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流化床高溫爐設計說明書
一前言
流化床燃燒高溫煙氣爐是近二十多年的發展起來的一種新型燃燒設備,它采用流態燃燒技術生產高溫煙氣(或高溫空氣),可廣泛采用于建材、化工、冶煉等行業、干燥、礦渣、粘土、原煤以及化工原料等，該爐采用合理的結構和兩段燃燒等多項先進技術，使爐子燃燒穩定，溫度均勻，燃燒效率高，燃燒適應性能好，可燃用多種劣質燃料，經多年試驗研究及工業應用證明，本產品設計新穎，性能良好，指標先進，節能顯著，是水泥、化工烘干、焙燒工藝中的新型節能產品。
流化床高溫煙氣爐能用多種劣質燃料，原煤經破碎后以0～10毫米顆粒用機械送入爐中布風板上，由送風機送來的高壓空氣通過布風板，將煤和爐料托起，形成“流化”，就象液體沸騰時那樣的流動和上下翻騰，燃料就在一定的高度內進行劇烈的、紊亂無序的湍動燃燒。由于爐料不斷的上下運動，并且它的數量很大，蓄積的熱量很多，少量的生煤（約占爐料的1%左右）投入爐中，就很快地揚所有爐料混合一起，迅速被加熱著火燃燒。在流化床爐中，爐料都是一顆顆的散開，不僅和空氣的接觸面積大，而且由于爐料擾動很強烈，和氣的相對運動很大，顆粒燃燒時產生的二氧化碳等惰性氣體很快被從煤料表面帶走了，新鮮的空氣立亥又補充進來，所以煤粒一經著火，就能強烈燃燒。燃料在爐中停留的時間也很長。由于上述特點，一些在別的爐型中很難燒透甚至無法燃燒的高灰分、低熱值的劣質煤能在流化床爐中穩定燃燒，并且能達到很高的燃燼度。
與之相比，層燃爐和煤粉爐就沒有上述有利條件，層燃爐的煤入爐后只能集中在爐前的爐排上慢慢加熱，如遇上高灰分的燃料就很難著火甚至不能燃燒，而煤粉爐雖然熱量大，煤料小，易于著火，但在爐中停留時間太短，且固體與氣體相對運動很小，所以同樣不能燃燒劣質煤，而流化床高溫煙氣爐卻很能適應，我們在湖北某水泥廠流化床高溫煙氣爐上燃用1500大卡/公斤的爐火純青渣，效果很好，供熱充足且能長期穩定運行。
綜合起來，流化床燃燒爐有如下優點：
1．燃料的適應性特別好，它幾乎可以用各種劣質燃料，如煤矸石、石煤、無煙煤、油頁巖、泥煤等同內外還用流化床爐火純青來處理城市垃圾和工業廢渣。
2．燃燒誑率高，已投運的流化床高溫煙氣爐燃燒誑率達95%以上
3．燃料制備簡單，原煤稍經破碎于0～10毫米后即可入爐使用。
4．操作靈活，調節性能好，爐子升溫快，冷爐起動二、三十即可滿負荷運行，壓火起動更快。
5．溫度均勻，供熱穩定，有利于產品產量和質量的提高。
6．排煙中的有害物質少，由于流化床燃燒是低溫燃燒，Nox的生成量很小，在燃用高硫劣質煤時，使用石灰石脫硫很方便，使燃料中的硫以固態的方式排出而不至于形成Sox污染。
7．灰渣綜合利用好，流化床燃燒溫度在900℃左右，灰渣滓未經高溫熔融過程，活性好，且含碳量低，是水泥的良好摻合料。
8．勞動強度小，有利于實現自動化。
9．可以壓火備用，節省點火木柴和時間，并減少點火時的勞動強度，這對于每天只運行1～2個班或經常間斷運行的爐子更為合適，一般可壓火8～16小時。
二本流化床高溫煙氣爐設計要點
本爐與烘干機配套使用，燃用0～10mm的當地煤，提供1000萬大卡/時的熱量，爐子燃燒效率達≥95%，灰渣含碳量為≤1%左右，能很好地滿足用戶的需求，是十分理想的節能產品。
