节煤型高温沸腾炉的结构设计及应用doc-节煤型高温沸腾炉dsqq.docx

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1、节煤型高高温沸腾腾炉的结结构设计计及应用用合肥水泥泥研究设设计院 杨 刚刚 (安徽徽合肥22300051)111 高温温沸腾炉炉工作原原理沸腾炉是是水泥厂厂烘干原原料的主主要热源源，其燃燃烧方式式介于层层状燃烧烧和悬浮浮燃烧之之间。工工作原理理为：高高压空气气通过均均风箱由由一次风风的动压压头变成成均匀分分布的静静压头，从从风帽上上的微孔孔高速高高压吹入入炉内，使使其沸腾腾床形成成气垫层层将粒径径010mmm、料层层厚度33005000mm的的煤粒全全部吹起起并上、下下翻动。料料层由于于高压气气体增加加了煤粒粒间的空空隙膨胀胀而产生生激烈运运动，并并在不停停地翻腾腾、跳动动中与空空气混合合，使

2、原原有30005000mm的的料层飞飞腾高度度达到880014000mmm。此时时，沸腾腾料层的的燃料与与含碳量量为12%的灼灼热灰渣渣充分混混合燃烧烧，温度度一般可可达9550高温，相相当于一一个大蓄蓄热池。料料层中00.58mmm的颗粒粒不易被被气体带带出燃烧烧室，能能较长时时间停留留在沸腾腾料层中中直到燃燃烬，然然后由炉炉底冷渣渣管排出出。沸腾腾炉由于于燃料具具有较大大的着火火比表面面积和在在炉膛内内的停留留时间较较长，所所以兼有有煤粉炉炉和层燃燃炉的燃燃烧特点点。沸腾腾炉膛中中蓄热量量大，颗颗粒之间间以及颗颗粒和空空气之间间产生的的相对运运动十分分激烈，加加之其气气体扩散散速度快快，可

3、维维持在11.0551.11左右的的很低的的过量空空气系数数下强烈烈燃烧，而而且不必必预热，这这就形成成了强氧氧燃烧的的条件，因因此能使使低热值值劣质燃燃料完全全燃烧，燃燃烧反应应迅速。沸腾层的的传热系系数较高高，一般般可达22203500w/mm3，沸腾腾段的容容积热强强度高达达1.7745106w/ m3，近于于燃粉炉炉的100倍，链链条炉的的45倍。因因而被普普遍认为为是一种种热效率率较高的的燃烧方方式。节煤型高高温沸腾腾炉既具具有普通通沸腾炉炉的热效效率较高高这一特特点，也也从炉体体结构、耐耐火材料料、系统统工艺设设备配套套及其自自动控制制等方面面进行了了改进，使使沸腾炉炉的应用用效果

4、更更为显著著，不仅仅适用于于60000kkca/kg的的优质烟烟煤、无无烟煤，也也可全部部燃烧30000kcca/kg的的低热值值燃料如如煤矸石石、炉渣渣等。因因而在数数百家水水泥厂烘烘干系统统的应用用中深受受好评。 沸腾烘烘干系统统工艺流流程如图图1。图1 沸腾烘烘干系统统工艺流流程2 节煤煤型高温温沸腾炉炉结构设设计与效效果2.1节节煤型高高温沸腾腾炉结构构 节煤型型高温沸沸腾炉结结构由炉炉床、炉炉膛、混混合室等等三部分分组成，如如图2所所示。图2 节煤型型高温沸沸腾炉结结构 1.进进料口 2.溢溢流口 3.均均风箱 4.布风箱箱 55.风帽帽 66. 炉炉门图中，炉炉床部分分包括均均风箱

5、、布布风板、风风帽、出出渣孔等等；炉膛膛部分包包括垂直直段、扩扩散段、悬悬浮段及及炉门；混合室室与烘干干机相连连，设有有排灰门门、人孔孔门、热热电偶等等。节煤型高高温沸腾腾炉的设设计，从从结构上上充分满满足了流流体力学学和热力力学原理理。根据据我国水水泥企业业的特点点，节煤煤型高温温沸腾炉炉的燃料料采用从从炉门上上方呈正正负压分分界处喂喂入的新新结构，可可促使燃燃料和热热渣均匀匀混合及及充分燃燃烧。也也有利于于热烟气气在扩散散段释放放并由风风机抽入入混合室室。为减减少热气气在运动动过程中中的阻力力，其过过渡段采采用收口口式平滑滑结构设设计，便便于热风风顺利、迅迅速地进进入烘干干机参与与热交换换

