沸騰爐原理介紹

一、基本原理

①流態(tài)化的基本概念

要了解沸騰爐，必須對(duì)固體流態(tài)化的基本概念有所了解。物體可分為固體和流體（液體、氣體）兩類。固體和流體其物理性狀有很大的不同。所謂固體流態(tài)化，就是讓固體顆粒通過(guò)與液體接觸而轉(zhuǎn)變成類似流體狀態(tài)的操作。固體流態(tài)化以后可使某些工藝過(guò)程簡(jiǎn)化和強(qiáng)化，甚至使原來(lái)不可能的事情變成可能。在這里只介紹一些與石膏沸騰煅燒有關(guān)的基本概念。在一個(gè)長(zhǎng)方體容器的底部，裝有一個(gè)多孔板，多孔板上方裝有一定高度的石膏粉層。氣體通過(guò)多孔板進(jìn)入料層并穿過(guò)料層向上流出。當(dāng)氣流速度較低時(shí)，顆粒層是靜止不動(dòng)的，氣體從顆粒之間的間隙通過(guò)，這種狀態(tài)的顆粒層成為固態(tài)床。當(dāng)氣流逐漸增加到某個(gè)臨界速度，氣流對(duì)固體顆粒的向上推力與顆粒的重量相等時(shí)，固體顆粒被氣體吹起而浮動(dòng)于氣體中，在一定的空氣內(nèi)無(wú)規(guī)律的飛翔運(yùn)動(dòng)，床層開(kāi)始膨脹和變松，空隙率比固態(tài)床增大許多，但床層仍有一個(gè)明顯的上界面，整個(gè)床層具有了類似液體性質(zhì)，這種床層就稱為流化床。如果氣流速度繼續(xù)增大，流化床就出現(xiàn)很大的不穩(wěn)定性，床內(nèi)固體的顆粒成團(tuán)地濡動(dòng)，氣體主要以氣泡形式通過(guò)床層上升。床層內(nèi)分為兩種聚集狀態(tài)：一種是大體上處于臨界流化狀態(tài)的低孔隙率的區(qū)域，稱為密相區(qū)；另一種是只有稀散固體顆粒高孔隙率區(qū)域（即氣泡），稱為稀相區(qū)。高于臨界流速的氣體以氣泡形式沿著流床上升，在上升過(guò)程中互相合并長(zhǎng)大，到達(dá)床層上界面時(shí)氣泡破裂，因此床層上界面很不穩(wěn)定，上下波動(dòng)，整個(gè)流化床看起來(lái)就像一鍋激烈沸騰的液體，這種性狀的床層叫做鼓泡床。繼續(xù)增大氣流速度，直至氣流速度大于固體顆粒的懸浮速度時(shí)，流化床上界面消失，顆粒將被氣體帶出容器，這就不再存在什么流化床，則成為氣流輸送了。固體顆粒實(shí)現(xiàn)流態(tài)化后，流化床就具有了類似液體的性狀，例如它可以浮起大而輕的物體；床層具有了液體那樣的流動(dòng)性。

②石膏沸騰煅燒爐的工作原理

石膏沸騰煅燒爐的床層狀態(tài)屬于前面所描述過(guò)的鼓泡床，因此將這種爐子形象地稱作“沸騰爐”。沸騰爐煅燒部分為一個(gè)立式直筒狀容器在其底部裝有一個(gè)氣體分布板，氣體分布板可設(shè)計(jì)多孔板。目的是在停止工作時(shí)支撐固體粉料不致漏粉，在工作時(shí)使氣流從底部均勻地進(jìn)入床層。在床層的上界面以上裝有連續(xù)進(jìn)料的投料機(jī)。在床層上界面處的爐壁上有溢流孔，用于出料。在床層內(nèi)裝有大量的加熱管，管內(nèi)的加熱介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽或?qū)嵊?，熱量通過(guò)管壁傳遞給管外處于流態(tài)化的石膏粉，使石膏粉脫水分解。在煅燒部分上部，裝有一個(gè)靜電除塵器，氣體離開(kāi)流化床時(shí)帶出來(lái)的少量粉塵，由靜電除塵器收集后自動(dòng)返回流化床，已除塵的尾氣由排風(fēng)機(jī)抽出，排入大氣。正常工作時(shí)，從沸騰爐底部鼓入空氣，通過(guò)氣體分布板進(jìn)入流化床 。鼓入的空氣不需要很多，稍稍超過(guò)臨界氣速，使床層實(shí)現(xiàn)流態(tài)化即可。此時(shí)淹沒(méi)在流化床中的加熱管向物料傳遞大量的熱量，使二水石膏粉達(dá)到脫水分解的溫度，二水石膏就在流化床中脫去結(jié)晶水并變?yōu)檎羝?，這些蒸汽與爐底鼓入的空氣混合在一起，通過(guò)床層向上運(yùn)動(dòng)。由于蒸汽量比鼓入的空氣量多得多，所以整個(gè)鼓泡床的流態(tài)化主要是靠石膏脫水形成的蒸汽來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于在流化床中粉料激烈的翻滾、混合，所以在整個(gè)流化床中各處的物料溫度和成分幾乎是一致的。連續(xù)投入的石膏粉，一進(jìn)入床層，幾乎瞬間就與床層中大量熱粉料混合均勻，在熱粉料中迅速脫水分解。為了避免剛加入的生料未完成脫水過(guò)程就過(guò)早排出，設(shè)計(jì)時(shí)在爐子中加了一塊隔板，將流化床分成大小兩部分，兩部分底部是連通的。生石膏粉先進(jìn)入大的部分，在此脫掉大部分結(jié)晶水，然后通過(guò)下部的通道進(jìn)入小的部分，在這里完成最終的脫水過(guò)程，再由床層上部自動(dòng)溢流出爐。

