變層分段多煤形給煤技術及其應用

上 海 理 工 大 學 郁鴻凌

上海竟達明信節能環保技術有限公司 林 濤

1 概述

變層分段多煤形給煤技術是自主研發的、用于4～160T/H正轉燃煤鏈條鍋爐的給煤技術。本技術追求解決的是燃煤鍋爐爐內煤轉化熱能的效率問題，突破傳統的燃燒方式，提高燃煤鍋爐的節煤率與配套風機的節電率，排煙量降低直接減少了脫硫處理量。綜合節能效果高于前幾代分層給煤技術與橫向均衡配風技術，運行故障率也低于前幾代分層給煤技術。

2 傳統給煤與配風技術介紹

2.1 煤閘板式給煤裝置

傳統煤閘板式給煤裝置技術的布煤特征為“塊末煤混合”，燃燒方式為自上而下的層燃方式，單一固定的煤閘控制，布煤不均、供風不勻、風阻和供氧差異不一、火床煤層不規則，燃煤得不到充分燃燒，燃燒工況與環境、煤種、煤質、操作、管理相關度很大，但適應水分比較高的煤。

2.2 單一分層給煤技術

單一分層給煤技術（第一代鍋爐節能技術）的布煤特征為“末煤—塊煤”（如圖1所示）。燃燒方式為自上而下的層燃方式，單一固定的煤閘板控制。其作用是改善煤層通風，以降低出渣熱損失為主。

存在的不足首先是無法改善起燃點與配風的問題。其次，分層給煤裝置要求落煤均勻，實際運行很難做到均勻落煤，因而建立在均勻煤層燃燒基礎上的理論在實踐中存在缺陷。此外，上部細煤層燃燒后形成灰渣覆蓋層，覆蓋在未充分燃燒的塊煤層上部，造成底部塊煤層輻射熱及供風受阻而燃燒不充分。這類通病在夏季不明顯，但是在濕冷的冬季，特別在燃燒低熱值、低揮發份煤炭時，達不到塊煤的最佳燃點溫度，致使塊煤不完全和不充分燃燒，在爐排上產生一層未燃燒或燃燒不盡的塊煤層。

分層給煤裝置容易卡輥，由于單一固定的煤閘板限制，卡輥后煤塊很難取出。煤層濕度對設備故障直接影響，如粘輥、搭橋。因此故障率較高。

該技術針對煤閘板技術是取得一定的節能效果。但由于自身通病與適應煤種能力等因素，煤閘板給煤裝置技改后或有燃燒工況無改善甚至惡化現象，加之故障問題，上海市場每年都有此類技改后被拆除的案例。

2.3 分層分行給煤裝置

分層分行給煤裝置（第二代鍋爐節能技術）的布煤特征、燃燒方式與第一代相同，不過加強了橫向透風性，增加火床延展面積。

存在的不足與第一代相同。此外，以某種波形擋板使得煤層形成固定式波浪狀的分層分行給煤裝置雖然成本低廉，但由于波形不可調節，不能適應多變的氧煤混合的燃燒工況。如果煤層過薄，波形擋板不容易扒成波浪；如果煤層過厚，由于擋板的阻力，會造成煤層在煤斗前部堵塞嚴重，影響通風。加之落煤不均，煤層的厚薄與波峰波谷落差較小直接影響節煤效果，也給生產運行造成不便。

2.4 配風問題

傳統節能理念認為，鍋爐的縱向配風由風門控制，橫向配風由風室橫向均衡配風技術解決。風室橫向均衡配風技術是建立在煤層水平均勻基礎上的，作用是以均衡的風配合混合均勻的煤層燃燒，從而改善燃燒工況。但是在實際落煤過程中，要做到均勻落煤很困難，往往導致橫向均勻配風無法適應變化的不均勻落煤，燃燒工況較難真正改善，有時候通過“約束”風的行為，爐膛風量或風壓降低，燃燒更艱難。落煤不均等現象在上海具有普遍性，包括以上汽為首的市級標桿鍋爐房鍋爐。