6、。其挡挡火墙采采用堆积积型结构构，有利利于热渣渣和飞灰灰回到垂垂直段或或混合室室积灰斗斗，同时时可为老老厂烘干干系统因因场地小小而方便便使用异异型沸腾腾炉提供供条件，其其长度和和高度也也可随厂厂房的局局限因地地制宜地地加以调调整。沸沸腾炉的的炉门设设为两个个，分别别作看火火、调火火和检修修使用，用用于检修修的炉门门可方便便耐火砖砖活砌或或出现结结渣时打打开清理理，避免免操作人人员在高高温下进进入炉内内清理结结渣，即即方便又又安全。小小炉床的的设计保保证了节节煤这一一基本要要素，其其炉床面面积比一一般沸腾腾炉减小小1/33，单位位时间加加煤量减减小300%，因因此节煤煤效果明明显、操操作方便便。

7、节煤型高高温沸腾腾炉具有有以下特特点：(1) 燃料在在沸腾炉炉中呈沸沸腾状态态，燃烧烧层正常常燃烧的的温度为为850011000。而风风动气垫垫层温度度较低，一一般在22003000，但因因料层很很厚，沸沸腾床能能长时间间闷火，蓄蓄热能量量大；(2) 由于鼓鼓入高压压空气，使使炉内空空气过量量系数高高，形成成强氧燃燃烧，燃燃烧和燃燃尽条件件好；(3) 沸腾层层内受热热面积大大，传热热强烈，易易于燃烧烧。因此此炉膛内内单位容容积热强强度高；(4) 用煤煤量少。垂垂直段仅仅以5%的煤燃燃烧，其其余955%均为为热渣，节节煤效果果好；(5) 炉床面面积小，使使燃料的的沸腾高高度及风风压、风风速增加加

8、，司炉炉工操作作更容易易，对异异常情况况特别是是结渣的的早期处处理更及及时；(6) 设计采采用较厚厚的保温温层，可可减少炉炉体热散散失，炉炉温变化化较小，有有利于延延长炉体体的使用用寿命；（7）操操作系统统采用热热工仪表表和微机机连锁监监控，温温度、煤煤耗、烟烟气粉尘尘浓度、NNO和SSO2含量等等主要参参数均通通过监控控、记录录、显示示，为操操作者提提供管理理依据。燃尽尽的灰渣渣可收集集利用作作为高活活性水泥泥混合材材。通过上述述改进设设计的节节煤型沸沸腾炉，有有效提高高了普通通沸腾炉炉的热效效率，对对燃料热热值的要要求更宽宽，选材材范围更更大，较较之其他他燃烧方方式更具具明显的的优势。几几

9、种燃烧烧方式的的技术经经济指标标对比见见表1。表1 不不同燃烧烧方式的的技术经经济指标标比较炉 型型煤低位热值/ca/kg燃烧温度/灰渣含碳量/%煤耗/kg/tt投资/万元层燃式手手烧炉5000060018408喷燃式煤煤粉炉60000900123012普通沸腾腾炉4500070082816节煤型沸沸腾炉3000011000418161.2 设备主主要参数数的确定定 炉床布布风板有有效面积积F布 （mm2）的计计算：布 = （11）式中：BB计 计计算小时时耗煤量量，kgg/h；LO理论燃燃烧空气气消耗量量，m3标 煤/kgg；a沸 沸腾腾区过量量空气系系数，取取1.115；V垂 垂直直段底部

10、部冷态空空气流速速取0.8m/s。 风帽的的总通风风面积f帽 为为 单个个风帽通通风面积积f帽 的总和和。单个个风帽通通风面积积f帽 的计算算 如式式2：f帽 = （22）式中：VV帽 通过过风帽小小孔的风风速，mm/s；f帽 每个个风帽小小孔的通通风面积积，m2。炉膛扩散散段截面面积F扩 (mm2)的计算算：F扩= （33）式中：VVg燃烧生生成的烟烟气量，mm3标煤/kkg；a扩扩散段段过剩空空气系数数，取11.3；V扩 扩散散段冷态态风速mm/s，取取0.445m/s。 悬悬浮段截截面积FF悬（m2）的计计算：F悬 = （44）式中：aa悬 悬浮浮段过剩剩空气系系数，取取1.55；V悬

