沸騰爐原理介紹

一、基本原理

①流態化的基本概念

要了解沸騰爐，必須對固體流態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。所謂固體流態化，就是讓固體顆粒通過與液體接觸而轉變成類似流體狀態的操作。固體流態化以后可使某些工藝過程簡化和強化，甚至使原來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的基本概念。在一個長方體容器的底部，裝有一個多孔板，多孔板上方裝有一定高度的石膏粉層。氣體通過多孔板進入料層并穿過料層向上流出。當氣流速度較低時，顆粒層是靜止不動的，氣體從顆粒之間的間隙通過，這種狀態的顆粒層成為固態床。當氣流逐漸增加到某個臨界速度，氣流對固體顆粒的向上推力與顆粒的重量相等時，固體顆粒被氣體吹起而浮動于氣體中，在一定的空氣內無規律的飛翔運動，床層開始膨脹和變松，空隙率比固態床增大許多，但床層仍有一個明顯的上界面，整個床層具有了類似液體性質，這種床層就稱為流化床。如果氣流速度繼續增大，流化床就出現很大的不穩定性，床內固體的顆粒成團地濡動，氣體主要以氣泡形式通過床層上升。床層內分為兩種聚集狀態：一種是大體上處于臨界流化狀態的低孔隙率的區域，稱為密相區；另一種是只有稀散固體顆粒高孔隙率區域（即氣泡），稱為稀相區。高于臨界流速的氣體以氣泡形式沿著流床上升，在上升過程中互相合并長大，到達床層上界面時氣泡破裂，因此床層上界面很不穩定，上下波動，整個流化床看起來就像一鍋激烈沸騰的液體，這種性狀的床層叫做鼓泡床。繼續增大氣流速度，直至氣流速度大于固體顆粒的懸浮速度時，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。固體顆粒實現流態化后，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屬于前面所描述過的鼓泡床，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立式直筒狀容器在其底部裝有一個氣體分布板，氣體分布板可設計多孔板。目的是在停止工作時支撐固體粉料不致漏粉，在工作時使氣流從底部均勻地進入床層。在床層的上界面以上裝有連續進料的投料機。在床層上界面處的爐壁上有溢流孔，用于出料。在床層內裝有大量的加熱管，管內的加熱介質為過熱蒸汽或導熱油，熱量通過管壁傳遞給管外處于流態化的石膏粉，使石膏粉脫水分解。在煅燒部分上部，裝有一個靜電除塵器，氣體離開流化床時帶出來的少量粉塵，由靜電除塵器收集后自動返回流化床，已除塵的尾氣由排風機抽出，排入大氣。正常工作時，從沸騰爐底部鼓入空氣，通過氣體分布板進入流化床 。鼓入的空氣不需要很多，稍稍超過臨界氣速，使床層實現流態化即可。此時淹沒在流化床中的加熱管向物料傳遞大量的熱量，使二水石膏粉達到脫水分解的溫度，二水石膏就在流化床中脫去結晶水并變為蒸汽，這些蒸汽與爐底鼓入的空氣混合在一起，通過床層向上運動。由于蒸汽量比鼓入的空氣量多得多，所以整個鼓泡床的流態化主要是靠石膏脫水形成的蒸汽來實現的。由于在流化床中粉料激烈的翻滾、混合，所以在整個流化床中各處的物料溫度和成分幾乎是一致的。連續投入的石膏粉，一進入床層，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程就過早排出，設計時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。生石膏粉先進入大的部分，在此脫掉大部分結晶水，然后通過下部的通道進入小的部分，在這里完成最終的脫水過程，再由床層上部自動溢流出爐。