【正文】 ......................................................... 20 參考文獻(xiàn) .............................................................. 21 謝 辭 ................................................................. 22 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 引 言 近幾年來，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)點所決定的。 本課題主要設(shè)計流化床布風(fēng)板，主要設(shè)計內(nèi)容是流化床布風(fēng)板上風(fēng)帽的類型、風(fēng)貌的開孔率和小孔流速的選擇。風(fēng)帽的常用類型有很多種，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。隨著流化床容量的增加，床體面積增大，每個給料點給料量的增加，床內(nèi)顆?；旌锨闆r對燃燒和傳熱等過程的影響更加突出。 布風(fēng)板的類型一般分成兩類，一類是水平布置的布風(fēng)板 ,它具有結(jié)構(gòu)簡單的特點，被廣泛應(yīng)用于燃煤循環(huán)流化床鍋爐中。還有一種傾斜布風(fēng)板它可以實現(xiàn)床內(nèi)顆粒的合理排放。本文主要是設(shè)計一個小型的實驗裝置上安裝的布風(fēng) 板，因此選擇結(jié)構(gòu)簡單的水平布置的布風(fēng)板就可以滿足需求。風(fēng)帽的氣流速度需要滿足床層內(nèi)固體能夠完全流化，即使得床料達(dá)到最小流化速度。雖然迄今為止還沒有關(guān)于風(fēng)帽結(jié)構(gòu)設(shè)計一個較為完整的準(zhǔn)則或建議，但是通過人們大量的實驗，得出的結(jié)論是值得我們?nèi)ソ梃b的。 利用流化態(tài)技術(shù)實現(xiàn)的流化床，其獨特的傳熱過程，熾熱的顆粒在流化介質(zhì)的作用下不停的運動，從而不斷地與被加熱工件進(jìn)行碰撞，由于顆粒的熱容量比氣體高的多，使得顆粒與工件之間的傳熱又快又均勻，正是流化床具有的這種加熱均勻、傳熱系數(shù)大、加熱速度等特點使得其有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。這就使得對固體進(jìn)行連續(xù)加工成為可能。 （ 2）由于顆粒與流體間的相對動作頻繁而劇烈，因而傳熱和傳質(zhì)的效率很高。 （ 4）顆粒的 熱容量大，故可以利用它作為熱載體，對于高溫的情況，尤為適應(yīng)。 （ 6）顆粒運動影響到氣體發(fā)生返混，使氣體沿路的濃度梯度減少，從而使傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的推動力有所減小，氣體的停留時間分布變寬。 （ 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。 （ 9）由于固體顆粒間相互撞擊摩擦而生成細(xì)粉并被氣流帶走，故需要高效的捕集設(shè)施，以減少經(jīng)濟(jì)損失和對環(huán)境的污染。 上述有的是優(yōu)點有的是缺點，對于具體的應(yīng)用要具體分析。 流化床的運行主要是一個流態(tài)化的過程，流化床主要部件是布風(fēng)板和其上分布的風(fēng)帽以及布風(fēng)板下面的風(fēng)室所構(gòu)成。床料以布風(fēng)板為支撐，流化氣體通過布風(fēng)板對床料、燃料產(chǎn)生向上的推動力，形成流化狀態(tài)。 流化床有幾種典型的狀態(tài)固定床、鼓泡流化床、湍流床、快速流化床，這些都屬于流化床的正常狀態(tài)，但是流化床也有幾種不正常的狀態(tài)例如溝流、氣泡與節(jié)涌以及分層現(xiàn)象。 當(dāng)流體向上流過顆粒床層時，其運動狀態(tài)是變化的。當(dāng)流 速增加到某一速度之后，顆粒不再由布風(fēng)板支撐，而全部由流體的摩擦力所承托。顆粒床層靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)化時最低速度，稱為臨界流化速度。 形成流態(tài)化的基本條件： 1． 有一個固定的容器和底部有一個流體的分布器 2． 有適中的足 夠量的顆粒形成床層； 3． 有連續(xù)的供應(yīng)流體作為流化介質(zhì)； 4． 