為了使流化床高溫煙氣爐能達到上述要求，我們在整體設計和各系統的設計中進行了充分的考慮，現在簡述于后。
1． 布風系統
本系統包括送風機、進風管道、等壓風箱、布風板和風帽，本系統設計是否合理是高溫煙氣沸騰爐能否安全、高效、穩定運行的關鍵。送風機送來的空氣由風管進入等壓風箱，在風管和等壓風箱之間采用圓變方的大小頭連接，使之進入等壓風箱的空氣盡可能地均勻，在風箱的底部采用一定的傾角，風箱的直段長度設置合理，其目的是使風箱能獲得良好的穩壓與分流效果，等壓風箱由厚度為5毫米的鋼板焊接而成，并懸掛在操作平臺上的金屬框架結構上。
布風系統的另一個部件是布風板，它由一厚鋼板制成，置于等風箱的頂部，布風板上開有眾多的孔。這些孔與風帽緊密配合，以免運行中用火鉤清理爐料時脫落。布風板與風箱連接，布風板面積的大小是高溫煙氣爐設計的首要間題，它的面積大小決定著沸騰床的截面積，底部氣流速度和爐子的燃煤量，對沸騰床的供熱量，穩定運行、燃燒效率等都有很大影響。
本爐布風板的有效面積F=6.63M2，布風板上的孔呈等邊三角形布置。
在布風板上開有ø109的大孔兩個，用于連接冷渣管，以便排放運行中沉積于底部的粗料或鐵釘之類的雜物。
風帽是本系統中的第三個重要部件，它由耐熱鑄鋼澆鑄而成，其外徑、長度以入中間空心孔徑都經優化設計，風帽頂部均勻6個小孔，其孔徑分A、B兩種。空氣經布風板后，進入風帽的中間空心通道，經風帽小孔進入爐內，并通過它獲得一定的阻力，維持流化床區的穩定運行。 風帽與布風板應緊密連接，為了避免布風板受高溫而撓曲變形，也是為固定風帽和使風帽插孔密封，在布風板上幾須灌注約100mm左右的耐火保護層，一般用礬土水泥、輕質耐火料和石棉粉的混合料作為保護層。 風帽小孔的加工應光滑，不應有毛刺，在敷設保護層時，切忌堵塞風帽小孔。在施工前，用膠布將風帽小孔拴封好，保護層敷設好后，再拆下膠布，并仔細檢查小孔是否暢通，如有堵塞，則要徹底疏通。
2．流化床區
本區段為爐子燃燒的主要部件，分垂直段和基本段，垂直段截面積的大小與布風板的有效面積一致垂直段其目的是在此區段有較高的流化速度，以保證在爐子運行時粗的物料不在底部沉積滯留。往上開始向外擴展，其錐角設計成50度，一直擴展到與懸沸室的垂直墻壁平滑連接。本區域中，采用了先進的兩段燃燒技術，即煤入爐后在此處進得激烈的燃燒反應，并沿著一業的軌跡運動使氣一固兩者之間具有較大的滑差速度，在保證良好的燃燒三要素下：高溫、充足的氧氣、足夠的停留時間，煤得到最充分的燃燼。在距運行平臺的前墻上，安裝有一臺給煤機和進煤管一根，其傾角為60度，燃料從此管依靠自身重力進入爐中，由于給煤口位于爐子的負壓區，故稱之負給煤，燃煤在床中燃燒后，生成的煙氣進入懸浮室，粗的物料從冷渣管不定期排出。
在前墻給門口的下面，安裝一爐門，供點火與檢查之用，該爐門分大小兩個部分，即在大爐門上裝一個小爐門，當點炎成功或運行過程中，只開小爐門，即可加燃料或用扒鉤探測床中的流化情況，隨時進行調整，在離平臺的前墻和左側墻處安裝有看火孔各一個，供運行中觀察床內燃燒情況。
3.懸浮室
從基本段的爐墻續向外擴展，形成一個高大的自由空間，其內空截面積較大。從流化床出來的高溫煙氣（900℃左右）中夾帶有大量的細小碳粒，為了使這部分細小碳粒能在爐內充分燃燒，提高燃燒效率，我們在設計中采用了截面積比沸騰層大的懸浮室，使夾帶出來的細小碳粒因煙氣速度的下降而自由沉降，延長部分細粒在爐內的停留時間，從而降低飛灰中的含量，減少固體不完全燃燒熱損失。
