【正文】 謝 辭 ................................................................. 22 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 引 言 近幾年來(lái)，流化床在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，這是由于流化床本身特有的一些優(yōu)點(diǎn)所決定的。風(fēng)帽的常用類(lèi)型有很多種，例如蘑菇型風(fēng)帽、 P 型定向風(fēng)帽、箭型風(fēng)帽、 S 型豬尾巴風(fēng)帽、鐘罩型風(fēng)帽、內(nèi)嵌逆流柱型風(fēng)帽等。 布風(fēng)板的類(lèi)型一般分成兩類(lèi)，一類(lèi)是水平布置的布風(fēng)板 ,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于燃煤循環(huán)流化床鍋爐中。本文主要是設(shè)計(jì)一個(gè)小型的實(shí)驗(yàn)裝置上安裝的布風(fēng) 板，因此選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的水平布置的布風(fēng)板就可以滿足需求。雖然迄今為止還沒(méi)有關(guān)于風(fēng)帽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)較為完整的準(zhǔn)則或建議，但是通過(guò)人們大量的實(shí)驗(yàn)，得出的結(jié)論是值得我們?nèi)ソ梃b的。這就使得對(duì)固體進(jìn)行連續(xù)加工成為可能。 （ 4）顆粒的 熱容量大，故可以利用它作為熱載體，對(duì)于高溫的情況，尤為適應(yīng)。 （ 8）因使用的顆粒尺寸小而且具有大的比表面積，有利于液 固兩相的傳遞。 上述有的是優(yōu)點(diǎn)有的是缺點(diǎn)，對(duì)于具體的應(yīng)用要具體分析。床料以布風(fēng)板為支撐，流化氣體通過(guò)布風(fēng)板對(duì)床料、燃料產(chǎn)生向上的推動(dòng)力，形成流化狀態(tài)。 當(dāng)流體向上流過(guò)顆粒床層時(shí)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是變化的。顆粒床層靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)化時(shí)最低速度，稱(chēng)為臨界流化速度。流態(tài)化技術(shù)也成功地應(yīng)用于多種固體物料的干燥，有機(jī)氣體的 吸附 分離等傳質(zhì)過(guò)程；應(yīng)用于細(xì)粉的混合，礦物和煤矸石的分選，抄襲粉體的粉碎、研磨、顆粒表面涂敷包裹以制備緩釋農(nóng)藥、緩釋肥料和核燃料小球等機(jī)械過(guò)程；應(yīng) 用于廢熱回收的熱交換技術(shù)，金屬零件熱處理的高溫粒子爐內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 技術(shù)等熱過(guò)程 的 一些物理過(guò)程。其他如煤的流化 、 干餾、氣化，煤的氣 液 固三相反應(yīng)器直接加氫液化，粉狀頁(yè)巖的干餾等，都是重要的流態(tài)化能源轉(zhuǎn)化技術(shù)。 在高分子三大合成材料 塑料、纖維、橡膠的生產(chǎn)中，許多重要單體的合成，如丙烯丁二烯、三聚氰胺等都是采用了流化床催化反應(yīng)器；其他許多重要基本有機(jī)化合物如苯二甲酸酐等制甲醛。 工程 中的應(yīng)用 流態(tài)化技術(shù)已開(kāi)始被引入環(huán)境工程 領(lǐng)域，如采用流態(tài)化電極處理含重金屬?gòu)U水以回收中金屬，多層流化吸附裝置回收環(huán)境中的濃度有機(jī)物質(zhì)， 流 化焚燒爐處理工業(yè)廢氣、廢液、廢渣和城市垃圾等。 特別是流化床在 廢棄物的焚燒上的應(yīng)用，大量的氣體、固體、液體的廢棄物堆放會(huì)占用大量可用土地面積，并且用其他方式的燃燒分解時(shí)放出的有害氣體污染環(huán)境。尤其是作為先進(jìn)的清潔燃燒方式，其大型化以后，具有很好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 一、節(jié)約能源 近 20年來(lái)的統(tǒng)計(jì)表明：我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中煤約占 75%。 二、利用劣質(zhì)燃料 中國(guó)煤炭資源的分布和質(zhì)量差異隨地區(qū)變化大。除煤以外的其他低熱 值燃料也很豐富。典型的循環(huán)流化床鍋爐達(dá)到 90%脫硫效率時(shí)，所需的脫硫劑化學(xué)當(dāng)量比僅為 ～ ， NOx排放為 50～ 150ppm（ Hiltunen等 ， 1988）或者 20～ 150mg/MJ[5]。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 四、灰渣綜合利用 大量的灰渣要占用大量的土地，且會(huì)帶來(lái)二次污染。 