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流化床高温炉设计说明书
一前言
流化床燃烧高温烟气炉是近二十多年的发展起来的一种新型燃烧设备,它采用流态燃烧技术生产高温烟气(或高温空气),可广泛采用于建材、化工、冶炼等行业、干燥、矿渣、粘土、原煤以及化工原料等，该炉采用合理的结构和两段燃烧等多项先进技术，使炉子燃烧稳定，温度均匀，燃烧效率高，燃烧适应性能好，可燃用多种劣质燃料，经多年试验研究及工业应用证明，本产品设计新颖，性能良好，指标先进，节能显著，是水泥、化工烘干、焙烧工艺中的新型节能产品。
流化床高温烟气炉能用多种劣质燃料，原煤经破碎后以0～10毫米颗粒用机械送入炉中布风板上，由送风机送来的高压空气通过布风板，将煤和炉料托起，形成“流化”，就象液体沸腾时那样的流动和上下翻腾，燃料就在一定的高度内进行剧烈的、紊乱无序的湍动燃烧。由于炉料不断的上下运动，并且它的数量很大，蓄积的热量很多，少量的生煤（约占炉料的1%左右）投入炉中，就很快地扬所有炉料混合一起，迅速被加热着火燃烧。在流化床炉中，炉料都是一颗颗的散开，不仅和空气的接触面积大，而且由于炉料扰动很强烈，和气的相对运动很大，颗粒燃烧时产生的二氧化碳等惰性气体很快被从煤料表面带走了，新鲜的空气立亥又补充进来，所以煤粒一经着火，就能强烈燃烧。燃料在炉中停留的时间也很长。由于上述特点，一些在别的炉型中很难烧透甚至无法燃烧的高灰分、低热值的劣质煤能在流化床炉中稳定燃烧，并且能达到很高的燃烬度。
与之相比，层燃炉和煤粉炉就没有上述有利条件，层燃炉的煤入炉后只能集中在炉前的炉排上慢慢加热，如遇上高灰分的燃料就很难着火甚至不能燃烧，而煤粉炉虽然热量大，煤料小，易于着火，但在炉中停留时间太短，且固体与气体相对运动很小，所以同样不能燃烧劣质煤，而流化床高温烟气炉却很能适应，我们在湖北某水泥厂流化床高温烟气炉上燃用1500大卡/公斤的炉火纯青渣，效果很好，供热充足且能长期稳定运行。
综合起来，流化床燃烧炉有如下优点：
1．燃料的适应性特别好，它几乎可以用各种劣质燃料，如煤矸石、石煤、无烟煤、油页岩、泥煤等同内外还用流化床炉火纯青来处理城市垃圾和工业废渣。
2．燃烧诳率高，已投运的流化床高温烟气炉燃烧诳率达95%以上
3．燃料制备简单，原煤稍经破碎于0～10毫米后即可入炉使用。
4．操作灵活，调节性能好，炉子升温快，冷炉起动二、三十即可满负荷运行，压火起动更快。
5．温度均匀，供热稳定，有利于产品产量和质量的提高。
6．排烟中的有害物质少，由于流化床燃烧是低温燃烧，Nox的生成量很小，在燃用高硫劣质煤时，使用石灰石脱硫很方便，使燃料中的硫以固态的方式排出而不至于形成Sox污染。
7．灰渣综合利用好，流化床燃烧温度在900℃左右，灰渣滓未经高温熔融过程，活性好，且含碳量低，是水泥的良好掺合料。
8．劳动强度小，有利于实现自动化。
9．可以压火备用，节省点火木柴和时间，并减少点火时的劳动强度，这对于每天只运行1～2个班或经常间断运行的炉子更为合适，一般可压火8～16小时。
二本流化床高温烟气炉设计要点
本炉与烘干机配套使用，燃用0～10mm的当地煤，提供1000万大卡/时的热量，炉子燃烧效率达≥95%，灰渣含碳量为≤1%左右，能很好地满足用户的需求，是十分理想的节能产品。