二、石膏沸騰爐的特點(diǎn)

  ①設(shè)備小巧，生產(chǎn)能力大。

沸騰爐生產(chǎn)能力的大小實(shí)質(zhì)上由熱源通過(guò)加熱器壁傳遞給物料的熱量多少來(lái)決定。其傳熱方程式為：

Q=K×F×△t

式中Q—由熱源通過(guò)加熱器壁傳遞給物料的熱量（kJ/h)

     K—傳熱系數(shù)[W/(m2.K)]

     F—加熱器傳熱面積（m2）

     △t—熱源與物料的溫度差（℃）

沸騰爐由于物料實(shí)現(xiàn)了徹底的流態(tài)化，因此爐內(nèi)不需要安裝攪拌設(shè)備。在爐內(nèi)就可以高密度地安裝很多加熱管，因此尺寸不大的爐子就可以有非常大的傳熱面積。

另外，沸騰爐采用的熱源為導(dǎo)熱油，其傳熱系數(shù)K比熱煙氣為熱源的傳熱系數(shù)高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。從傳熱方程式就可以看出，由于傳熱系數(shù)和傳熱面積都較大，總傳熱量Q也就大。這就是說(shuō)沸騰爐的生產(chǎn)能力比較大，比如產(chǎn)量為5~6t/h的沸騰爐，其長(zhǎng)寬只有2m，產(chǎn)量為20t/h的沸騰爐，其長(zhǎng)寬也只有3.2m就足夠了，這是其他傳統(tǒng)的外熱式煅燒設(shè)備無(wú)法相比的。

②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易損壞。

由于物料實(shí)現(xiàn)了流態(tài)化，沸騰爐就不需要有轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，爐子的結(jié)構(gòu)就簡(jiǎn)單得多。不但制造方便，投產(chǎn)后也幾乎不需要維修保養(yǎng)。

由于用的是低溫?zé)嵩矗序v爐在任何情況下都沒(méi)有被燒壞的危險(xiǎn)，設(shè)備使用壽命也特別長(zhǎng)。

③設(shè)備緊湊，占地少

沸騰爐是立式布置的設(shè)備，除塵器套在爐體上方，與爐子連成一個(gè)整體，設(shè)備非常緊湊。不但占地少，還可以避免除塵器結(jié)露。

④能耗較低

沸騰爐的熱能消耗和電力消耗都較低。熱能方面：從熱源傳遞給物料的熱能，除了小部分用于加熱爐底鼓入的冷空氣以及少量的爐體散熱損失外，幾乎都有效地用于物料的脫水分解。爐子本身的熱效率在95%以上。

電能方面：沸騰爐不需要轉(zhuǎn)動(dòng)，也沒(méi)有攪拌機(jī)，物料主要是靠石膏脫水產(chǎn)生的水蒸氣來(lái)實(shí)現(xiàn)流態(tài)化的，需要在爐底鼓入的空氣也很有限，因此鼓風(fēng)機(jī)的功率也很小，因此沸騰爐的電能消耗比傳統(tǒng)的煅燒設(shè)備少得多。。

⑤操作方便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制

流化床有一個(gè)特點(diǎn)，就是床層中物料溫度一致。

因此操作中只要控制物料一個(gè)設(shè)定溫度，就可以連續(xù)穩(wěn)定

地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。單一的控制參數(shù)，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

⑥產(chǎn)品質(zhì)量好，熟石膏相組成比較理想，物理性能穩(wěn)定

由于采用低溫?zé)嵩?，石膏不易過(guò)燒，只要控制出料溫度合適，成品中不含二水石膏，無(wú)水石膏也只在5%以內(nèi)，其余均為半水石膏。這樣的相組成很理想，物理性能也很穩(wěn)定。

⑦基建投資省，運(yùn)行費(fèi)用低

由于沸騰爐設(shè)備小巧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地少，因此基建投資較同等生產(chǎn)規(guī)模的其他類型煅燒設(shè)備節(jié)省。投產(chǎn)后，由于能耗較低、維修工作量少、使用壽命長(zhǎng)，因此運(yùn)行費(fèi)用也較省。