強烈燃燒，而且不必預熱， 這就形成了強氧燃燒的條件，因此能使 低熱值劣質燃料完全燃燒，燃燒反應迅 速。沸騰層的傳熱系數較高，一般可達 220350w/m3 C,沸騰段的容積熱強度高 達1.745 X 106w/ m3,近于燃粉爐的10

3、 倍，鏈條爐的45倍。因而被普遍認為 是一種熱效率較高的燃燒方式。節煤型高溫沸騰爐既具有普通沸騰 爐的熱效率較高這一特點，也從爐體結 構、耐火材料、系統工藝設備配套及其 自動控制等方面進行了改進，使沸騰爐 的應用效果更為顯著，不僅適用于QDw 6000kcay/kg的優質煙煤、無煙煤，也可 全部燃燒QDw v 3000kca y / kg的低熱值燃 料如煤矸石、爐渣等。因而在數百家水泥 廠烘干系統的應用中深受好評。沸騰烘干系統工藝流程如圖 1。圖1沸騰烘干系統工藝流程2節煤型高溫沸騰爐結構設計與效果2.1節煤型高溫沸騰爐結構節煤型高溫沸騰爐結構由爐床、爐 膛、混合室等三部分組成，如圖2所示圖2

4、節煤型高溫沸騰爐結構1進料口 2溢流口 3均風箱 4布風箱5風帽 6.爐門圖中，爐床部分包括均風箱、布風 板、風帽、出渣孔等；爐膛部分包括垂 直段、擴散段、懸浮段及爐門；混合室 與烘干機相連，設有排灰門、人孔門、 熱電偶等。節煤型高溫沸騰爐的設計，從結構 上充分滿足了流體力學和熱力學原理。 根據我國水泥企業的特點，節煤型高溫 沸騰爐的燃料采用從爐門上方呈正負壓 分界處喂入的新結構，可促使燃料和熱 渣均勻混合及充分燃燒。也有利于熱煙 氣在擴散段釋放并由風機抽入混合室。 為減少熱氣在運動過程中的阻力，其過 渡段采用收口式平滑結構設計，便于熱 風順利、迅速地進入烘干機參與熱交換。 其擋火墻采用堆積型

5、結構，有利于熱渣 和飛灰回到垂直段或混合室積灰斗，同 時可為老廠烘干系統因場地小而方便使 用異型沸騰爐提供條件，其長度和高度 也可隨廠房的局限因地制宜地加以調 整。沸騰爐的爐門設為兩個，分別作看 火、調火和檢修使用，用于檢修的爐門 可方便耐火磚活砌或出現結渣時打開清 理，避免操作人員在高溫下進入爐清理 結渣，即方便又安全。小爐床的設計保 證了節煤這一基本要素，其爐床面積比 一般沸騰爐減小1/3，單位時間加煤量減 小30%，因此節煤效果明顯、操作方便。節煤型高溫沸騰爐具有以下特點：(1) 燃料在沸騰爐中呈沸騰狀態，燃燒層正 常燃燒的溫度為 8501100C。而風動 氣墊層溫度較低，一般在 200

6、300 C, 但因料層很厚，沸騰床能長時間悶火， 蓄熱能量大；(2)由于鼓入高壓空氣， 使爐空氣過量系數高，形成強氧燃燒， 燃燒和燃盡條件好；(3)沸騰層受熱面 積大，傳熱強烈，易于燃燒。因此爐膛 單位容積熱強度高；(4)用煤量少。垂 直段僅以5%的煤燃燒，其余95%均為熱 渣，節煤效果好；(5)爐床面積小，使 燃料的沸騰高度及風壓、風速增加，司 爐工操作更容易，對異常情況特別是結 渣的早期處理更及時；(6)設計采用較 厚的保溫層，可減少爐體熱散失，爐溫 變化較小，有利于延長爐體的使用壽命；(7)操作系統采用熱工儀表和微機連鎖 監控，溫度、煤耗、煙氣粉塵濃度、NO和SO2含量等主要參數均通過監

