層燃機械爐排鍋爐改造技術在節能環保領域的應用

王 靜，張 維，王 雪

保定福焓熱能設備制造有限公司

層燃機械爐排鍋爐改造技術在節能環保領域的應用

王 靜，張 維，王 雪

保定福焓熱能設備制造有限公司

目前我國大部分煤炭工業企業都在使用層燃機械爐排鍋爐，但其燃煤效率整體低于國際水平，造成了大量不必要的環境污染，本文主要從現有設備的問題入手，簡要分析一下對層燃機械爐排鍋爐的改造技術，并探討了改造后的鍋爐技術在現實中的應用。

層燃機械爐排鍋爐；缺陷；改造；節能；應用

我國是工業大國，截止到2014年，工業鍋爐數量已經超過6300萬臺，像燃煤工業主要以層燃式機械爐排為主，占到了總數的92%以上。它們雖然運行熱效率較高，但是其整體水平還低于國際水平15~20%左右，這樣的差距就造成了對煤炭資源使用成本的提高，相對而言也增加了更多廢渣與塵埃，既不利于節能也對環境危害巨大。如果對設備進行改造，可以比實際用熱效率提高80%以上，并結合當前的爐排、引風機變頻技術降低功率30%左右，同時達到除塵的目的，這對于我國工業生產的節能減排國策來說是一大需要爭取實現的目標。

一、我國層燃機械爐排鍋爐的使用現狀

層燃機械爐排鍋爐雖然具有很悠久的歷史和很成熟的技術，但是由于它出現較早，在設計方面上沒有過多對環保的考慮，在工業過程中常常會排放大量的CO2和SO2污染物及煙塵，對環境造成極大污染。據統計，我國每年工業生產中的工業鍋爐都會排放煙塵約900萬噸，SO2約1100萬噸，CO2約15億噸，這些能源消耗和污染排放均位居我國工業行業第二，僅僅次于電站鍋爐。所以，應該從目前機械爐排層燃鍋爐的技術及設備方面著眼，分析它們在生產運行中可能存在的各種缺陷，從而實施改造技術。

二、層燃機械爐排鍋爐的設計缺陷分析

在燃燒以后，鍋爐所產生高溫煙氣再由前后拱之間的喉口將煙氣吸入爐膛上部的燃燼室，通過對流管束散熱將氣體排出爐體。在這個燃燒與煙氣處理過程中主要有以下幾個缺陷：

首先，由于層燃鍋爐所采用的是上點火、下吹風的方式，也就是說，火焰會從上方逐漸向下引燃，這一過程中由于有爐膛內的冷風向上方吹，所以逆風中的火焰很難向下燃燒，如果爐膛結構不能解決這一問題，爐膛點火和燃燼這兩項重要環節都很難順利實施。

其次，爐膛本身燃燒溫度也較低，很不容易著火，這是由于爐膛結構不合理而造成的，對一些燃點較高的無煙煤、劣質煤來說，起火更難，這樣就需要在在爐膛中加入大量的煤炭才能使得爐膛正常被點燃。

第三，層燃鍋爐中缺少合理的煙氣、空氣混合機制，這就導致了過?？諝庀禂颠^高的現象發生，當煤層進入爐膛時由于通風密封度和氣體均勻度等原因，經常會出現火口透風現象，致使煤層燃燒時沒有充分空氣供給，在缺氧的環境下可燃物體因為沒有充分燃燒而產生有毒黑煙氣體。另一方面，由于過剩的排煙量也會導致空氣系數過高而帶走大量熱能，這也無形中增大了鍋爐的熱能損失[1]。

三、對層燃機械爐排鍋爐的改造及效果分析

（一）關于回燃拱的設計

為了改進煤炭在爐膛的燃燒效果，應該在爐膛前后拱的下方增設一段方向向后形成反燒格局的回燃拱設計。這一設計可以改變爐膛中煤炭的燃燒方式，比如說燃燒方向的改變，由原來的垂直單方向燃燒改變為雙向縱向燃燒。它的優點是可以迫使高溫下煙氣向后燃燒，從而增加煙氣在爐膛中流動的時間。

（二）回燃拱設計的應用效果

讓燃燒煙氣在爐膛內停留時間變長，其目的就是能夠盡可能的消除煙氣中所含有的不完全燃燒化學元素以及燃燒熱損失。它的原理是當火焰在回燃拱中產生渦旋反復燃燒環境時，煙氣在爐膛中的流動程序就會大幅度增加。大面積進入爐膛的空氣與可燃氣體充分混合，在爐膛中長距離燃燒，在提高爐膛溫度的同時，也能讓高溫煙氣在充分燃燒后轉入后拱與回燃拱之間的煙道，最后進入燃燼室。當這些被完全燃燒的可燃氣體經過燃燼室內充分的對流管束傳熱冷卻處理后，其煙氣就會逐漸消失，基本上消除了由于化學不完全燃燒所造成的熱能損失[2]。

（三）關于廣口徑下降管的設計

廣口徑下降管就是在鍋爐爐膛兩側所設置的爐膛模式水冷壁、兩側集箱管和鍋筒之間所設置的新裝置。該裝置的主要目的就是讓燃燒煙氣進入鍋爐中的對流受熱面口，并在對流管束中設計上下煙道，通過鍋爐后墻的高溫煙道清灰口來清理煙氣灰塵，這樣做就大幅降低了煙氣在鍋爐中由于阻力過大，廢渣煙塵無法被清理，同時它對降低引風機動力也有幫助。

（四）廣口徑下降管的應用效果

廣口徑下降管的設計完全改變了高溫煙氣在爐膛、受熱面管束以及煙道中的走勢，流動方向也從橫向轉為自上而下，這讓鍋爐中的受熱面受熱趨勢更加合理。另一方面，高溫煙氣也由于在爐膛中廣口徑下降管中高溫蒸發而降低了排煙溫度(最高降溫90℃以上)，這就大大提高了鍋爐中受熱面鋼材的壽命，確保鍋爐能夠長期穩定運行。

四、具體應用

通過上述兩種改造技術對一臺層燃機械爐排蒸汽鍋爐進行改造，改造后參與熱工與環保兩項測試。

首先是熱工測試，經過測試發現改造后的鍋爐在平均出力方面由原來的3500kg/h增長到4080kg/h；鍋爐效率方面也上漲了7.5%達到84.55%；在進行了兩次爐渣可燃物含量檢查發現的它的燃燒含量為3.94%和4.5%，這較比之前下降了0.78%和1.2%。

在環保方面，未加除塵器的環境下，改造后鍋爐的排煙林格曼黑度已經小于1級，而且煙塵的平均濃度也由原來的139.22mg/m3下降到99.35mg/m[3]。

總結

通過對層燃機械爐排鍋爐進行改造后，成功的實現了節能減排的顯著效果，這一改造技術目前已經被應用于多個工業領域，例如垃圾焚燒爐排鍋爐的改造，大大降低了垃圾中污染物和有毒元素對環境的污染。總而言之，此改造技術是有利于我國工業的發展大形勢的，真正實現了社會效益與經濟效益的雙豐收。

[1]帥益武,段正利,魯慧文等.中小型機械爐排層燃鍋爐的優化運行[J].工業鍋爐,2007,(3):39-40.

[2]李勇奇.蘭石鍋爐系統的優化設計與節能研究[D].西安:西安石油大學，2014.

[3]武小強.層燃機械爐排鍋爐改造技術在節能環保領域的應用[J].科技致富向導,2014,(18):84-86.

王靜（1986-），女，漢族，河北徐水人，本科學歷，助理工程師，主要從事鍋爐壓力容器的設計及開發工作。