流化床 的主要部件 概述 流化床鍋爐以其燃料適應(yīng)性廣，燃燒效率高，氮氧化物排放低，負(fù)荷調(diào)節(jié)比大和負(fù)荷調(diào)節(jié)快等突出優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越被發(fā)電行業(yè)所接受。 流化床的應(yīng)用有物理操作、化學(xué)操作和燃燒等，不論哪個(gè)領(lǐng) 域的應(yīng)用都不開(kāi)流化床的基本構(gòu)造。 床體 床體即盛放固體物料的空間， 也就是所謂的 “床 ”。在上面我了解到布風(fēng)板的基本作用是將流化空氣均勻地分布到床層 的 整個(gè)截面。在運(yùn)行過(guò)程中爐渣定期的從排渣管排出。布風(fēng)板的型式有多種多樣，比如多孔板式、微孔板式、多管式、泡罩式、浮閥式、多層板式等等。但在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，因?yàn)榇矊虞^高，為了減少壓頭損失，布風(fēng)板的壓降有時(shí)設(shè)計(jì)在全床壓降的 5%左右 [3]。爐體底部是 “V”字型布風(fēng)板 [6]，在布風(fēng)板上設(shè)有風(fēng)帽，風(fēng)帽頂部四周開(kāi)設(shè)小孔，運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)從小孔中流出。目前在我國(guó)流化床使用最廣泛的是風(fēng)帽式布風(fēng)裝置。 動(dòng)和混合，要求風(fēng)帽小孔出口流具有較大的動(dòng)能。漏渣指的是爐膛內(nèi)部布風(fēng)板上的床料通過(guò)布風(fēng)板漏進(jìn)風(fēng)室，造成風(fēng)室內(nèi)部堆積床料。為了避免布風(fēng)不均勻和漏渣現(xiàn)象，通常采用阻力較高的風(fēng)帽，而在流化床實(shí)際運(yùn)行中，又不能一味采用高阻力的風(fēng)帽，如果風(fēng)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 帽阻力過(guò)大，將增加煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力，進(jìn)而增加流化床鍋爐運(yùn)行的風(fēng)機(jī)電耗，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。 布風(fēng)板 布風(fēng)板是流化床的一個(gè)重要的部件，床料在其上進(jìn)行流化，流化氣體需要通過(guò)布風(fēng)裝置才能使得流化床的運(yùn)行得以進(jìn)行，所以它決定著流化床運(yùn)行質(zhì)量的好壞。 除了以上的幾種類(lèi)型外，有幾家公司成功地采用了其他形式噴嘴的布風(fēng)裝置。即當(dāng)爐內(nèi)某處出現(xiàn)溝流時(shí)，由于溝流處的流動(dòng)阻力很小，大量的氣流會(huì)從溝流處短路穿過(guò)床層，若布風(fēng)板具有一定的阻力，則會(huì)隨氣流增大，溝流處布風(fēng)板阻力急劇上升，從而阻止更多氣流從溝流處短路并最終導(dǎo)致溝流現(xiàn)象消失。布風(fēng) 板阻力特性的與風(fēng)帽阻力特性的研內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 究方法類(lèi)似，都是首先進(jìn)行布風(fēng)板阻力特性冷態(tài)實(shí)驗(yàn)，之后通過(guò)相似理論由冷態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)熱態(tài)工況下布風(fēng)板的阻力特性。而風(fēng)帽作為布風(fēng)板上最重要的部分，其結(jié)構(gòu)、尺寸以及在布風(fēng)板上的布置方式等，直接影響到流化床的運(yùn)行情況 。風(fēng)帽類(lèi)型如圖 22 所 示 [8]。 (2)S 形風(fēng)帽。通過(guò)合理設(shè)計(jì)外罩開(kāi)孔尺寸及數(shù)量，控制好風(fēng)帽出口速度，可降低風(fēng)帽的磨損情況。鐘罩式風(fēng)帽已經(jīng)出現(xiàn)了很多變形 ，如逆流式、內(nèi)嵌式（上圖 f 所示）等 。 (2).空氣通過(guò)布風(fēng)板的阻力損失不能太大，但又需要一定的阻力；給布風(fēng)板打耐磨材料以使床料磨損最小。 這里設(shè)計(jì)的流化床裝置一般都是在高溫條件下運(yùn)行的，所以布風(fēng)板的 特性需要有抗高溫的要求，那么本設(shè)計(jì)的布風(fēng)板是采用法蘭悶板布風(fēng)板，要充分考慮到制作過(guò)程中的誤差會(huì)使事先留出的間隙完全消失。 布風(fēng)裝置的主要作用有： (1).支承床料； (2).空氣均勻的分布在各個(gè)爐膛的橫截面上，并提供足夠的動(dòng)壓頭，使床料和物料均勻的流化，避免勾流、沸騰、氣泡尺寸過(guò)大、流化死區(qū)等不良現(xiàn)象的出現(xiàn)； (3).把那 些已經(jīng)基本燒透、流化性能差、有在布風(fēng)板上沉積傾向的大顆粒及時(shí)排除，避免流化分層，保證正常流化狀態(tài)不被破壞。選擇的材料是 1 18 9Cr Ni Ti [11],是奧氏體不銹鋼中應(yīng)用中最廣泛的鋼號(hào)。 