11、悬悬浮段冷冷态风速速，取00.455m/ss。混合室高高度H（m）和和长度LL（m）确确定：H= （55）L= （66）式中：WW 尘粒粒的沉降降速度mm/s，取取1.333；V 烟气气流速mm/s，取取1.55。混合室的的横截面面积F（m）的的计算：F= （7）式中：QQ烟 烟气气流量(m3/h) 能达到到沸腾燃燃烧状态态所需的的鼓风量量Q (mm3/h)和风压压P (PPammmH2O)的计计算：Q=nf帽V帽K（88）P =99.8 K (P风+P渣)（9）式中：nn 炉床床上实际际风帽个个数P风 鼓风风系统阻阻力：风风管阻力力取1996 PPa(220mmmH2O)，风风帽阻力力取17

12、766 Pa(1800 mmmH2O)；P渣 沸腾炉床床的渣层层阻力：渣厚5500mmm时取取39224 PPa(4400mmmH22O)；P地 当地地大气压压，mppa；K 储备备系数，取取1.33；在选择风风机时，可可根据计计算求得得的风量量和风压压，适当当增加220%确确定其规规格型号号。2.3 最佳佳沸腾速速度的选选择要使燃料料在炉内内保持稳稳定的沸沸腾状态态，只有有选择在在临界风风速和带带出风速速之间的的沸腾操操作速度度，而沸沸腾临界界风速和和带出风风速取决决于燃料料的特性性和颗粒粒分布。通通常，燃燃煤的粒粒度分布布较宽，多多为010mmm，平均均粒径33mm左左右。为为使大颗颗粒能

13、被被吹起和和考虑低低负荷时时的正常常沸腾，应应选用较较大的沸沸腾速度度。然而而，要尽尽量减少少细颗粒粒不被吹吹走，沸沸腾速度度又不益益取得过过大。现现有的燃燃用100mm以以下煤屑屑的沸腾腾炉，临临界速度度在1m/s左右右，带出出速度大大约是临临界速度度的67倍，而而正常沸沸腾风速速为临界界风速的的23倍。气气流速度度有冷态态值和热热态值之之分，实实践证明明，在同同样的料料层厚度度和良好好的沸腾腾状态下下，冷态态值要求求比热态态值高，两两者的最最小风量量大约相相差60080%。因此此，根据据沸腾炉炉实现稳稳定沸腾腾状态的的诸多因因素，应应视炉床床面积选选择临界界风速00.71.11m/ss为宜

14、，炉炉床面积积较大，取取值相对对偏高。3 操作作与应用用节煤型高高温沸腾腾炉作为为水泥企企业烘干干系统的的热源，其其操作技技术要求求较高，特特别是在在新炉调调试及试试运转过过程中，若若操作不不熟悉或或没有掌掌握正确确的操作作方法，例例如用风风、加煤煤不当，很很容易出出现低温温结小渣渣，高温温结大块块和熄火火、点火火时间过过长等现现象。因因此，既既要求加加强司炉炉工的操操作技术术尤其是是在调试试和试运运转过程程的培训训，掌握握操作方方法，也也需根据据工艺及及设备等等生产实实际情况况因地制制宜的确确定操作作参数，制制定操作作规程。着着重应注注意以下下几个操操作环节节。3.1快快速点火火过程节煤型沸

15、沸腾炉由由于炉床床面积小小，保温温性能好好，因此此点火较较一般沸沸腾炉容容易。首首先将沸沸腾炉内内填放部部分中粗粗粒黄砂砂或沸腾腾炉渣，加加入少量量碎煤拌拌和均匀匀，填于于炉床，填填料厚度度约30004000mm，用用高压风风机吹起起几次，用用大小基基本均匀匀的木材材引火，并并在其燃燃至木炭炭状时加加入少量量碎煤，同同时迅速速以大风风量供风风，继而而改用小小风适度度吹养。如如此反复复23次，直直到沸腾腾炉渣逐逐步呈红红色后再再加少量量碎煤，用用中等风风量吹至至其完全全沸腾燃燃烧，打打开引风风机即进进入正常常燃烧状状态。3.2稳稳定燃烧烧过程正常燃烧烧过程中中，可依依据炉内内火焰的的颜色来来决定

16、是是否调整整加风或或加煤量量。炉内内的炉渣渣高度应应保持在在55006500mm，风风压应稳稳定在77008000mmHH2O，炉火火呈粉红红色，热热风温度度为75509000。若炉炉内热渣渣呈暗红红色，说说明温度度偏低，需需加入燃燃料，热热渣呈白白色时，则则温度过过高，需需加大风风量并加加入冷渣渣降温。3.3结结渣的处处理结渣类型型分为低低温结渣渣和高温温结渣，其其处理方方法各不不相同。低低温结渣渣，在点点火或闷闷火时易易出现低低温结小小块现象象，此时时应首先先急吹几几次，将将其冲散散，然后后人工清清除较大大块结渣渣，加少少量煤养养火后，继继续燃烧烧；高温温结渣时时，如出出现炉床床面不沸沸腾