流體的流速大于初始流化速度但是不超過流體的終端速度。流態(tài)化技術(shù)也成功地應(yīng)用于多種固體物料的干燥，有機氣體的 吸附 分離等傳質(zhì)過程；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械過程；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)計說明書 4 技術(shù)等熱過程 的 一些物理過程。 煤的流化燃燒技術(shù)發(fā)展十分迅速，因為工業(yè)實踐已證明它的高效率和低污染特性。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，粉狀頁巖的干餾等，都是重要的流態(tài)化能源轉(zhuǎn)化技術(shù)。用下行管超短接觸進(jìn)行催化裂化、同時用提升管進(jìn)行再生的新一代催化裂化流化床反應(yīng)器的開發(fā)也已取得決定性的進(jìn)展。 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化合物如苯二甲酸酐等制甲醛。除此之外，近年來流化床氣相聚合技術(shù)得到了大規(guī)模發(fā)展。 工程 中的應(yīng)用 流態(tài)化技術(shù)已開始被引入環(huán)境工程 領(lǐng)域，如采用流態(tài)化電極處理含重金屬廢水以回收中金屬，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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 5 流化床燃燒的特點 流化床燃燒具有清潔燃燒、高效、燃料適應(yīng)性好等優(yōu)點，它在很多方面都有很廣泛的用途，流化床燃燒在工業(yè)鍋爐、窯爐、廢物焚燒、水泥工業(yè)等領(lǐng)域得到了一定的發(fā)展，出現(xiàn)出了很大的生命力。 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占用大量可用土地面積，并且用其他方式的燃燒分解時放出的有害氣體污染環(huán)境。流化床燃燒它是屬于低溫燃燒，燃燒釋放的氣體也容易控制，在世界上這個技術(shù)得 到 很好的評價，近幾年來得到了世界各國的重視。尤其是作為先進(jìn)的清潔燃燒方式，其大型化以后，具有很好的市場競爭優(yōu)勢。因此，對大 型流化床鍋爐關(guān)鍵問題的研究具有重要的理論和實踐意義。 一、節(jié)約能源 近 20年來的統(tǒng)計表明：我國一次能源結(jié)構(gòu)中煤約占 75%。這些窯爐的燃燒效率一般比世界上先進(jìn)水平低 5～ 10個百分點。 二、利用劣質(zhì)燃料 中國煤炭資源的分布和質(zhì)量差異隨地區(qū)變化大。北方累積的煤矸石達(dá) 10～ 20t，并以年增 1億 t的數(shù)量增加。除煤以外的其他低熱 值燃料也很豐富。 三、綠色能源 我國煤炭能源產(chǎn)量的大約 25%是含硫超過 2%的高硫煤，年排放量 500萬 噸 來自于煤的燃燒。典型的循環(huán)流化床鍋爐達(dá)到 90%脫硫效率時，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]。流化床在燃燒具有 燃燒中脫硫，脫碳的優(yōu)點，是一種低污染、低成本的燃燒技術(shù)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 6 四、灰渣綜合利用 大量的灰渣要占用大量的土地，且會帶來二次污染。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，灰場占地面積也隨之增加，流化床燃燒的灰活性好，對于節(jié)省土地起到一定的作用。 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)點越來越被發(fā)電行業(yè)所接受。在這里我們主要設(shè)計風(fēng)帽和布風(fēng)板的開孔率等 ，優(yōu)化 一系列的結(jié)構(gòu)布置。 流化床的應(yīng)用有物理操作、化學(xué)操作和燃燒等，不論哪個領(lǐng) 域的應(yīng)用都不開流化床的基本構(gòu)造。 ④ 進(jìn)料及排料裝置 如果要維持流態(tài)化操作的正常進(jìn)行，還需要動力設(shè)備、完整的床層空間器或容器、床內(nèi)加入一定量及一定顆粒范圍、粒度形狀的固體顆粒物以及測控儀表等。 床體 床體即盛放固體物料的空間， 也就是所謂的 “床 ”。