为了使流化床高温烟气炉能达到上述要求，我们在整体设计和各系统的设计中进行了充分的考虑，现在简述于后。
1． 布风系统
本系统包括送风机、进风管道、等压风箱、布风板和风帽，本系统设计是否合理是高温烟气沸腾炉能否安全、高效、稳定运行的关键。送风机送来的空气由风管进入等压风箱，在风管和等压风箱之间采用圆变方的大小头连接，使之进入等压风箱的空气尽可能地均匀，在风箱的底部采用一定的倾角，风箱的直段长度设置合理，其目的是使风箱能获得良好的稳压与分流效果，等压风箱由厚度为5毫米的钢板焊接而成，并悬挂在操作平台上的金属框架结构上。
布风系统的另一个部件是布风板，它由一厚钢板制成，置于等风箱的顶部，布风板上开有众多的孔。这些孔与风帽紧密配合，以免运行中用火钩清理炉料时脱落。布风板与风箱连接，布风板面积的大小是高温烟气炉设计的首要间题，它的面积大小决定着沸腾床的截面积，底部气流速度和炉子的燃煤量，对沸腾床的供热量，稳定运行、燃烧效率等都有很大影响。
本炉布风板的有效面积F=6.63M2，布风板上的孔呈等边三角形布置。
在布风板上开有ø109的大孔两个，用于连接冷渣管，以便排放运行中沉积于底部的粗料或铁钉之类的杂物。
风帽是本系统中的第三个重要部件，它由耐热铸钢浇铸而成，其外径、长度以入中间空心孔径都经优化设计，风帽顶部均匀6个小孔，其孔径分A、B两种。空气经布风板后，进入风帽的中间空心通道，经风帽小孔进入炉内，并通过它获得一定的阻力，维持流化床区的稳定运行。 风帽与布风板应紧密连接，为了避免布风板受高温而挠曲变形，也是为固定风帽和使风帽插孔密封，在布风板上几须灌注约100mm左右的耐火保护层，一般用矾土水泥、轻质耐火料和石棉粉的混合料作为保护层。 风帽小孔的加工应光滑，不应有毛刺，在敷设保护层时，切忌堵塞风帽小孔。在施工前，用胶布将风帽小孔拴封好，保护层敷设好后，再拆下胶布，并仔细检查小孔是否畅通，如有堵塞，则要彻底疏通。
2．流化床区
本区段为炉子燃烧的主要部件，分垂直段和基本段，垂直段截面积的大小与布风板的有效面积一致垂直段其目的是在此区段有较高的流化速度，以保证在炉子运行时粗的物料不在底部沉积滞留。往上开始向外扩展，其锥角设计成50度，一直扩展到与悬沸室的垂直墙壁平滑连接。本区域中，采用了先进的两段燃烧技术，即煤入炉后在此处进得激烈的燃烧反应，并沿着一业的轨迹运动使气一固两者之间具有较大的滑差速度，在保证良好的燃烧三要素下：高温、充足的氧气、足够的停留时间，煤得到最充分的燃烬。在距运行平台的前墙上，安装有一台给煤机和进煤管一根，其倾角为60度，燃料从此管依靠自身重力进入炉中，由于给煤口位于炉子的负压区，故称之负给煤，燃煤在床中燃烧后，生成的烟气进入悬浮室，粗的物料从冷渣管不定期排出。
在前墙给门口的下面，安装一炉门，供点火与检查之用，该炉门分大小两个部分，即在大炉门上装一个小炉门，当点炎成功或运行过程中，只开小炉门，即可加燃料或用扒钩探测床中的流化情况，随时进行调整，在离平台的前墙和左侧墙处安装有看火孔各一个，供运行中观察床内燃烧情况。
3.悬浮室
从基本段的炉墙续向外扩展，形成一个高大的自由空间，其内空截面积较大。从流化床出来的高温烟气（900℃左右）中夹带有大量的细小碳粒，为了使这部分细小碳粒能在炉内充分燃烧，提高燃烧效率，我们在设计中采用了截面积比沸腾层大的悬浮室，使夹带出来的细小碳粒因烟气速度的下降而自由沉降，延长部分细粒在炉内的停留时间，从而降低飞灰中的含量，减少固体不完全燃烧热损失。