3 變層分段多煤形給煤技術介紹

變層分段多煤形給煤技術是基于分層分行給煤技術而來的，由三大創新技術組成，分別為可變換分層給煤技術、可調節分段給煤技術和可調節多煤形給煤技術。

3.1 工作原理

如圖2所示，入爐煤由輸煤裝置進入輸煤斗中，在重力作用下下行至布煤輥上，在布煤輥的轉動作用下運動至輸煤斗側并下落。一部分末煤經兩布煤輥之間的間隙漏下，經導流板落在正轉鏈條爐排的前方。在輸煤斗右側下落的煤經擋煤板下落至多段組合篩板上，在篩板的作用下使落在爐排上的煤實現了可變換分層（變層），并沿爐排寬度方向上形成可調節給煤量的波峰波谷的布煤形式（多形）。給煤量由可調式煤閘板控制，由于可調式煤閘板沿爐排寬度方向分為多段并可獨立調節，能夠實現爐排上的煤層厚度與布風的分布相一致（分段）。最終，入爐煤經變層分段多形給煤裝置后在爐排上形成了可調節給煤量的墊層波峰波谷布煤形式。

3.2 變層給煤技術

布煤特征：“末煤—塊煤—末煤”。如圖3所示。

燃燒方式：增加了自下而上的層燃方式、達到上下共燃的層燃方式。

作用：改善煤層通風，提高煤層起燃速度與燃盡程度，以降低出渣熱損失為主。

3.3 分段給煤技術

沿爐排橫向段分段布置不同厚度煤層以適應變化的配風。如圖4所示。

燃燒方式：分段燃燒與低風燃燒方式。

作用：采用多段控制給煤量閘板，根據爐排橫向區段助燃風的狀態，調整煤層厚薄與風門的開啟度，分段布置不同厚度煤層，適應爐膛內變化的風量風壓，煤層配風均衡。根據實際的燃燒工況，導致熄火線整齊，爐膛后部冷風量降低，爐膛溫度升高，引風機電流下降，以降低排煙熱損失為主。

3.4 多煤形給煤技術

根據鍋爐燃燒工況及所燃用煤種的差異，形成分層煤形、分段煤形、墊層煤形、波峰波谷煤形、復合式煤形等多種可調節的布煤形態。如圖5所示。

燃燒方式：動態燃燒與低風燃燒方式。

作用：由于煤從波谷起燃，鼓風的風量風壓降低，煤層起燃速度提高，鼓風機電流頻率下降，波峰的煤在燃燼中自然向波谷兩邊塌落，中間裸露的煤層與氧混合更充分，增加15%-25%的火床展開面積提高鍋爐單位時間出力。在燃盡區，波浪形自然延伸為水平形，火口呈逐步遞減至消失現象。

3.5 自主研發與評定

“利能”牌變層分段多煤形裝置已獲得四項實用新型專利，一項發明專利在實審中，另幾項發明專利在申請中。專利發明人：趙作明、趙文強、林濤。由中科院上海科技查新咨詢中心出具的《科技項目咨詢報告》評定，未發現與項目創新點和關鍵技術完全相同的國內外文獻報道。綜合技術達到國內領先水平。

3.6 不足之處

煤全水分超過20%后多煤形不易形成，煤斗內部的機械部件占用一定量體積，需要加高煤斗以便儲存煤（僅限人工進煤）。

4 變層分段多煤形給煤技術的特點以及它與傳統給煤技術的比較。

4.1 變層分段多煤形給煤技術的特點

1）本技術的非均勻的落煤層能夠更好的均衡配風，氧煤混合更充分，塊煤燃盡更徹底。

2）煤種適應范圍更廣，能燒劣質煤，煤種在設計范圍外的鍋爐節能幅度更明顯。運行記錄包括霍林河的煤，揮發分20%，熱值3300kcal/kg。

3）降低排煙熱損失、氣體不完全燃燒熱損失、固體不完全燃燒熱損失。

4）煤層通風阻力降低，著火迅速；爐膛冷風量減少，爐膛溫度提高；鼓引風機電流頻率下降；排煙量降低從而減少脫硫處理量；火床延展面積增加，單位時間出力提高；鍋爐負荷要求比較高的節能幅度更明顯。

