循環流化牀鍋爐的前世今生

核聚變的難度體現在反應過程的受控性,其實,承受反應的容器心裡也苦啊/(ㄒoㄒ)/~~它的故事可貫穿了人類的發展史。

原始社會,我們的祖先燒火併沒有容器的概念,他們在地上聚一堆柴、點一把火,暴露在空氣中(形成自然對流),風吹火生,大風一吹火就滅了。

循环流化床锅炉的前世今生

燃煤技術催生了鐵器時代

冷兵器時代,當鐵質兵器與青銅兵器開戰時,勝敗是不言而喻的(當然是鐵器啦)。鍊鐵需要將煤塊裝入爐膛同時配上人工鼓風直接吹入爐膛,產生高達1300攝氏度的溫度,才能得到鐵水,打造鐵具。可見,正是燃煤技術的發展推動鐵器時代取代了青銅時代。

循环流化床锅炉的前世今生
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第一次工業革命

再往後呢,就出現了爐篦,這傢伙是爐膛底部托住煤塊的鐵條組成的平板,它既可以讓空氣流向爐膛,也可以讓煤渣排出爐膛,使煤炭燃燒過程連續不斷。這個不起眼的小傢伙,通過在燃煤技術上發揮的作用,逐漸演繹出了大家耳熟能詳的瓦特、日不落大英帝國和第一次工業革命的故事。

循环流化床锅炉的前世今生
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電氣時代

時間的指針到了十九世紀,朗肯(英國科學家,1820-1872年)為蒸汽機畫出了美麗的前景,這時候依靠勞苦功高的爐篦的燃煤技術吃老本已經不給力了。

如日中天的歐洲人一怒之下將煤塊全部磨成粉,用噴嘴噴入爐膛,創造出了煤粉鍋爐。這下可好了,煤炭這一變身甩開了所有的束縛,煤粉爭先恐後地投入空氣的懷抱,那一瞬間真是電光火石,燃燒得那叫痛快;這股熱情也感染著一壁之隔的水蒸汽從低溫低壓不斷跨過中溫中壓、高溫高壓、亞臨界、超臨界,直至超超臨界,舞動的水蒸汽驅動著汽輪機和發電機,將電氣時代的光輝灑滿了整個地球。

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迴歸中國

煤粉鍋爐功能強大,卻是一個極為挑食的嬌氣寶寶,只能吃細磨的精糧(煤粉)。

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二十世紀六十年代,我國趙宗燠院士(中科院院士,1904-1989)創造性地發明了一種命名為沸騰爐的鍋爐,可以燃燒用於煉油的油母頁岩(一種含油的岩石)的下腳料,這種創新為解決煤炭粗糧的出路問題提供了方向。

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沸騰爐裡的燃燒就像煮稀飯一樣咕嘟咕嘟,加入爐膛的煤粒比花生米小,在速度約每秒/米的風的吹動下邊翻騰邊燃燒。沸騰爐的胃口好了,日子自然也過得紅紅火火,一時間神州大地投產了兩千多臺沸騰爐。

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不過,沸騰爐還是太小氣,加入爐膛的燃料都拘泥在小小的爐膛底部的沸騰床中,這個心胸和氣量相比起煤粉鍋爐差太遠了,終究上不了大臺面。

一大批科研人員前赴後繼地投入解決沸騰爐的這一侷限之中,郭慕遜院士(中科院院士,1920-2012)在理論上已接近突破了,但是最終捅破窗戶紙的卻是遠在北極圈的芬蘭人。其實方法很簡單,只是將風吹的速度從每秒1米提高到每秒5米以上,將所有的煤粒都吹起來,不再只待在爐膛底部的沸騰床上,而是到更大的空間去,到爐膛的每個角落去。

有人要問了,跑出了爐膛可怎麼辦,不用怕,門外有把門的,這個門衛就是高溫氣固分離器,它將吹出爐膛的煤炭顆粒收下來,再通過輸送管道送回爐膛繼續燃燒。

沸騰爐這一變身,就是我們的循環流化床鍋爐誕生啦(1979年)!循環流化床帶著初生牛犢不怕虎的氣質,五穀雜糧來者不拒,大氣挺拔立意高遠前途無量。

循环流化床锅炉的前世今生
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煤被賦予了歡騰的生命

在循環流化床鍋爐中,煤粒被賦予了生命,煤粒按照個頭大小被分派了不同的任務:

玉米粒般的大顆粒燃燒所需要的時間比較長,也比較懶惰,就在爐膛的底部慢慢燒,守住爐膛底部的溫度;

綠豆個頭大小的顆粒比較靈巧,但是太高的爐膛也懶得去,那就在爐膛底部和中部之間傳遞熱量;

最積極的是不到小米大小的顆粒,也是佔最大多數的基層群眾,服從分配任勞任怨,懷揣著熱量鑽到爐膛的每個角落去,將燃燒的熱量在爐膛內分佈得勻勻的,將一壁之隔的水蒸汽伺候得舒舒服服,這下子再也沒有煤粉鍋爐中溫度高低分佈嚴重不勻的問題了。

這些不到小米打的煤粉吹出爐膛後,身上仍有沒燒完的碳,還不到退休的時候,因此高溫氣固分離器門衛便勸告它們留下來返回爐膛繼續循環工作。

循环流化床锅炉的前世今生

最細的如麵粉一般的煤,跑過爐膛時所有的碳都燃燒完全了,高溫氣固分離器便也就不挽留了,它們走了也不閒著,帶著熱量到尾部煙道去,給那裡等著的水、蒸汽和空氣一點餘熱。燒完的煤粉徹底離開鍋爐後,不能通過煙囪亂跑去汙染環境,而是被整裝運去水泥廠裡好好安置。

循环流化床锅炉的前世今生

各位看官,這就是循環流化床鍋爐的前世今生小故事,如果你覺得有趣,以後再接著聊,箇中的愛恨情仇多了去了。

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