4.炉墙炉顶与钢架
本炉采用重型炉墙，为一层耐火砖，一层红砖，中间是性能良好的隔热层，其中填轻质绝热材料，具有良好的隔热保温性能，炉顶采用120°的拱形结构，为使炉顶牢固可靠，砌筑时要严格按工艺要求进行，以确保质量。
钢架由大立柱和小立柱与横撑、拉撑组成，所有立柱都应在浇灌基础时留预埋件，立柱焊在预埋的钢板上，预埋在混凝土立柱或横梁中，地脚螺钉和钢板焊接，其预埋深度为应满足强度的要求。
炉子的运行层的支撑为水泥立柱，每根立柱荷量应满足安全要求。水泥立柱和横梁尺寸，由土建设时根据上述负荷及地质状况时行施工设计时确定。
在本流化床中，设置有飞灰沉降室，使烟气进入烘干系统之前可分离沉降一部分飞灰，从而减少了烟气中飞灰的夹带量。
5.给煤系统
通过有关计算表明，为满足用户所要求的热量与参数，我们在设计本系统时，考虑到用户希望投资省、运行可靠、维修简单方便的意愿，采用了负压给煤方式，用圆盘给煤机将煤送入流化床上部的零压区，它的优点是圆盘给煤机运行可靠，事故率低，燃料中的水分含量高一点也能适应，但因给煤点位置较高，且落煤管又需要一定的斜度，所以要求炉前有较大的高度来安装煤斗。本设计中采用了一台给煤机。
圆盘给煤机的型号为DKФ800毫米,最大给煤量可达2.18～3.83吨/时。电动机功率为1.1千瓦。在圆盘给煤机的上面有一小型储煤斗，可存煤供四小时使用，将已经破碎了的0～10毫米的燃煤由一台HL-160斗式提升机送入储存斗中，斗式提升机最大输送量为8m3/h。入炉前的燃煤破碎及提升与输送系统，由设计研究院统一考虑。
由一于高温烟气炉的燃煤要求0～10毫米的粒度，所以原煤要过筛和破碎，否则将影响流化质量和下常运行。为此，我们建议应建设一个能储存三个月用煤量的干煤棚，设置破碎系统，破碎系统应设计为筛分、破碎、筛分系统，以确保炉子安全运行所要求的燃煤粒度和燃料的下常供应。
6.送、引风机
高温烟气炉是采用流态的燃烧技术，它与固定床和煤粉燃烧的根本区别就在于煤粒是处于流态的床料中进行燃烧和化学反应。因此，在流化床中一般有很多的床料，而要使这么多的床料处于良好的流化状态，则要求送风机具有足够的压头和风量。根据计算，本炉子需要的风量在额定负荷时为16500 m3/h，还要加上一定的储备系数以及炉子的超负荷能力，而在压头选择上应大于各部分阻力之和，即风道的沿和阻力、布风板、风帽和料层的阻力，同时还要乘上一个风压储备系数，基于上许考虑，我们选择送风机，其风量为18000 m3/h，压头为7000Pa。炉子出口的烟气量为Vy=16912B m3/h,加上烘干水份蒸汽7711共计废B m3/h，共计废气量Vi=26483Bm3/h,当废气温度t=120℃时，Vi=35533m3/h故选择风机时其流量应×1.1即39100m3/h引风机压力大于3000 Pa。t3
三、高温烟气沸腾炉的点火启动和运行
1、点火起动
高温烟气沸腾炉的点火启动和一般沸腾炉基本相同，只是其过量空气较大，所以在点火操作过程中更应仔细谨慎，调节更要及时准确。
2、点火启动前的准备工作
启动前布风板上面应清理干净，风帽之间应无杂物。风帽小孔应无堵塞，风帽与布风板的装配应牢固紧密，冷渣管畅通，冷渣管闸门应关闭灵活、严密。