4.爐墻爐頂與鋼架
本爐采用重型爐墻，為一層耐火磚，一層紅磚，中間是性能良好的隔熱層，其中填輕質絕熱材料，具有良好的隔熱保溫性能，爐頂采用120°的拱形結構，為使爐頂牢固可靠，砌筑時要嚴格按工藝要求進行，以確保質量。
鋼架由大立柱和小立柱與橫撐、拉撐組成，所有立柱都應在澆灌基礎時留預埋件，立柱焊在預埋的鋼板上，預埋在混凝土立柱或橫梁中，地腳螺釘和鋼板焊接，其預埋深度為應滿足強度的要求。
爐子的運行層的支撐為水泥立柱，每根立柱荷量應滿足安全要求。水泥立柱和橫梁尺寸，由土建設時根據上述負荷及地質狀況時行施工設計時確定。
在本流化床中，設置有飛灰沉降室，使煙氣進入烘干系統之前可分離沉降一部分飛灰，從而減少了煙氣中飛灰的夾帶量。
5.給煤系統
通過有關計算表明，為滿足用戶所要求的熱量與參數，我們在設計本系統時，考慮到用戶希望投資省、運行可靠、維修簡單方便的意愿，采用了負壓給煤方式，用圓盤給煤機將煤送入流化床上部的零壓區，它的優點是圓盤給煤機運行可靠，事故率低，燃料中的水分含量高一點也能適應，但因給煤點位置較高，且落煤管又需要一定的斜度，所以要求爐前有較大的高度來安裝煤斗。本設計中采用了一臺給煤機。
圓盤給煤機的型號為DKФ800毫米,最大給煤量可達2.18～3.83噸/時。電動機功率為1.1千瓦。在圓盤給煤機的上面有一小型儲煤斗，可存煤供四小時使用，將已經破碎了的0～10毫米的燃煤由一臺HL-160斗式提升機送入儲存斗中，斗式提升機最大輸送量為8m3/h。入爐前的燃煤破碎及提升與輸送系統，由設計研究院統一考慮。
由一于高溫煙氣爐的燃煤要求0～10毫米的粒度，所以原煤要過篩和破碎，否則將影響流化質量和下常運行。為此，我們建議應建設一個能儲存三個月用煤量的干煤棚，設置破碎系統，破碎系統應設計為篩分、破碎、篩分系統，以確保爐子安全運行所要求的燃煤粒度和燃料的下常供應。
6.送、引風機
高溫煙氣爐是采用流態的燃燒技術，它與固定床和煤粉燃燒的根本區別就在于煤粒是處于流態的床料中進行燃燒和化學反應。因此，在流化床中一般有很多的床料，而要使這么多的床料處于良好的流化狀態，則要求送風機具有足夠的壓頭和風量。根據計算，本爐子需要的風量在額定負荷時為16500 m3/h，還要加上一定的儲備系數以及爐子的超負荷能力，而在壓頭選擇上應大于各部分阻力之和，即風道的沿和阻力、布風板、風帽和料層的阻力，同時還要乘上一個風壓儲備系數，基于上許考慮，我們選擇送風機，其風量為18000 m3/h，壓頭為7000Pa。爐子出口的煙氣量為Vy=16912B m3/h,加上烘干水份蒸汽7711共計廢B m3/h，共計廢氣量Vi=26483Bm3/h,當廢氣溫度t=120℃時，Vi=35533m3/h故選擇風機時其流量應×1.1即39100m3/h引風機壓力大于3000 Pa。t3
三、高溫煙氣沸騰爐的點火啟動和運行
1、點火起動
高溫煙氣沸騰爐的點火啟動和一般沸騰爐基本相同，只是其過量空氣較大，所以在點火操作過程中更應仔細謹慎，調節更要及時準確。
2、點火啟動前的準備工作
啟動前布風板上面應清理干凈，風帽之間應無雜物。風帽小孔應無堵塞，風帽與布風板的裝配應牢固緊密，冷渣管暢通，冷渣管閘門應關閉靈活、嚴密。