5）20T/H以上鍋爐調整的供風量應參照使用分層給煤的供風量降低20%-30%，避免煤層漏風。

6）鼓風變頻電機在運行過程中或有頻率降低導致風壓穿不透煤層的情況，燃燒工況就會惡化。應用本技術后，波谷的薄煤層可以使得更低的風壓能夠穿透，變頻電機可以發揮更廣闊的節電與節煤作用。

7）內部設立三套獨立的系統結構與雙輥等裝置配合，提高燃煤全水分對于設備的適應性，粘輥、搭橋的現象大為降低，設備運行故障率低于前幾代分層給煤裝置。

4.2 變層給煤與上海市場傳統給煤和配風技術的比較

由表1中可以看出，變層分段多煤形給煤技術誕生的年代較短，市場影響力偏弱。但是其不同以往技術的布煤方式、布煤形態與燃燒方式可以產生綜合性的節能效果。變層分段煤形給煤技術是目前市場上可以取代傳統分層給煤與橫向配風的新技術。

5 案例與節能效果

下列案例的投資回收期均在1年之內，用戶滿意。

表1 變層給煤與上海市場傳統給煤和配風技術的比較

5.1 上海某化學品有限公司

該公司5T/H燃煤鏈條鍋爐技改前已有煤閘板技術、凝結水回收技術。技改后于2011年1月與2月由上海某權威測試機構對其一臺鍋爐作熱工前后對比測試，在鍋爐負荷、排煙溫度、入爐冷空氣溫度、收到基低位發熱量均基本相等的情況下，平均熱效率提高5.45%，折合節煤率7.26%。

5.2 上海某藥業公司

該公司獲得上海市首批標桿鍋爐房稱號，6T/H燃煤鏈條鍋爐技改前已有分層給煤技術、橫向配風技術、風機變頻技術、凝結水回收技術、電腦監控。技改后用戶自評噸煤汽比上升5%，節電10%。

5.3 上海某紡織公司

該公司10T/H燃煤鏈條鍋爐技改前已有煤閘板技術。技改后用戶申請上海市節能技改項目，經過認定節煤率6.9%。

5.4 上海某熱力公司

該公司20T/H燃煤鏈條鍋爐技改前已有分層給煤技術、橫向配風技術、風機變頻技術、電腦監控。技改后用戶申請上海市節能技改項目，經認定節煤率3%。

5.5 蘇州某熱電公司

該公司35T/H燃煤鏈條鍋爐技改前已有分層給煤技術、風機變頻技術、復合燃燒技術、電腦監控。技改后，用戶自評節煤率5%，出渣含碳量平均下降2%-3%，風量平均下降20%-30%，從技改前最多35T/H到技改后有40T/H的記錄。

5.6 湖州某熱電公司

該公司45T/H角管式燃煤鏈條鍋爐技改前已有分層給煤技術、風機變頻技術、電腦監控。技改后用戶自評平均噸煤汽比從6.35提高到6.67，出渣含碳量平均下降3%-4%，風量平均下降20%-30%，鍋爐單位時間出力平均提高3-5t/h，最高可達到55t/h。

6 結束語

本裝置僅在上海地區技改，總蒸噸位超過200t/h，根據用戶統計節約標煤超過3000t，每節約百噸標煤的投資費用在5—15萬元，已采用合同能源管理模式技改的項目過半。

以一個外形看似簡單的裝置來解決復雜的燃燒問題，起到事半功倍的效果，體現了綜合的節能技術。變層分段分煤形給煤技術對整個正轉燃煤鏈條鍋爐行業的節能具有重要意義，為節能減排提供了一個重要的可選擇手段。

[1]《燃煤工業鍋爐節能實用技術》中國電力出版社，2000年

[2]《工業鍋爐司爐工節能知識培訓教材》東北大學出版社，2008年

[3]《工業鍋爐節能技術培訓教材》中國計量出版社，2009年