7、控、記 錄、顯示，為操作者提供管理依據。燃盡的 灰渣可收集利用作為高活性水泥混合材。通過上述改進設計的節煤型沸騰 爐，有效提高了普通沸騰爐的熱效率， 對燃料熱值的要求更寬，選材圍更大， 較之其他燃燒方式更具明顯的優勢。幾 種燃燒方式的技術經濟指標對比見表1。表1不同燃燒方式的技術經濟指標比較爐型煤低 位 熱值/ cay/ kg燃燒溫度/C灰渣 含碳量 / %煤耗/ kg/t投資/萬元層燃式 手燒爐500060018408噴燃式煤粉爐6000900123012普通沸騰爐450070082816節煤型 沸騰爐30001100418161.2設備主要參數的確定爐床布風板有效面積 F布(m2 )的 計

8、算：B 計 Lo a沸3600V垂L W1.33V式中：B計 計算小時耗煤量，LO-理論燃燒空氣消耗量，煤 /kg;a沸-沸騰區過量空氣系數，取1.15;V垂-垂直段底部冷態空氣流速取 0.8m/s。風帽的總通風面積工f帽為單個風 帽通風面積f帽的總和。單個風帽通風面 積f帽的計算如式2:B 計 Lo a沸/、kg/h ；m3標(5)3600V 帽式中：V帽-通過風帽小孔的風速， m/s;f帽-每個風帽小孔的通風面 積，m2。爐膛擴散段截面積 F擴(m2)的計算：B計Vg a擴(3)式中:1.33；1.33V H W-T粒的沉降速度V -煙氣流速m/s,取混合室的橫截面積F (m)F =Q煙=

9、3600V(6)m/s,取1.5。的計算:(7)式中：Q煙-煙氣流量(m3/h)能達到沸騰燃燒狀態所需的鼓風量Q (m3/h)和風壓P (PammH20)的計算:Q = n f帽V帽 K (8)(9)式中:P = 98 K(P 風 + P 渣 M 莎n -爐床上實際風帽個數P風-鼓風系統阻力：風管阻力式中:/kg ；360OV擴Vg 燃燒生成的煙氣量，m3標煤a擴-擴散段過剩空氣系數，取1.3;V擴-擴散段冷態風速 0.45m/s。懸浮段截面積F懸(m2)B計Vg a懸F /懸、一m/s，取的計算:(4)360OV懸式中：a懸-懸浮段過剩空氣系數， 取 1.5;V懸-懸浮段冷態風速，取 0.4

10、5m/s。混合室高度H (m)和長度L (m) 確定：取 196 Pa(20mmH2O),風帽阻力取 1766 Pa(180 mmH2O)；P渣-沸騰爐床的渣層阻力：渣 厚 500mm 時取 3924 Pa(400mmH2O)；P地-當地大氣壓，mpa；K -儲備系數，取1.3;在選擇風機時，可根據計算求得的 風量和風壓，適當增加 20%確定其規格 型號。2.3最佳沸騰速度的選擇要使燃料在爐保持穩定的沸騰狀 態，只有選擇在臨界風速和帶出風速之 間的沸騰操作速度，而沸騰臨界風速和 帶出風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

11、能被吹起和考慮低負荷時的正常沸騰，應選用較大的沸騰速度。然而，要 盡量減少細顆粒不被吹走，沸騰速度又 不益取得過大。現有的燃用 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 正常沸騰風速為臨界風速的 23 倍。氣 流速度有冷態值和熱態值之分，實踐證 明，在同樣的料層厚度和良好的沸騰狀 態下，冷態值要求比熱態值高，兩者的 最小風量大約相差 6080%。因此， 根據 沸騰爐實現穩定沸騰狀態的諸多因素， 應視爐床面積選擇臨界風速 0.71.1m/s 為宜，爐床面積較大，取值相對偏高。3 操作與應用 節煤型高溫沸騰爐作為水泥企業烘 干系統的熱源，其

12、操作技術要求較高， 特別是在新爐調試及試運轉過程中，若 操作不熟悉或沒有掌握正確的操作方 法，例如用風、加煤不當，很容易出現 低溫結小渣，高溫結大塊和熄火、點火 時間過長等現象。因此，既要求加強司 爐工的操作技術尤其是在調試和試運轉 過程的培訓，掌握操作方法，也需根據 工藝及設備等生產實際情況因地制宜的 確定操作參數，制定操作規程。著重應 注意以下幾個操作環節。3.1 快速點火過程 節煤型沸騰爐由于爐床面積小，保 溫性能好，因此點火較一般沸騰爐容易。 首先將沸騰爐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 壓風機吹起幾次，用大小基本均勻

