蒸汽鍋爐的新型節能爐拱研究與應用

摘 要:分析了現在使用的蒸汽鍋爐的弊端，指出提高蒸汽鍋爐效率的方法，即采用新型節能爐拱技術，以及應用效果。

關鍵詞:蒸汽鍋爐;爐拱的作用;新型節能爐拱技術;效果和經濟效果分析

中圖分類號:TV

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)12-0334-02

1 前言

五礦鍋爐房有三臺鍋爐，其中1號鍋爐為鏈條蒸汽鍋爐(KZL4-13型號)，即正傳鏈條爐排鍋爐，該蒸汽鍋爐熱效率較低，熱效率只有70%。

由于結構設計不合理，制造質量不良，輔機配套不協調，鍋爐超期服務、老化，可用煤種與設計不符等，都會造成鍋爐出力不足、熱效率低下等問題，結果是能源消耗量過大，甚至不能滿足生產要求。五礦的1號鍋爐，就是超期服務、老化，用煤種與設計爐拱不符，造成能源消耗量過大，不能滿足生產要求。對于上述的鍋爐，采取技術改造爐拱，解決問題，經濟合理。

2 爐拱作用

爐內燃燒是一個非常復雜的熱化學反應的系統工程，爐膛內的煙氣動力場受多方面因素制約.合理組織爐內的熱幅射和煙氣流動，加強爐內煙氣攪動，混合，強化火床和爐膛煙火內的燃燒，維持火床和爐膛高溫是前中后爐拱重要作用的體現.前拱偏重于引燃新煤，中后拱側重于強化主燃區和烤渣燃盡.合理的拱形和尺寸，前中后拱的最佳配合，能使鍋爐達到消煙排塵，安全，高效，經濟運行。爐拱的好壞，對燃料的消耗多少，起著決定作用。

3 現狀分析

五礦1號蒸汽鍋爐，為武漢鍋爐廠生產的，正轉鏈條鍋爐，于1983年1月投入運行，蒸汽鍋爐正常使用年限為14年(國家標準)。設計煤種為煙煤、無煙煤、褐煤，對煤種要求比較苛刻。目前，1號鍋爐的爐拱，適應煤種較廣，不能適應五礦單一煙煤的煤種，導致鍋爐燃燒不是很充分，煤容易結焦下紅渣，燃燒效率比較低，不能達到滿負荷;而且煙氣含硫量較大，對環境污染嚴重，影響周圍環境，又對尾部煙道、除塵、引風機腐蝕嚴重，導致尾部煙道漏風，嚴重影響鍋爐的負荷，且每年檢修費用高。

1號鍋爐采用耐火掛磚構筑爐拱，分上下兩層。由于鍋爐常年受高溫煙氣沖刷，以及開停爐造成的耐火掛磚的熱脹冷縮，導致爐拱開裂、部分塌落，爐拱拱徑跨度大，中心角度小，喉徑長且高，支撐強度差。

1號鍋爐前拱短而高，后拱傾斜角度大，有效覆蓋率小，導致前拱火焰少，旺盛燃燒區狹窄，爐膛溫度低，煤在爐排上不能均勻燃燒或燃燒不充分，煤渣含碳量高，嚴重影響鍋爐出力。

4 改造方案

1號蒸汽鍋爐為KZL4-13型號鍋爐，設計煤質為煙煤、無煙煤、褐煤，發熱量為5800kcaL/kg，可燃質揮發物>20%。1號蒸汽鍋爐在實際運行中，能燃燒工作質低發熱值5000 kcaL/kg上下的燃料，燃燒效率高。經過觀察和論證，決定根據KZL4-13型鍋爐，對原鍋爐后拱、中拱、前拱進行改造，使其能適應五礦單一煙煤的煤種，可以改善燃燒狀況，提高燃燒效率，減少燃煤消耗。

1號鍋爐爐拱改造前，前拱采用低前拱，后拱短而低，不適用于煙煤的煤種。改造后前拱為高前拱，中后拱采用“人”字爐拱，“人”字形中后拱，有效的組織燃料燃燒形成了高溫煙氣，使爐前高著火區煤的揮發物，更好的著火燃燒，改善了排煙黑度，也提高了蒸發量。

改造前，前拱角度為35°，后拱高度到爐排為400mm，中拱高度到爐排500mm，中后拱中間到爐排430mm，爐拱厚度為270mm，拱形為半圓形，中后拱長度為1400mm，為后低前高的斜拱。

改造后，前拱角度為45°，后拱高度到爐排550mm，中拱高度到爐排400mm，中后拱中間到爐排高度為470mm，爐拱厚度為270mm，拱形為半圓形，中后拱長度為1900mm，比原來中后拱，向前拱方向加長500mm，為中間高的“人”字形爐拱，前中后拱都用鋁酸鹽水泥，配大中小石子、鋼紗，按鋁酸鹽水泥為6，中小石子、鋼紗為1的比例，混合后，拌勻，澆注成前中后拱。澆注熱穩定性好，耐沖刷，施工制作方便;現場支模，增加拱形可塑性，增強整體性和氣密性;改兩層磚拱為一層澆注，不易脫落，強度增加，經久耐用。施工時要振搗密實，澆注后自然養護15天后，才可以烘爐和使用。

由于改造后，中后拱中間高，又向前加長了500mm，使煙氣流速加大，煙氣流程加長，火焰中心前移，延長了煙煤的燃燒時間，增加煙氣流程，增大了受熱面和輻射受熱面。輻射受熱面的傳熱，按正比例10000的速度傳熱輻射，再由公式 C+O2高溫煙氣800℃CO2，即冷空氣與煤炭混合，生成CO2的同時，出現大量高溫煙氣，溫度由原來500℃，提高到800℃。高溫煙氣進入對流管束(水冷壁管)、煙管等，增加了對流管束受熱面和輻射受熱面。

節能型爐拱由前拱“S”形和中后拱“人”字形組成，喉徑縮短，傾斜角度減小，壓低并加長后拱，以增加熱輻射面積，使爐拱覆蓋率達到80%，甚至90%。

前拱“S”形使熱輻射容易聚焦，迫使煤在前拱火床著火，高溫煙氣上升并對流回旋，形成火球，提高爐膛溫度;“人”字形使后拱壓低，擴大熱輻射面積，使煤在后拱區二次燃燒，保證原煤燃盡，和處于良好燃燒狀況。

改造后的爐拱，耐溫可達1 500℃-1 700℃左右，耐火強度高達6 MPa，比以前大幅提高。

5 實際運行效果分析和經濟效益分析

從改造后的熱態運行情況看，和河南煤礦安全監察局鍋爐檢驗中心檢測，1號鍋爐能從滿負荷4t/h的70%，提高到79%運行。燃燒揮發份13.54-32.49%的煙煤，負荷都能達到滿負荷4t/h的90%，而且燃燒狀況良好，爐渣可燃物保持在8-10%，比以前大大降低，鍋爐燃燒效率可提高11%左右。1號鍋爐改造效果十分理想，達到了預期目的。

2009年5月12月，對1號鍋爐節能爐拱測試，現在1號鍋爐，比以前上火快，燃燒旺，持續時間長?，F在1號鍋爐，每個小班用四車原煤(每車裝原煤1噸)，往年同期用5車煤，比往年節約1車煤，節省燃料20%。

參考文獻

[1]沈貞眠.司爐讀本(第四版)[P].遼寧省質量技術監督局鍋爐壓力容器安全監察處，2006，(9).