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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<
/p>
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
7
．
54MJ
／
kg
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。<
/p>
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
< br>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
< br>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。
①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。
②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
℃。
③进料和排渣系统。一定粒度范围的燃煤从煤仓经给煤机送入
料层内，
燃尽的煤渣一般从溢流口排出。
4
、
特点
<
/p>
与一般锅炉的炉膛比较，常压沸腾炉的优点是：①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；②床内埋管的传热效果
很好，
约为普通锅炉管子的
5
～
10
倍；
③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
排烟中
SO2
的含量下降。沸腾炉的缺点是：①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；②烟气中飞灰较多，
锅炉受热面容易发生磨损
；③鼓风所需的送风机风压高，故耗电量大；④
沸腾床内给煤和布置埋管难以均匀。⑤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，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
SO
2
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
炉膛燃料状况
料层厚度
排气温度
设计功率
煤
的
粒
度
一
般<
/p>
烟煤、无烟煤、褐煤
煤质要求
为
10
毫米以下
和煤矸石均可
在
炉
膛
的
一
定
高
度
上
成<
/p>
沸
腾
沸腾层温度
850
一
1050
℃
状燃烧
沸
腾
炉
容
积
3
5
30
0
—
500
㎜
6.3
～
8.
4
×
10
k J
/m
·
h
热力强度
50
0
—
900
℃
1500-2000MJ/h
灰渣层温度
75
0
—
900
℃
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。
悬
浮
段
沸
腾
段
空气
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%
< br>，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
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，达到
6.3
～<
/p>
8.4×
10
5
k J /m
3
·
h
< br>；
(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：
B
计
?
L
O
?
a
沸
F
布
=
……………
（
1
）
3600
V
垂
式中：
B
计
––
计算小时耗煤量，
kg/h
；
L
O
––
理论燃烧空气消耗量，
m
3
标
煤
/kg
；
a
沸
––<
/p>
沸腾区过量空气系数，取
1.15
；
V
垂
––<
/p>
垂直段底部冷态空气流速取
0.8m/s
。
P
炉
B<
/p>
计
=
QL
P
炉
—
沸腾炉的功率
1500Mj--
2000Mj
，为了方便计算取平均值
1740
Mj
；
QL
—
燃煤的低位热值
< br>11514Kj/
㎏。
175
0
?
1000000
B
计
=
=153
kg/h <
/p>
11514
?
1000
< br>理论空气需要量（
L0
）的计算
当
QL<12546kJ/kg
（劣质
煤），
L0=QL/4140+0.455[m3(
标
)/kg]
L0=QL/4140+0.455
=1151
4
÷
4140
+0.455
=3.236[m3(
标
)/kg]
153
?
3
.
236
?
1
.
15
F
布
=
3600
?
0
.
8
=0.1977
㎡
< br>计算的，布风板的有效直径圆整后为
500
㎜
4
、
风帽的计算
风帽的总通风面积
Σf
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
：
<
/p>
B
计
?
L
O
?
a
沸
Σ
f
帽
=
…………
（
< br>2
）
3600
V
帽
式中：
V
帽
––
< br>通过风帽小孔的风速，
m/s
；风帽的小孔风速约
30~45 m/s
才能
使沸腾段的
1
0
㎜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
。
Σ
f
帽
=
B
计
?
L
O
?
a
沸
3600
V
帽<
/p>
3600
?
40
=
153
?
3
.
236
?
1
.
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<
/p>
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
20
～
35
毫米
< br>(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
1.3
～
1.7
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、
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
6
～
8
毫米
(mm)<
/p>
的小孔
6
～
8<
/p>
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。
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