淺談貧煤工業鍋爐的爐拱設計

張令 楊月明

摘 要：貧煤的揮發分低，著火難，在鏈條爐排上存在難以燃燒和燃盡的問題，而爐拱對鏈條爐排的燃燒影響很大，針對這個問題對爐拱做了進一步的改進，改善了貧煤燃耗和燃盡。

關鍵詞：貧煤；爐拱；工業鍋爐

前言

隨著社會經濟的發展，社會的不斷進步，燃煤工業鍋爐仍將是我國工業鍋爐的主導產品，且以中大容量（單臺蒸發量≥10t/h）居多。國家對能源供應結構的變化和節能環保要求日益嚴格，新能源開發應用將進入高速發展時期。但是煤仍然占據著不可替代的主導地位，在我國的大部分地區都用著揮發分低的貧煤，它不易燃燒，燃不盡，爐渣中還夾雜著黑色的煤，造成了巨大的不完全燃燒損失，也給不少企業造成了不可預見的經濟損失。

循環流化床以它在燃燒貧煤方面的優勢，但面對貧煤著火難和燃盡難的問題。特別是在低負荷運行時，鏈條爐排特別是對劣質煤、揮發分較低的貧煤，很難點燃和燃燒。這一大難題一直困擾我們。

1 貧煤的成分及特性

燃煤工業鍋爐還被大量使用，特別是一些中小企業運行情況差，燃燒熱效率低，而燃燒貧煤的鍋爐因沒按使用煤種設計，造成著火困難，存在巨大的不完全燃燒損失。山西地區產的煤主要為貧煤，由于其揮發分較低，不易著火，所以燃燒困難。為了能適應煤種的要求，減少燃煤成本，許多企業都把好煤和壞煤摻著燒，把貧煤著火難和燃盡難的問題更加突顯出來。根據貧煤的特性不易著火，不易燃燒，嚴重的影響著鍋爐運行，并無形中損害著鍋爐的壽命，由于鏈條爐排和往復爐排存在差異，特別是在燃燒低灰分煤的時候由于往復煤排的燃燒是由煤排推動燃燒，所以相對還能改善一下燃燒工況。而煤在鏈條爐上是自上而下一層一層燃燒。所以劣質煤、揮發分較低的貧煤，在鏈條爐排上無法燃燒及燃盡，為了設計適應燃燒貧煤的爐拱，我們對當地典型煤種的數據及鍋爐參數進行綜合分析：

表1 貧煤的煤質特性

貧煤的著火溫度高于其他煤種。所以僅靠煤在初期燃燒所產生的熱量來點燃，形成穩定的燃燒較為困難。在爐拱的設計中如何來點燃新煤就成了鏈條爐。

從表1中還可注意到，貧煤的含碳量在80%以上，密度大、質地緊密，顆粒中氣孔較少，通風情況不良，這就意味在燃燒時空氣不易與煤的表面充分接觸燃燒。因此，貧煤燃盡需要的時間更長。

2 燃燒貧煤鏈條爐爐拱的設計

燃燒貧煤鏈條爐爐拱的設計主要需解決煤的引燃和燃盡，按傳統的爐拱設計理論認為，鏈條爐等的預燃帶引燃主要靠前拱的反射作用形成α火焰，高溫火焰在前拱的導向下直接沖刷新煤層，在前拱形成強大的湍動大回流區將煙氣熱量輻射到拱面的熱反射聚焦到火床上，從而引燃新煤。α火焰可封鎖細小顆粒，增加煙氣回程，改善主燃區火焰充滿度。

另一方面由于前拱屬于漫反射，其本身反射的熱量有限，達不到貧煤著火的溫度，造成燃料的不完全燃燒損失，也影響到鍋爐的出力。為了能使燃燒貧煤的鏈條爐提前著火，首先要解決的是預燃帶的位置，風煤比例，就是說，自后拱中燃燒生成的高溫煙氣和帶火星的煤炭顆粒在引風機的作用下沿著后拱向喉口方向運動，并在前拱下形成一個高溫的α湍動區，從而提升前拱的溫度，使預燃帶燃燒強化，釋出更多的熱量，并且形成較高溫的煙氣，通過煙氣的輻射和對流換熱，點燃爐排上的煤層。顯然，決定新煤引燃快慢的主要因素不是前拱區的溫度水平，而是前拱的形狀和長度。同時預燃帶的燃燒強化對引燃及以后的燃盡也有重要作用。必須在爐拱結構設計時H值加大前拱及其合適的長度，并要配以低而長的后拱，后拱在老鷹鐵上方距離大概在500mm，為了使前拱區火焰充滿度好，增大拱區拱壁面積，這樣才能盡量多地把高溫煙氣驅趕到前拱區，并在前拱區下有足夠的空間產生渦旋氣流，使高溫煙氣在前拱區充滿并盡可能停留時間長些，以增強傳熱。同時，設計時注意確保燃燒區能強化燃燒，以使煙氣溫度保持在一個較高的水平上。貧煤爐拱如圖1所示。

圖1 燃燒貧煤的鏈條爐爐拱

該爐拱前拱比較高，后拱比較長，在后拱的拱頭處大約有600mm這都是為貧煤特殊設計。它使得前拱區的空氣動力狀態較好，高溫氣流流進容易，并形成回旋。在后拱設計的水平拱，此水平拱使高溫氣流在后拱出口區獲得一個較大水平初速度，使高溫煙氣打在前拱上，到達前拱預燃區域，由于前拱的傾斜度讓高溫煙氣改變方向，在前拱區形成渦旋，保持著火區有較高的溫度。在設計時應注意使前拱出口端高于后拱出口端，并有合理的高度差，這就保證高溫煙氣能充分進入前拱區，且保證足夠的通道，避免煙氣“悶塞”。在設計時控制喉口出口煙速在7～8m/s。

前拱長度L2=（2/3-4/5）L1為了使前拱導流大約有2/3的煙氣量形成α火焰，根據冷態試驗和理論計算可知β≥110°配風也是個十分重要的問題，試驗中的配風比例分別為10%、20%、35%、25%、10%主流區充滿度為（70%-75%），合理的配風能改善燃燒工況，強化燃燒、減少排煙損失和化學不完全燃燒損失，形成回旋湍動的氣流，有利于煤的引燃，貧煤在鏈條爐上燃燒，從而消耗掉來自爐排后部的過剩空氣，并使前拱保持在一個較高溫度范圍內，利于新煤的點燃；對后拱下燃燒中期的火床層加強送風，使之形成一個強燃區，以便對前、后兩頭起引燃和促燃作用；對尾部燃盡區送風量可大幅減少，以避免因過量空氣過多而降低爐溫和排煙損失。

3 結束語

爐排是工業鍋爐燃燒設備的關鍵部件，對于燃用貧煤和劣質煤的鏈條爐排，爐拱對爐排的燃燒工況起著預燃和熱量的輻射等作用。爐拱的形狀及尺寸對鍋爐的燃燒效率和出力有非常重要的影響。

參考文獻

[1]張永照，主編.工業鍋爐.機械工業出版社，1982.

[2]李之光，范柏樟.工業鍋爐手冊.天津科學技術出版社，1988.

[3]陳學俊，陳聽寬.鍋爐原理.（第二版）.機械工業出版社，1991.