風(fēng)帽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求： (1)保障流化均勻； (2)阻力大小適中； (3)磨損輕微。但阻力過(guò)小，又將導(dǎo)致布風(fēng)板上方的密相區(qū)流化不均，造成嚴(yán)重的漏床料并影響密相區(qū)的擾動(dòng)過(guò)程。蘑菇型風(fēng)帽外形有風(fēng)帽頭，風(fēng)帽小孔采用四周側(cè)向開(kāi)孔，每個(gè)風(fēng)帽開(kāi)孔 612 個(gè)。此外，由于風(fēng)帽內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且阻力特性受小孔風(fēng)速影響較大，低風(fēng)速下阻力較低，容易發(fā)生漏渣現(xiàn)象，所以這種風(fēng)帽在大型流化床鍋爐上的使用也越來(lái)越少。 表 31 石英砂粒徑分布 顆粒直徑范圍（ mm） 石英砂質(zhì)量 分布（ %） ～ ～ ～ 根據(jù)公式 01ipiipd xd????? ????? （ 21） 把上表 31中的數(shù)值代入上式可以得出這組石英砂的粒徑 pd ， 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 1 7 52pd m m??? 2 0 .3 0 .2 0 .2 52pd m m??? 3 0 . 3 0 . 4 5 0 . 3 7 52pd m m??? 那么 011 100 9 3 8 5 5ipiipd m mxd????? ? ? ???????? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 小孔流速是布風(fēng)該裝置設(shè)計(jì) 需要的 一個(gè)重要參數(shù)，小孔風(fēng)速越大，氣流對(duì)床層底部顆粒的沖擊力越大，擾動(dòng)就越強(qiáng)，越有利于大顆粒的流化。并且選擇小孔速度時(shí)候和密度也有關(guān)系，密度低的取下限，密度高的取上限。根據(jù)流化床放熱運(yùn)行實(shí)踐，顆粒的大小及顆粒的密度也是一個(gè)影響小孔氣速的因素。 已知流化速度 u=～ /ms，爐膛采用直徑標(biāo)準(zhǔn)為 48 4mm?? [17]的鋼管。 臨界流化速度和終端流化速度 本設(shè)計(jì)已知床料石英砂的密度 324 00 /d kg m? ? ， 那么在常溫下冷態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)的最小流化速度可以求出。 可以查到在常溫下空氣的動(dòng)力粘度 61 8 .0 8 1 0 P a s? ?? ? ?， 以及在常溫下的空氣密度 31 .2 0 5 /f kg m? ? [18]。當(dāng)氣流的速度稍微大于這一沉降速度時(shí)，顆粒就會(huì)被推向上方，因而流化床中顆粒的帶出速度即等于顆粒在靜止氣體中的沉降速度。在一個(gè)以 25mm 為半徑的圓上均勻的分布， 8 個(gè)小孔在風(fēng)帽上的分布為兩層，每層有 4 個(gè)小孔，這 4 個(gè)小孔處于同一水平高度，均勻的分布在風(fēng)帽的圓周上，這是蘑菇型風(fēng)帽的特征之一。由上式得出的開(kāi)孔率為 3%，這里設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室小型流化床所以開(kāi)孔率符合設(shè)計(jì)的要求。流化床鍋爐一般采用如 下 圖 34 所示的 “ 等壓風(fēng)室 ” 布置方式。等壓風(fēng)室的設(shè)計(jì)要求是： 0010 ~ 20? ? ；風(fēng)室進(jìn)口速度小于10 /ms；穩(wěn)壓段高度是 wh 500mm? ； vd 是風(fēng)道的水力學(xué)直徑 [9]。氣流通過(guò)風(fēng)道時(shí)，必然因與風(fēng)道壁面的摩擦、氣流的轉(zhuǎn)向及風(fēng)道的截面變化等帶來(lái)一系列的壓降。對(duì)金屬管道而言，通常選取的空氣流速為 10～ 15m/s，由于風(fēng)室進(jìn)口的速度要求小于 10m/s。它布置在風(fēng)室的中央，在 冷渣管 上需要安置一個(gè)閥門(mén)，使得灰渣從中定期的排出，這里選擇一個(gè)球閥 [22]，結(jié)構(gòu)如圖 35 所示，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是可根據(jù)手柄上感覺(jué) 到 的摩擦力， 來(lái) 調(diào)整球體端部的自由度。設(shè)計(jì)合理的布風(fēng)板裝置是流化床保證穩(wěn)定正常運(yùn)行的關(guān)鍵。對(duì)風(fēng)帽小孔流速、小孔直徑的選擇做了分析，推薦了比較合適的選取范圍。課題進(jìn)行過(guò)程中與賈老師的每一次交流都使我獲益良多。在繪圖的過(guò)程中，我的同學(xué)高永紅 給予了很多的幫助，在此表示感謝。 考試百科還提供考試 咨詢、培訓(xùn)服務(wù)，依托于揚(yáng)格考試研究院 —— 以考試研究為核心、以提供考試服務(wù)為目的的專(zhuān)業(yè)考試研究機(jī)構(gòu)，考試百科積累了優(yōu)厚的師資和豐富的教學(xué)經(jīng)