17、或多多处小孔孔喷火，表表明已形形成高温温结大块块，此时时先停止止加煤，然然后加大大风量吹吹冷结渣渣，打开开下层炉炉门，将将大块炉炉渣清除除，填渣渣后利用用炉温重重新起火火。3.4闷闷火与起起火 闷火前前首先关关闭喂煤煤机，高高压风机机送风吹吹动炉内内热渣翻翻腾，同同时观察察炉膛渣渣粒表层层或煤粒粒的颜色色。若呈呈白色状状应继续续吹风至至冷，使使其变为为暗红色色时停止止高压风风机、关关闭调风风阀，保保持炉渣渣高度约约50006000mm，最最后关闭闭引风机机。起火前先先加少量量煤，再再开高压压风机，用用大风将将炉渣完完全沸腾腾后，立立即换小小风喷吹吹，若沸沸腾渣呈呈暗黑色色，即加加大喂煤煤量，同

18、同时用大大、小风风量交替替喷吹。也也可用交交替开闭闭高压风风机风阀阀的方法法来控制制起火状状态，开开则吹风风，闭则则养火，这这样反复复几次，至至到炉膛膛内的炉炉渣呈红红色，即即转入正正常燃烧烧阶段。正常运行行中，节节煤型高高温沸腾腾式烘干干系统的的风温、风风压、风风量等操操作参数数随烘干干机的规规格不同同大致如如表2。 表2 不不同规格格的烘干干系统操操作参数数规 格格m节煤型沸沸腾炉鼓风机排风机热风温度度/煤耗/kkg/tt风量/mm3/h风压/mmmH22O风量/mm3/h风压/mmmH22O1.55128009000151162260052330743669915000024000026

19、021002.22148009000161183220073000840746623000028000031028002.4418800900018220461001044501094497553000004000003553055许多企业业在采用用节煤型型沸腾烘烘干技术术进行的的技改中中，均取取得燃料料利用率率1000%、单单产煤耗耗下降 50%、增产产1000%以上上的良好好效果，投投资回收收期一般般仅为558个个月，技技术经济济指标十十分显著著。例如如：上海海吴淞水水泥厂320mm矿渣烘烘干系统统的改造造，较之之改造前前增产1128%，年增增产创利利25.6万元元；节煤煤78%，年节煤创

20、创利400.5万万元，仅仅此两项项的年创创利即达达65多多万元。安安徽省东东关水泥泥厂、山山东兖州州矿务局局水泥厂厂通过技技改，使使原2台台烘干机机仅1台台即可满满足生产产要求，停停用的11台则用用于新线线建设，除除增产节节能效益益外，仅仅此一项项节省的的建设投投资均在在50万万元以上上。表33列出部部分水泥泥厂改造造前后的的生产对对比。表3 部分水水泥厂改改造前后后的生产产比较 生产厂及及设备规规格原料水分/%煤耗/kkg/tt产量/tt/h煤燃尽率率/%系统热效效率/%入机出机改前改后改前改后改前改后改前改后安徽东关关水泥厂厂2.4414m矿渣151181.01.553017.6618.6

21、639709542.5568江苏龙潭潭水泥厂厂3220m矿渣182201.524620254885955465黑龙江尚尚志水泥泥厂2.4418mm矿渣161181.524020143470954261山东兖矿矿水泥厂厂2.2214m粘土18220233818816.5568944362浙江省杭杭州高强强1.5512m矿渣151181.5245153.815.44849650694. 结 论由于沸腾腾炉能够够强化燃燃烧，其其燃烧热热负荷和和传热系系数较高高，因而而，根据据热力学学和流体体力学原原理将其其炉膛尺尺寸大大大缩减，可可达到大大幅度降降低煤耗耗的目的的。实践践证明，节节煤型高高温沸腾腾炉炉床床面积即即使减小小1/33，仍可可达到节节煤500%，增增产1000%的的显著效效果，煤煤的燃尽尽率及其其热效率率也比普普通沸腾腾炉高得得多。 本文所述述的结构构设计及及其计算算，为这这一效果果奠定了良良好的基基础，具具有设计计的新颖颖性和计计算的合合理性。节煤型高高温沸腾腾炉作为为水泥厂厂烘干机机的热源源，其使使用效果果已在国国内外数数百台生生产应用用中得到到证实。其其操作方方法也随随各厂的的应用条条件不同同而不断断丰富和和完善，本本文仅对对其一些些普遍的的现象进进行描述述。值得得参考应应用。