在燃燒技術(shù)中，床就是指鍋爐燃燒室，也 即 爐子。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 整個截面。設(shè)計不佳的布風(fēng)裝置可能導(dǎo)致流化床的流化質(zhì)量差、結(jié)渣、磨損嚴(yán)重等。在運行過程中爐渣定期的從排渣管排出。它一般位于床層的底部。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。一般來說，布風(fēng)板需要有足夠的壓降才能夠保證氣體床 在 層截面上的均勻分布。但在實際工業(yè)應(yīng)用中，因為床層較高，為了減少壓頭損失，布風(fēng)板的壓降有時設(shè)計在全床壓降的 5%左右 [3]。即使在設(shè)計流化床時，采用均勻布風(fēng)，但有時候 用于垃圾的焚燒，由于 垃圾物性的不均勻性，也很難保證均勻和穩(wěn)定的流化，因此，為了促進(jìn)垃圾在床內(nèi)的均勻分布 ，穩(wěn)定爐內(nèi)的流場，合理的設(shè)計布風(fēng)方式就顯得非常重要。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)帽頂部四周開設(shè)小孔，運行時，一次風(fēng)從小孔中流出。 但是本設(shè)計針對的是一個小型的實驗室布風(fēng)板的，所以 V 字型的布風(fēng)板在這里有點兒復(fù)雜，在此選擇一個結(jié)構(gòu)易于加工 而且滿足要求 的布風(fēng)板是 本設(shè)計 的宗旨，選擇水平布 置的風(fēng)帽式布風(fēng)板，選此布風(fēng)板的原因在此不再贅述， 第三 章節(jié)會詳細(xì)介紹。目前在我國流化床使用最廣泛的是風(fēng)帽式布風(fēng)裝置。圖 21示出了典型的風(fēng)帽式布風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)。 動和混合，要求風(fēng)帽小孔出口流具有較大的動能。 ，能支承本身和床料的重量，壓火時防止風(fēng)板受熱變形，風(fēng)帽不燒損，并考慮到檢修清理方便。漏渣指的是爐膛內(nèi)部布風(fēng)板上的床料通過布風(fēng)板漏進(jìn)風(fēng)室，造成風(fēng)室內(nèi)部堆積床料。隨流化床的爐膛布風(fēng)板面積的不斷增 大，保證床料均勻流化的難度越來越大，漏渣的可能性也越來越大。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，而在流化床實際運行中，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)計說明書 9 帽阻力過大，將增加煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力，進(jìn)而增加流化床鍋爐運行的風(fēng)機電耗，影響機組經(jīng)濟(jì)性。風(fēng)帽及布風(fēng) 板是布風(fēng)裝置中最為關(guān)鍵的部分，優(yōu)化風(fēng)帽及布風(fēng)板設(shè)計對于流化床鍋爐的正常安全經(jīng)濟(jì)運行有很重要的意義。 布風(fēng)板 布風(fēng)板是流化床的一個重要的部件，床料在其上進(jìn)行流化，流化氣體需要通過布風(fēng)裝置才能使得流化床的運行得以進(jìn)行，所以它決定著流化床運行質(zhì)量的好壞。 ② 風(fēng)帽形或噴嘴型：空氣首先進(jìn)入噴嘴，然后通過水平或垂直向下的小孔， 使其分散進(jìn)入床層。 除了以上的幾種類型外，有幾家公司成功地采用了其他形式噴嘴的布風(fēng)裝置。 布風(fēng)板的作用 布風(fēng)板的主要作用是：依靠布風(fēng)板自身阻力，使布風(fēng)板上下兩側(cè)氣流分布均勻，使流化空氣均勻地流入爐內(nèi)并在爐內(nèi)產(chǎn)生均勻的流化狀態(tài)。即當(dāng)爐內(nèi)某處出現(xiàn)溝流時，由于溝流處的流動阻力很小，大量的氣流會從溝流處短路穿過床層，若布風(fēng)板具有一定的阻力，則會隨氣流增大，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。尤其是當(dāng)正常運行的流化床送風(fēng)機突然跳閘時， 這時 布風(fēng)板的床料可達(dá)近百噸之重，因此布風(fēng)板必須要有一定的強度。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)計說明書 10 究方法類