鼓風機的調節風門應操作靈活。風量計、風壓表、熱電偶溫度計等應指示正常，給煤機應運轉良好。
點火工具，如爐鉤、火扒、撬杠、鐵鍬、翻斗車、手推車等都應放到爐前，準備點火木柴，木炭或柴油，還應準備一定數量的點火煤和床料。
3、操作和方法
高溫煙氣沸騰爐采用固定床點火的方法。
先在布風板上鋪上底料300毫米左右，用火鉤扒平。底料為0～8毫米的溢流渣，其中不能有小焦塊和鐵釘之類雜物。為了使點火迅速。也可在底料中滲入一些煙煤，使底料的發熱量在1500大卡/公斤左右。在沒有溢流渣的地方，可用黃砂作底料，或在黃砂中摻些煙煤。不能用層燃爐的渣作底料，因其中有很多焦塊，這將導致點火過程結焦。
對于新安裝的高溫煙氣沸騰爐，由于爐墻潮濕，所以在正運行前要進行烘爐。烘爐是項細致的工作，應當小心謹慎地進行。開始要小火烘烤，要慢慢地驅逐爐墻內的潮氣，不使它驟然發生應力的變形，如果烘爐很草率，升火很旺，爐墻干燥太快，爐墻內會產生大量的水蒸汽，因而擠壓墻磚移動。另外，爐墻內部干濕不均勻，收縮不一，易造成爐墻腳突出，裂縫及變形等缺陷。
對于高溫煙氣沸騰爐，首先要經過一定的處然干燥周期，一般為5～7天。然后才能烘爐，而烘爐時間為3～4天，在最初兩天，應用木柴，燃燒要穩定而均勻，火堆應集中在爐子的中心，使四面爐墻均勻受熱當烘烤到第三晝夜時，可向火堆添加少量的煤，以使逐漸代替木柴，這時可啟動引風機，調整風門開度，使爐膛負壓控制在10～50pa左右，直到爐墻腳完全干燥為止。
爐墻腳烘干時，爐墻外層磚縫里的泥漿應干燥，取樣分析時，爐墻灰縫中的水分應下降到2.5-3%，爐墻外層表面各部分的溫度達到50℃左右，并且均勻一致時，即認為烘爐合格，方可投入運行。
對于短期停運的沸騰爐，鋪上底料后，從冷態點火到熱態啟動運行，約2小時左右。
4、點火啟動
木材在床中底料上點火燃燒后，可打開引風機調節門，讓其自然通風，經過一小時左右，關閉引風門，開啟引風機，再微開引風機調節門，使木柴燒旺，在火床上形成一層厚厚的炭火層之后，取出未燒透的木柴，用火鉤將炭火扒平。立即啟動鼓風機，并在炭火層上均勻地撒上2-3鏟引子煙煤，微開鼓風機調節風門，這時可看到炭火層表面微微跳動，由于有氧氣，引子煤被加熱后，揮發分折出開燃燒，出現一層蘭色火焰，再加一點煤，并逐漸增加風量，同時用火鉤輕輕地在料層表面攪拌，料層表面溫度不斷上升，暗紅色的火焰不斷擴大，隨著風量和引子煤的逐漸增加，暗紅色火焰逐漸明顯，料層翻動逐漸強烈，溫度也越來越高。這時要密切注意爐溫的變化，當溫度上升到700-800℃時，可將風量調整到正常運行風量的60-70%，并用火鉤在沸騰床前后左右移動，檢查是否有“死區”和焦塊，如有焦塊，應立即清除。若發現床層還未沸騰，應及時加大風量直至整個床層沸騰。并灑上一些引子煤，關上爐門，啟動給煤機向爐內投煤。投煤量應由小到大，逐漸增加。同時，加大送風，使風量增輥到最小運行風量，這時溫度8500-900℃，此時要特別注意溫度的上長速度。當溫度達到900℃時上長極為緩慢或停止溫長的傾向時，即認為點火啟動成功，高溫煙氣沸騰爐進入了正常運行狀態。
5、正常運和行
高溫煙氣沸騰爐點火成功，投入正常運行之后，要使用期產生的高溫煙氣能滿足烘干機的需要，使之適應負荷的變化，安全、穩定、經濟的運行，則運行人員要根據不同情況及時的對給煤量，送風量，沸騰床層溫度，風室壓力，料層厚度，冷渣量及爐膛負壓等進行調整，下面分別予以論述：
