循环流化床锅炉的前世今生
2018/6/30 10:14:38 中科院物理所

     核聚变的难度体现在反应过程的受控性，其实，承受反应的容器心里也苦啊/(ㄒoㄒ)/~~它的故事可贯穿了人类的发展史。

     原始社会，我们的祖先烧火并没有容器的概念，他们在地上聚一堆柴、点一把火，暴露在空气中(形成自然对流)，风吹火生，大风一吹火就灭了。

    

     燃煤技术催生了铁器时代

     冷兵器时代，当铁质兵器与青铜兵器开战时，胜败是不言而喻的(当然是铁器啦)。炼铁需要将煤块装入炉膛同时配上人工鼓风直接吹入炉膛，产生高达1300摄氏度的温度，才能得到铁水，打造铁具。可见，正是燃煤技术的发展推动铁器时代取代了青铜时代。

    

    

     第一次工业革命

     再往后呢，就出现了炉篦，这家伙是炉膛底部托住煤块的铁条组成的平板，它既可以让空气流向炉膛，也可以让煤渣排出炉膛，使煤炭燃烧过程连续不断。这个不起眼的小家伙，通过在燃煤技术上发挥的作用，逐渐演绎出了大家耳熟能详的瓦特、日不落大英帝国和第一次工业革命的故事。

    

    

     电气时代

     时间的指针到了十九世纪，朗肯(英国科学家，1820-1872年)为蒸汽机画出了美丽的前景，这时候依靠劳苦功高的炉篦的燃煤技术吃老本已经不给力了。

     如日中天的欧洲人一怒之下将煤块全部磨成粉，用喷嘴喷入炉膛，创造出了煤粉锅炉。这下可好了，煤炭这一变身甩开了所有的束缚，煤粉争先恐后地投入空气的怀抱，那一瞬间真是电光火石，燃烧得那叫痛快；这股热情也感染着一壁之隔的水蒸汽从低温低压不断跨过中温中压、高温高压、亚临界、超临界，直至超超临界，舞动的水蒸汽驱动着汽轮机和发电机，将电气时代的光辉洒满了整个地球。

    

     回归中国

     煤粉锅炉功能强大，却是一个极为挑食的娇气宝宝，只能吃细磨的精粮(煤粉)。

    

     二十世纪六十年代，我国赵宗燠院士(中科院院士，1904-1989)创造性地发明了一种命名为沸腾炉的锅炉，可以燃烧用于炼油的油母页岩(一种含油的岩石)的下脚料，这种创新为解决煤炭粗粮的出路问题提供了方向。

    

     沸腾炉里的燃烧就像煮稀饭一样咕嘟咕嘟，加入炉膛的煤粒比花生米小，在速度约每秒/米的风的吹动下边翻腾边燃烧。沸腾炉的胃口好了，日子自然也过得红红火火，一时间神州大地投产了两千多台沸腾炉。

    

     不过，沸腾炉还是太小气，加入炉膛的燃料都拘泥在小小的炉膛底部的沸腾床中，这个心胸和气量相比起煤粉锅炉差太远了，终究上不了大台面。

     一大批科研人员前赴后继地投入解决沸腾炉的这一局限之中，郭慕逊院士(中科院院士，1920-2012)在理论上已接近突破了，但是最终捅破窗户纸的却是远在北极圈的芬兰人。其实方法很简单，只是将风吹的速度从每秒1米提高到每秒5米以上，将所有的煤粒都吹起来，不再只待在炉膛底部的沸腾床上，而是到更大的空间去，到炉膛的每个角落去。

     有人要问了，跑出了炉膛可怎么办，不用怕，门外有把门的，这个门卫就是高温气固分离器，它将吹出炉膛的煤炭颗粒收下来，再通过输送管道送回炉膛继续燃烧。

     沸腾炉这一变身，就是我们的循环流化床锅炉诞生啦(1979年)!循环流化床带着初生牛犊不怕虎的气质，五谷杂粮来者不拒，大气挺拔立意高远前途无量。

    

    

     煤被赋予了欢腾的生命

     在循环流化床锅炉中，煤粒被赋予了生命，煤粒按照个头大小被分派了不同的任务：

     玉米粒般的大颗粒燃烧所需要的时间比较长，也比较懒惰，就在炉膛的底部慢慢烧，守住炉膛底部的温度；

     绿豆个头大小的颗粒比较灵巧，但是太高的炉膛也懒得去，那就在炉膛底部和中部之间传递热量；

     最积极的是不到小米大小的颗粒，也是占最大多数的基层群众，服从分配任劳任怨，怀揣着热量钻到炉膛的每个角落去，将燃烧的热量在炉膛内分布得匀匀的，将一壁之隔的水蒸汽伺候得舒舒服服，这下子再也没有煤粉锅炉中温度高低分布严重不匀的问题了。

     这些不到小米打的煤粉吹出炉膛后，身上仍有没烧完的碳，还不到退休的时候，因此高温气固分离器门卫便劝告它们留下来返回炉膛继续循环工作。

    

     最细的如面粉一般的煤，跑过炉膛时所有的碳都燃烧完全了，高温气固分离器便也就不挽留了，它们走了也不闲着，带着热量到尾部烟道去，给那里等着的水、蒸汽和空气一点余热。烧完的煤粉彻底离开锅炉后，不能通过烟囱乱跑去污染环境，而是被整装运去水泥厂里好好安置。

    

     各位看官，这就是循环流化床锅炉的前世今生小故事，如果你觉得有趣，以后再接着聊，个中的爱恨情仇多了去了。

    

     部分图片照片来源于网络

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     来源：中科院工程热物理研究所

     编辑：可乐不加冰

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