烘干系统沸腾炉改进与优化技术

烘干系统沸腾炉改进与优化技术

李建鹏 陈亮 李志刚

新疆中泰矿冶有限公司 新疆阜康市 831500

摘要：沸腾炉是一种热效率高的炉窑，加之其结构简单、操作控制方便、强化燃烧劣质煤、煤耗低、运行成本少等优点,因此在水泥生产中广泛用作石灰石、粘土、矿渣等原料的烘干热源。本文对烘干系统沸腾炉改进与优化技术进行探讨。

关键词：沸腾炉；改进措施；优化技术

沸腾炉又称鼓泡流化床锅炉，是循环流化床锅炉发展史上一个重要里程碑。同时，沸腾炉是一种对煤适应性强、燃烧效率高的炉型，通过沸腾炉在实践应用中存在问题的改进和完善，能提高设备的运行周期，保证设备运行的经济性、安全性、稳定性，相对降低设备投入及生产成本，从而提高了经济效益。

一、沸腾炉工作原理

流体从下而上流过静止的粒状物料层时，若流速超过一定限度，则散料层开始膨胀、蠕动而具有流动性，变成假流体状态，这一过程称为散料层的流化。流化后的粒料上下翻动与流体的沸腾相似，故又称沸腾层，用此方法处理物料的热工设备称为沸腾炉。它克服了层燃炉和喷燃炉的缺点，是一种新型的流化床式燃烧炉。

沸腾燃烧方式的特点：既不像在层燃炉中将固体燃料静止地放在炉排上燃烧，也不像室燃炉那样将液体、气体或磨成细粉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，在炉内以类似沸腾的流态化状态进行强化燃烧。空气与燃料接触面积大、燃烧速度快、具有较高的传热系数[(220～250)×4．18 kJ／m³·℃·h]。其突出优点是对煤种适应性广，不但可燃烧烟煤、无烟煤、褐煤，也可燃烧煤矸石、煤渣等。

二、沸腾炉使用寿命短的原因

1、炉体结构存在的不足。腾炉的炉墙结构多为内、外二层，内层堆砌厚度一般为380～640mm。在两层之间留有夹层装填保温材料以求保温。其炉顶为砖结构成90℃直角，内、外层只有部分砖体啮合，拱顶的应力全部集中于拱角部位。由于火墙较为单薄，这就使墙体载荷过于集中，热膨胀也不均匀。从结构力学和热力学两方面都极易产生拱基移位、墙体开裂甚至掉砖、塌损等现象。这种现象当炉顶直角部位形成涡流，墙体局部温度骤增而产生结渣，或煅烧温度超过墙体承受能力时，其破坏作用更为明显，只能停炉检修，这是影响沸腾炉使用寿命的根本原因。

2、耐火材料选择和砌筑方法不当。目前,水泥企业往往对选择沸腾炉用耐火材料的认识不足,多采用普通黏土质耐火砖作内墙。这种砖属硅酸铝质材料,Al₂O₃含量在35%左右,其耐火度不高,一般＜1350℃。虽然沸腾炉的正常燃烧温度仅为900～1100℃,但在异常情况下的最高温度可达1400℃以上,而这种异常情况由于受炉体结构的制约又不可避免。因此,黏土砖容易在超限温度下发生软化,因收缩或膨胀变形而导致炉体破损；另外,燃料中产生的碱性氧化物可使硅酸铝质材料在高温下与灰渣反应生成低熔点物质,增加了对砖体的粘附性,加剧了结渣的形成和对墙体的化学侵蚀,使其强度、耐冲击性能降低而导致使用寿命缩短。

由于沸腾炉的炉体呈多边、多角,侧墙呈大斜面几何形状,故支承点较多,支承面比较复杂。因此,除了要正确选择耐火材料外,还要求砌筑方法得当。1)两墙间的夹层应填充密实,且具有保温和支承斜墙的双重作用；2)砖体的砌筑灰缝应＜2mm,以防止耐火泥受热收缩产生的张力破坏；3)应有足够的烘炉期和烘炉效果。但在实际生产中许多厂并非如此,在砌筑方法上往往带有随意性,难以从力学角度上满足多边、多角、大斜面的结构特点，这是加速炉体损坏的另一原因。

3、结渣处理不当与下料管更换频繁。沸腾炉在燃烧过程产生结渣的现象不可避免。但处理结渣的方法不当，也是导致炉体寿命缩短的原因之一。一些厂通常都使用长铁钎、铁钩等工具来捣散、清除渣块，也不可避免地会对耐火砖表层造成损伤；而烘干机下料管的频繁更换则对炉体的拱顶多有损坏。许多厂目前使用普通铸铁管或一般钢板焊接的下料管，所能承受的温度都＜800℃，在900～1100℃的正常工作温度下仅能维持2～4个月便不得不更换，频繁更换必然对拱顶造成破坏。