1）風量和給煤量的調節：
由于進入烘干機物料的水分和給入量經常變化，或因煤質水分的改變，給煤機斷煤和堵塞，或因電壓波動引起送、引風機的風量變化等等原因，都會使沸騰爐床溫度發生變化，甚至超溫結焦或熄火。所以要密切監視床溫，及時調節風量和給煤量。總的來說，當溫度超過正常值時要減少給煤量，如超溫較多時，同時要加大送風量，使床中熱量能迅速地帶走，而不至超溫結焦，當溫度下降時，要適當加煤。要根據情況合理的調整給煤量和送風量，以維持正常穩定的運行。
2）沸騰床溫的調節
高溫煙氣沸騰爐的正常運行溫度為950℃左右，同時要視煤種的不同而有變化，其最高允許溫度應在灰溶點軟化溫度t1以下50-100℃，而最低運行溫度亦不應低于850℃。
由于上面提及的原因，如供熱負荷變化，煤質和給煤量變化以及送風量的變化或床中大顆粒沉積流化質量惡化等都會引起床溫發生變化。當這種變化有超過控制范圍的趨勢時，應及時采取措施，進行調整。
對于沸騰床溫度的變化，首先應判斷引起變化的原因，然后采取措施，予以調整。在一般情況下，當床溫上升時，應減煤，加風，當溫下降時，應加煤，減風。調整時，應少量地進行，不可大起大落。在調整的過和中，還應特別注意，由于熱電偶具有惰性，溫度計所示出的讀數往往低于或高于沸騰床的溫度。因此除密切注意溫度計的指示外，還應加強爐前的巡視，觀看炎色，以便正確的操作。
3）風箱壓力的調節
從冷態試驗中得知，風箱壓力等于布風板陰力與料層陰力之和，而布風板陰力已經測出，從指示風箱壓力的U型壓力可控制在6500Pa左右，這樣可使床中蓄熱量大，運行平穩。料層過厚則導致風量減少，不能保證良好沸騰所需要的空氣量，甚至于使床料產生分層，沉積，引起結焦。料層過薄則運行不穩定，料層容易“吹穿”，引起空氣“短路”，惡化運行。
運行中，用排放冷渣的方法來控制料層厚度。當風箱壓力超過6500Pa，或在送風調節門未改變而風量自動減少時，都是床中料層過厚所致，應排放冷渣，但一次不宜排放過多，以免引起床溫波動太大，或因爐料放空而熄火。一般在排放冷渣時風箱壓力下降不宜超過200-300Pa。
4）爐膛的負壓在運行中最好控制在-10Pa左右，但運行中實際上應控制在-10～-50Pa的微負壓，以免因沸騰層氣壓不穩定而使爐門和看火孔向外冒火，影響安全。負壓過大則引起爐子漏風量的增加，降低沸騰爐的熱效率。
5）高溫煙氣沸騰中的防止結焦與處理
在運行中或點火中結焦，是司爐人員應竭力避免的一大問題。結焦分兩面三刀種情況，一是低溫結焦，二是高溫結焦，下面分別予以敘述：
（1）低溫結焦發生在點火地程中，爐子溫度還不高，在600Pa以下，這時整個床層尚處于點火階段，但在個別地域，由于空氣形成溝流，給煤的燃燒提供了良好的條件，加之床層尚未流化，熱量在此積蓄，不能帶走，因而使局部超溫，形成結焦。有時在床層表面，因細小煤粒被風吹到此處積聚，與表面炭火層接觸，很快著火燃燒，造成表面局部高溫而結焦。
低溫結焦質松而脆，很易清除。在點火過程中，如發現局部有火舌冒出，應及時用扒子疏通，清除焦塊，并要徹底，以除隱患。
（2）高溫結焦