鼓风机的调节风门应操作灵活。风量计、风压表、热电偶温度计等应指示正常，给煤机应运转良好。
点火工具，如炉钩、火扒、撬杠、铁锹、翻斗车、手推车等都应放到炉前，准备点火木柴，木炭或柴油，还应准备一定数量的点火煤和床料。
3、操作和方法
高温烟气沸腾炉采用固定床点火的方法。
先在布风板上铺上底料300毫米左右，用火钩扒平。底料为0～8毫米的溢流渣，其中不能有小焦块和铁钉之类杂物。为了使点火迅速。也可在底料中渗入一些烟煤，使底料的发热量在1500大卡/公斤左右。在没有溢流渣的地方，可用黄砂作底料，或在黄砂中掺些烟煤。不能用层燃炉的渣作底料，因其中有很多焦块，这将导致点火过程结焦。
对于新安装的高温烟气沸腾炉，由于炉墙潮湿，所以在正运行前要进行烘炉。烘炉是项细致的工作，应当小心谨慎地进行。开始要小火烘烤，要慢慢地驱逐炉墙内的潮气，不使它骤然发生应力的变形，如果烘炉很草率，升火很旺，炉墙干燥太快，炉墙内会产生大量的水蒸汽，因而挤压墙砖移动。另外，炉墙内部干湿不均匀，收缩不一，易造成炉墙脚突出，裂缝及变形等缺陷。
对于高温烟气沸腾炉，首先要经过一定的处然干燥周期，一般为5～7天。然后才能烘炉，而烘炉时间为3～4天，在最初两天，应用木柴，燃烧要稳定而均匀，火堆应集中在炉子的中心，使四面炉墙均匀受热当烘烤到第三昼夜时，可向火堆添加少量的煤，以使逐渐代替木柴，这时可启动引风机，调整风门开度，使炉膛负压控制在10～50pa左右，直到炉墙脚完全干燥为止。
炉墙脚烘干时，炉墙外层砖缝里的泥浆应干燥，取样分析时，炉墙灰缝中的水分应下降到2.5-3%，炉墙外层表面各部分的温度达到50℃左右，并且均匀一致时，即认为烘炉合格，方可投入运行。
对于短期停运的沸腾炉，铺上底料后，从冷态点火到热态启动运行，约2小时左右。
4、点火启动
木材在床中底料上点火燃烧后，可打开引风机调节门，让其自然通风，经过一小时左右，关闭引风门，开启引风机，再微开引风机调节门，使木柴烧旺，在火床上形成一层厚厚的炭火层之后，取出未烧透的木柴，用火钩将炭火扒平。立即启动鼓风机，并在炭火层上均匀地撒上2-3铲引子烟煤，微开鼓风机调节风门，这时可看到炭火层表面微微跳动，由于有氧气，引子煤被加热后，挥发分折出开燃烧，出现一层兰色火焰，再加一点煤，并逐渐增加风量，同时用火钩轻轻地在料层表面搅拌，料层表面温度不断上升，暗红色的火焰不断扩大，随着风量和引子煤的逐渐增加，暗红色火焰逐渐明显，料层翻动逐渐强烈，温度也越来越高。这时要密切注意炉温的变化，当温度上升到700-800℃时，可将风量调整到正常运行风量的60-70%，并用火钩在沸腾床前后左右移动，检查是否有“死区”和焦块，如有焦块，应立即清除。若发现床层还未沸腾，应及时加大风量直至整个床层沸腾。并洒上一些引子煤，关上炉门，启动给煤机向炉内投煤。投煤量应由小到大，逐渐增加。同时，加大送风，使风量增辊到最小运行风量，这时温度8500-900℃，此时要特别注意温度的上长速度。当温度达到900℃时上长极为缓慢或停止温长的倾向时，即认为点火启动成功，高温烟气沸腾炉进入了正常运行状态。
5、正常运和行
高温烟气沸腾炉点火成功，投入正常运行之后，要使用期产生的高温烟气能满足烘干机的需要，使之适应负荷的变化，安全、稳定、经济的运行，则运行人员要根据不同情况及时的对给煤量，送风量，沸腾床层温度，风室压力，料层厚度，冷渣量及炉膛负压等进行调整，下面分别予以论述：