三、沸腾炉的改进措施

1、结构设计。将沸腾炉的结构改为炉底基础与墙体一体化耐热混凝土框架。拱顶的应力由拱脚梁承载并由竖墙和立柱传递到混凝土基础，这将比原结构极大地提高了炉体强度和承载能力。

炉体外墙采用粘土砖，内墙为耐火砖，砌筑时加设排气孔，促使烘炉过程产生的水蒸气排出，减少沸腾炉墙变形、开裂的成因。两墙之间充填碎砖块混凝土，使其起保温和支承斜炉墙的作用。炉体的拱顶用斧型砖堆砌，将其规格改为350×150×120mm，以增加墙体厚度，相应提高其承载力。炉门四周为易损区，为防止清渣操作对其的损坏，故将其改为喇叭口形状，易于操作。根据沸腾炉下料管受热部位的特点，将其改为分段更换式的下料管，其材质选用ZG35Cr24Ni19si耐热钢，更换周期由原来的2～4个月增加至1.5～2年，将频繁更换下料管对炉体拱顶的破坏降低到了最小的程度。

改进设计后的沸腾炉使用寿命均在3～4年以上，炉膛的有效体积比原结构缩小1/3，从结构上确保了炉体框架的强度，更重要的是为生产应用实现节煤、提高热效率奠定了良好的基础。

2、耐火材料及砌筑方法的改进。沸腾炉墙体的砌筑耐火材料可选用磷酸盐砖或高铝(Al₂O₃含量≥80%)砖，两种砖的耐火度都高于1500℃，且化学稳定性、热阻性、抗磨损性好，使用中能减缓酸碱和熔相的侵蚀，有利于延长炉体使用寿命。砌筑采用耐磨砌筑泥浆，每砌3～5层用钢筋耐火砖向粘土砖延伸搭接。炉门上端由耐热铸铁过桥板承载，避免因炉门框撬动而破坏拱顶。

3、生产操作与管理的改进。对新建或停炉检修后的炉体烘干，是一项细致的工作。若急火猛烧，炉体干燥太快易使燃烧产生的大量水蒸气膨胀形成应力骤变，造成炉墙开裂或变形。应在较低温度下烘烤，使水分缓慢蒸发，炉墙内部的收缩均匀，直到完全干燥为止。烘炉时间的长短按施工季节而定，一般为3～4d，北方的冬季及南方的雨季可延长至5～6d。烘炉时，先用胶布将风帽孔贴上，防止杂物堵塞，火焰应集中在炉床的中心部位，约占炉床面积的1/2。控制炉内温度在150～250℃连续烘烤约72h后，再添加少量煤，使炉温近于300℃。直到透汽管不冒汽，炉墙外层砖缝的砂浆干燥，表面温度均匀一致、颜色变浅时为止。

沸腾炉生产中的温度采用探测仪表和计算机连锁控制。温度通过高温热电隅探测，将信号经放大、计算机处理，再反馈到调速喂煤机和高压鼓风机的电动调节阀，从而实现喂料、用风的适时调节。这从控制的精度上避免了人为因素导致温度过高或过低对生产和设备的影响，为延长沸腾炉使用寿命创造了良好的外部环境。

四、沸腾炉优化技术

1、可将金属料斗改为耐火砖下料室,进料口上加星形进料阀,控制气体漏入,减少回火,防止矿料结团；下料室下部安装风帽,及时吹起下落的矿砂。后室及冷灰出口取消,在后室位置改为后部高低位排渣。

2、出气口与废热锅炉进口同时改大,减小出口气体对炉管的冲击力；修改了进气室的进气形式,使其布气更加均匀。取消三次风,二次风由水平吹入改为向下倾斜,使气体充分反应的同时吹下矿渣,减少矿渣流向出气口。

3、增加点火口数量,加开热渣进口,提高尾砂温度,加快燃烧速度。

4、风帽由分体式改为整体结构,增加强度,防止断裂。风帽正对墙体的孔眼封闭,减少对墙体的伤害。铺设在风帽花板上的混凝土层加厚,既可稳定风帽又可增加隔热厚度。

5、沸腾层及拱顶附近壳体增加加强筋,以增加其刚度和强度。

6、所有膨胀缝及接管空隙均要求填塞压实陶瓷纤维毡,防止吹脱后热风串入。

综上所述，沸腾炉是一种以煤为燃料的工业热风炉，具有燃烧效率高、供热能力大、环境污染小等显著优点，广泛应用于矿山、建材、化工、冶金、电石等行业，具有一定的社会、经济、环保效益。

参考文献：

[1]杨刚.水泥厂烘干系统的沸腾炉改造与应用[J].建材技术与应用，2015(05).

[2]韦忠强.简述延长沸腾炉使用寿命的办法[J].科技纵横，2015(04).