高溫結焦是在點火或運行中因風煤配比控制不當而引起超溫，大面積結焦。由于超溫是整個床區，所以高溫結焦都較嚴重，且焦塊堅硬結實，往往需要停爐才能清理干凈。所以在點火中，要看火加煤，看火加風，引子煤要少加勤加，撒灑均勻，而在運行中要加強對沸騰床溫度的監視，控制好風煤比，以避免高溫結焦。
（3）結焦的原因和處理
結焦的原因較多，應根據具體情況予以分析，總的原因是料層平均溫度過高和流化質量不好而引起的。
在設計上，如果布風板不均勻，或因鼓風機風量和壓頭不夠，致使流化質量不好，床中熱功當熱量不能及時帶走，而引起結焦。
但更多的是運行方面的原因：如給煤量過大，或給煤不均勻，料層中含煤量過多，運行中料層太薄，運行風量太低等等都引起結焦，所以在設計和運行中，應力求消除上述不利因素。
高溫煙氣沸騰爐床面出現結焦現象，應立即進行處理，對“低溫結焦”，可用扒火鉤子將劇烈燃燒的部分扒開，松動，使這些顆粒變換位置，并用火鉤將小渣塊扒出，同時用火鉤在床內四處松動，防止別處產生“低溫結焦”。
對于“低溫結焦”，只要及時處理，徹底清除，一般不影響爐子的繼續啟動和正常運行。
如運行中出現高溫結焦，應立即停止給煤，并采用下列方法處理：
a.迅速向爐內投入大量的冷的或噴了水的溢流渣或黃砂，使料層溫度很快下降。這需要平時在爐前準備一定數量的溢流渣或黃砂。
b.向沸騰層表面噴水冷卻，此法簡單有效，但切忌將水噴至爐墻，且高溫焦塊遇水爆裂飛濺，容易傷人，一般不予以采用。
c.加大風量猛吹沸騰層，把熱量帶走。
采用上述方法處理后，如爐溫恢復正常，即可清除焦塊，繼續運行，若結焦很嚴重，焦塊太多太大，則應停爐清理，甚至更換全部底料，重新點火啟動。
（4）冷渣管結焦堵塞
由于冷渣管放灰門關閉不嚴，床內的空氣從冷渣管漏出時，使沉積于冷渣管內的冷渣燃燒，形成高溫而結焦，導致冷渣管堵塞。或由于床內較大的渣塊進入冷渣管而卡住，形成堵塞。
冷渣管堵塞時，可用圓條用力捅穿，在個別情況下，嚴重到不能通穿時，亦要停爐才能予以解決。
6）壓火備用
當燃料供應不足設備臨時出故障等原因需要短暫停爐時，就采用壓火備用。首先停止給煤，使爐溫下降到900℃以下時，停止送風，并將調節風門關好，然后停止引風，將引風調節門關閉，同時應檢查爐門是否關嚴，看火孔等所有能向爐內漏入空氣的部位都要關閉嚴密。
經過一段時間壓火之后，重新啟動時，應打開爐門檢查是否有焦塊，用火鉤撥開料層時是否有紅火，如沒有焦塊，且爐溫在600℃以上時，可以啟動送風機，把風量調至熱態基本沸騰風量，投入一些引子煤，然后投入給煤，并密切注意溫度的變化，隨著溫度的上升，逐漸增加風量至最低運行操作風量，直至運行正常。若壓火后爐溫下降至500℃甚至更低時，則要扒掉表面料層灑上薄薄一層引火煤或加木炭升溫。
實行小風量啟動，基本上與冷爐點火操作相同。
壓火備用一般為幾個小時，長達十幾個小時，據有關介紹，有的甚至達到三十多個小時。爐子壓火時間的長短，取決于爐墻的保溫性能、料層厚度、壓火時的床溫、爐子的密閉程度和環境溫度等諸多因素。
某水泥廠的一臺高溫煙氣爐能在壓火48小時后，不要加木柴，開鼓引風，即可升溫正常啟動，目前最長的爐子壓火可達50小時。
能壓火啟動，是高溫煙氣沸騰爐的一大優點，有些生產工藝要求流化床爐一天運行二班，即爐子經常要壓火。而豎井磨煤粉爐和手燒爐，不能壓火，每天要點火啟動一次或幾次，這不僅耗費大量的木柴及燃油，而且勞動強度大，操作現場煙塵污染嚴重，同時爐子頻繁的點火停爐也減少了爐子的使用壽命。