1）风量和给煤量的调节：
由于进入烘干机物料的水分和给入量经常变化，或因煤质水分的改变，给煤机断煤和堵塞，或因电压波动引起送、引风机的风量变化等等原因，都会使沸腾炉床温度发生变化，甚至超温结焦或熄火。所以要密切监视床温，及时调节风量和给煤量。总的来说，当温度超过正常值时要减少给煤量，如超温较多时，同时要加大送风量，使床中热量能迅速地带走，而不至超温结焦，当温度下降时，要适当加煤。要根据情况合理的调整给煤量和送风量，以维持正常稳定的运行。
2）沸腾床温的调节
高温烟气沸腾炉的正常运行温度为950℃左右，同时要视煤种的不同而有变化，其最高允许温度应在灰溶点软化温度t1以下50-100℃，而最低运行温度亦不应低于850℃。
由于上面提及的原因，如供热负荷变化，煤质和给煤量变化以及送风量的变化或床中大颗粒沉积流化质量恶化等都会引起床温发生变化。当这种变化有超过控制范围的趋势时，应及时采取措施，进行调整。
对于沸腾床温度的变化，首先应判断引起变化的原因，然后采取措施，予以调整。在一般情况下，当床温上升时，应减煤，加风，当温下降时，应加煤，减风。调整时，应少量地进行，不可大起大落。在调整的过和中，还应特别注意，由于热电偶具有惰性，温度计所示出的读数往往低于或高于沸腾床的温度。因此除密切注意温度计的指示外，还应加强炉前的巡视，观看炎色，以便正确的操作。
3）风箱压力的调节
从冷态试验中得知，风箱压力等于布风板阴力与料层阴力之和，而布风板阴力已经测出，从指示风箱压力的U型压力可控制在6500Pa左右，这样可使床中蓄热量大，运行平稳。料层过厚则导致风量减少，不能保证良好沸腾所需要的空气量，甚至于使床料产生分层，沉积，引起结焦。料层过薄则运行不稳定，料层容易“吹穿”，引起空气“短路”，恶化运行。
运行中，用排放冷渣的方法来控制料层厚度。当风箱压力超过6500Pa，或在送风调节门未改变而风量自动减少时，都是床中料层过厚所致，应排放冷渣，但一次不宜排放过多，以免引起床温波动太大，或因炉料放空而熄火。一般在排放冷渣时风箱压力下降不宜超过200-300Pa。
4）炉膛的负压在运行中最好控制在-10Pa左右，但运行中实际上应控制在-10～-50Pa的微负压，以免因沸腾层气压不稳定而使炉门和看火孔向外冒火，影响安全。负压过大则引起炉子漏风量的增加，降低沸腾炉的热效率。
5）高温烟气沸腾中的防止结焦与处理
在运行中或点火中结焦，是司炉人员应竭力避免的一大问题。结焦分两面三刀种情况，一是低温结焦，二是高温结焦，下面分别予以叙述：
（1）低温结焦发生在点火地程中，炉子温度还不高，在600Pa以下，这时整个床层尚处于点火阶段，但在个别地域，由于空气形成沟流，给煤的燃烧提供了良好的条件，加之床层尚未流化，热量在此积蓄，不能带走，因而使局部超温，形成结焦。有时在床层表面，因细小煤粒被风吹到此处积聚，与表面炭火层接触，很快着火燃烧，造成表面局部高温而结焦。
低温结焦质松而脆，很易清除。在点火过程中，如发现局部有火舌冒出，应及时用扒子疏通，清除焦块，并要彻底，以除隐患。
（2）高温结焦