13、的木 材引火，并在其燃至木炭狀時加入少量 碎煤，同時迅速以大風量供風，繼而改 用小風適度吹養。 如此反復 2 3 次，直 到沸騰爐渣逐步呈紅色后再加少量碎 煤，用中等風量吹至其完全沸騰燃燒， 打開引風機即進入正常燃燒狀態。3.2 穩定燃燒過程正常燃燒過程中，可依據爐火焰的 顏色來決定是否調整加風或加煤量。爐 的爐渣高度應保持在 550650m m,風 壓應穩定在700800mmH20，爐火呈粉 紅色，熱風溫度為750900 C。若爐熱 渣呈暗紅色，說明溫度偏低，需加入燃 料，熱渣呈白色時，則溫度過高，需加 大風量并加入冷渣降溫。3.3 結渣的處理結渣類型分為低 溫結渣和高溫結 渣，其處理方法各

14、不相同。低溫結渣， 在點火或悶火時易出現低溫結小塊現 象，此時應首先急吹幾次，將其沖散， 然后人工清除較大塊結渣，加少量煤養 火后，繼續燃燒；高溫結渣時，如出現 爐床面不沸騰或多處小孔噴火，表明已 形成高溫結大塊，此時先停止加煤，然 后加大風量吹冷結渣，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閉喂煤機，高壓風機 送風吹動爐熱渣翻騰，同時觀察爐膛渣 粒表層或煤粒的顏色。若呈白色狀應繼 續吹風至冷，使其變為暗紅色時停止高 壓風機、關閉調風閥，保持爐渣高度約 500600mm,最后關閉引風機。起火前先加少量煤， 再開高壓風機， 用大風將爐渣完全沸騰后，

15、立即換小風 噴吹，若沸騰渣呈暗黑色，即加大喂煤 量，同時用大、小風量交替噴吹。也可 用交替開閉高壓風機風閥的方法來控制 起火狀態，開則吹風，閉則養火，這樣 反復幾次，至到爐膛的爐渣呈紅色，即 轉入正常燃燒階段。正常運行中，節煤型高溫沸騰式烘干系統的風溫、風壓、風量等操作參數隨烘干機的規格不同大致如表 2規格m節煤型沸騰爐鼓岡. 機排 風機熱風溫度/C煤耗/kg/t風量/m3/h風壓/mmH2O風量/m3/h風壓/mmH2O 1.5X 1280090015 16226052307436691500024000260210 2.2 X 1480090016 18322073008407462300

16、028000310280 2.4 X 1880090018 204610 1045010949753000040000355305表2不同規格的烘干系統操作參數許多企業在采用節煤型沸騰烘干技 術進行的技改中，均取得燃料利用率100%、單產煤耗下降 50%、增產100% 以上的良好效果，投資回收期一般僅為 58個月，技術經濟指標十分顯著。例 如：上海吳淞水泥廠 3X 20m礦渣烘干 系統的改造，較之改造前增產128%，年 增產創利25.6萬元；節煤78%,年節煤創利40.5萬元，僅此兩項的年創 利即達65多萬元。省東關水泥廠、兗州 礦務局水泥廠通過技改，使原2臺烘干機僅1臺即可滿足生產要求，停用

17、的1臺則用于新線建設，除增產節能效益外， 僅此一項節省的建設投資均在50萬元以上。表3列出部分水泥廠改造前后的 生產對比。表3部分水泥廠改造前后的生產比較生產廠及設備 規格原料水分/%煤耗/kg/t產量/t/h煤燃盡率/%系統熱效率/%入機出機改前改后改前改后改前改后改前改后東關水泥廠 2.4X 14m礦渣15181.01.53017.618.639709542.568龍潭水泥廠 3X 20m礦渣18201.524620254885955465尚志水泥廠 2.4X 18m礦渣16181.524020143470954261兗礦水泥廠 2.2X 14m粘土1820233818816.568944362省高強 1.5X 12m礦渣15181.5245153.815.4849650694.結論由于沸騰爐能夠強化燃燒