高温结焦是在点火或运行中因风煤配比控制不当而引起超温，大面积结焦。由于超温是整个床区，所以高温结焦都较严重，且焦块坚硬结实，往往需要停炉才能清理干净。所以在点火中，要看火加煤，看火加风，引子煤要少加勤加，撒洒均匀，而在运行中要加强对沸腾床温度的监视，控制好风煤比，以避免高温结焦。
（3）结焦的原因和处理
结焦的原因较多，应根据具体情况予以分析，总的原因是料层平均温度过高和流化质量不好而引起的。
在设计上，如果布风板不均匀，或因鼓风机风量和压头不够，致使流化质量不好，床中热功当热量不能及时带走，而引起结焦。
但更多的是运行方面的原因：如给煤量过大，或给煤不均匀，料层中含煤量过多，运行中料层太薄，运行风量太低等等都引起结焦，所以在设计和运行中，应力求消除上述不利因素。
高温烟气沸腾炉床面出现结焦现象，应立即进行处理，对“低温结焦”，可用扒火钩子将剧烈燃烧的部分扒开，松动，使这些颗粒变换位置，并用火钩将小渣块扒出，同时用火钩在床内四处松动，防止别处产生“低温结焦”。
对于“低温结焦”，只要及时处理，彻底清除，一般不影响炉子的继续启动和正常运行。
如运行中出现高温结焦，应立即停止给煤，并采用下列方法处理：
a.迅速向炉内投入大量的冷的或喷了水的溢流渣或黄砂，使料层温度很快下降。这需要平时在炉前准备一定数量的溢流渣或黄砂。
b.向沸腾层表面喷水冷却，此法简单有效，但切忌将水喷至炉墙，且高温焦块遇水爆裂飞溅，容易伤人，一般不予以采用。
c.加大风量猛吹沸腾层，把热量带走。
采用上述方法处理后，如炉温恢复正常，即可清除焦块，继续运行，若结焦很严重，焦块太多太大，则应停炉清理，甚至更换全部底料，重新点火启动。
（4）冷渣管结焦堵塞
由于冷渣管放灰门关闭不严，床内的空气从冷渣管漏出时，使沉积于冷渣管内的冷渣燃烧，形成高温而结焦，导致冷渣管堵塞。或由于床内较大的渣块进入冷渣管而卡住，形成堵塞。
冷渣管堵塞时，可用圆条用力捅穿，在个别情况下，严重到不能通穿时，亦要停炉才能予以解决。
6）压火备用
当燃料供应不足设备临时出故障等原因需要短暂停炉时，就采用压火备用。首先停止给煤，使炉温下降到900℃以下时，停止送风，并将调节风门关好，然后停止引风，将引风调节门关闭，同时应检查炉门是否关严，看火孔等所有能向炉内漏入空气的部位都要关闭严密。
经过一段时间压火之后，重新启动时，应打开炉门检查是否有焦块，用火钩拨开料层时是否有红火，如没有焦块，且炉温在600℃以上时，可以启动送风机，把风量调至热态基本沸腾风量，投入一些引子煤，然后投入给煤，并密切注意温度的变化，随着温度的上升，逐渐增加风量至最低运行操作风量，直至运行正常。若压火后炉温下降至500℃甚至更低时，则要扒掉表面料层洒上薄薄一层引火煤或加木炭升温。
实行小风量启动，基本上与冷炉点火操作相同。
压火备用一般为几个小时，长达十几个小时，据有关介绍，有的甚至达到三十多个小时。炉子压火时间的长短，取决于炉墙的保温性能、料层厚度、压火时的床温、炉子的密闭程度和环境温度等诸多因素。
某水泥厂的一台高温烟气炉能在压火48小时后，不要加木柴，开鼓引风，即可升温正常启动，目前最长的炉子压火可达50小时。
能压火启动，是高温烟气沸腾炉的一大优点，有些生产工艺要求流化床炉一天运行二班，即炉子经常要压火。而竖井磨煤粉炉和手烧炉，不能压火，每天要点火启动一次或几次，这不仅耗费大量的木柴及燃油，而且劳动强度大，操作现场烟尘污染严重，同时炉子频繁的点火停炉也减少了炉子的使用寿命。
