淺析鏈條爐排鍋爐分層燃燒技術(shù)應(yīng)用策略

李濤，王喜軍，邱偉

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機械制造分公司，遼寧 盤錦 124010）

從我國能源結(jié)構(gòu)形式來看，煤炭仍然是主要供應(yīng)能源。工業(yè)鍋爐中也以煤炭為主要消耗能源，工業(yè)鍋爐中鏈條爐排所占的比例比較大，有利于改善鏈條爐排鍋爐燃燒方面的問題，促進煤資源的有效燃燒，降低煤灰和濃煙，對低碳生活改善具有重要作用。從煤燃燒方面來看，分層燃燒鍋爐鏈條爐排能夠使橫截面的煤粒均勻分布，使煤的燃燒更充分，提升鍋爐的熱效率。分層燃燒裝置的應(yīng)用主要是通過在煤斗中添加煤篩輥以及圓弧閘板等裝置，使煤粒可以在爐排上均勻分布，促進煤顆粒的充分燃燒。

1 傳統(tǒng)鏈條爐排應(yīng)用的問題分析

鏈條爐排是根據(jù)爐排長度設(shè)計成不同的風(fēng)室，同時，每個風(fēng)室都可以獨立調(diào)整風(fēng)量，在寬度方向又設(shè)置不同的等壓風(fēng)室，使鏈條爐排各個位置的配風(fēng)都保證均衡性。因為爐排配風(fēng)的均勻分布，使爐排上煤顆粒的分布也比較均勻，促進煤顆粒的充分燃燒。而傳統(tǒng)鍋爐的給煤方式為，先將煤放到煤斗中，煤中比較大的顆粒會在重力的作用下掉落到煤斗兩邊的位置，而細小的煤顆粒則會落在煤斗的中間位置，在爐排的正轉(zhuǎn)中，煤斗中的煤逐漸掉落到爐排，然后，通過煤閘板對每層的厚度進行調(diào)整，這種運行方式下，爐排上煤的分布量和分布情況直接受到煤斗中煤分布情況的影響，因此，在傳統(tǒng)爐排的分布中兩側(cè)的煤都是大顆粒的形態(tài)，而中間的煤顆粒則都為細小的顆粒，導(dǎo)致爐排中煤顆粒的分布不均勻，煤排斷面的顆粒分布存在較大的差別，影響煤層通風(fēng)效果，導(dǎo)致煤排的通風(fēng)量不均勻，內(nèi)部的煤無法同步燃燒。而且爐排兩側(cè)為大顆粒煤，中間為小顆粒煤，每層的阻力會減小，容易在爐排兩端的位置出現(xiàn)著火帶。爐排中間位置分布的為細小煤顆粒，會加大煤層的燃燒阻力，煤層的風(fēng)相減小，導(dǎo)致煤燃燒的速度比較慢，使煤爐縱向形成黑帶，影響爐排中煤燃燒的效率，而且煤燃燒中煙氣中煙塵的增加也會導(dǎo)致熱損失提升。沒有完全燃燒的煤渣無法繼續(xù)燃燒，只能被排入煤渣坑，導(dǎo)致能源被浪費。

鏈條鍋爐爐排的燃燒方式與傳統(tǒng)爐排存在較大的差別，它采用單面著火的方式，降低燃料的著火性能，煤在爐排的燃燒中，燃料始終沒有擾動。導(dǎo)致燃燒中多灰、多水、低發(fā)熱值的煤炭顆粒難以充分燃燒。而且煤顆粒間容易黏連，需要司爐人員不停地捅火，進而對燃燒條件進行改善，不僅浪費大量的時間，加大司爐人員的壓力，同時，也影響鍋爐的有效運轉(zhuǎn)。

2 鏈條爐排鍋爐分層燃燒技術(shù)的原理分析

鏈條爐排鍋爐分層燃燒技術(shù)是當前鍋爐裝置中的新型技術(shù)形式，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)煤閘給煤的燃燒方式。具體的原理為通過機械篩的應(yīng)用，利用重力的方式對不同直徑的煤粒均勻分布。鏈條爐排裝置設(shè)置為雙輥結(jié)構(gòu)形式，其中包括調(diào)節(jié)輥、煤篩輥等裝置，這種分層燃燒裝置的結(jié)構(gòu)比較簡單，分配科學(xué)，并設(shè)置了變層結(jié)構(gòu)，同時可以利用煤閘板對鏈條爐排進行分段控制，形成組合式的篩分系統(tǒng)。該爐排鋪設(shè)的煤形和煤層分布都比較合理，具體可以從以下三個方面進行分析：第一，可以在爐排上隨意切換煤層，通過變層功能的發(fā)揮，能夠結(jié)合煤燃料的特點分布煤層次，如果煤的發(fā)熱值比較低，通過變層結(jié)構(gòu)的調(diào)整，可以將煤層轉(zhuǎn)換為小顆粒-大顆粒-中顆粒-小顆粒的分布形式。當小顆粒的煤進入爐排后能夠快速燃燒，并引起大顆粒煤的燃燒，使煤燃燒逐漸擴散到主燃區(qū)域，保證煤燃燒的充分性。第二，能夠任意分段不同厚度的煤層。通過分層給煤燃燒裝置的設(shè)置，可以結(jié)合爐排的橫向分布情況對煤層的厚度進行分布，對于通風(fēng)比較強的位置可以適當?shù)丶雍駭備亴樱L(fēng)能力比較弱的區(qū)域則需要適當?shù)臏p薄，保證爐排通風(fēng)的效果，使進入爐排的煤燃料能夠沿著爐排寬度方向形成直線分布狀態(tài)，有效預(yù)防著火點不統(tǒng)一的問題。第三，爐排上可以設(shè)置不同的煤行，多元化的煤行給煤功能通過分層燃燒裝置的應(yīng)用，結(jié)合不同的煤種，在爐排上合理設(shè)置分層煤行，可以采用墊層、分段以及波峰波谷等多種分布方式。分篩系統(tǒng)的調(diào)整和應(yīng)用有利于不同煤行的排布方式更科學(xué)，促進煤燃料的充分燃燒。波峰波谷的煤分布方式有利于擴展爐排寬度，提升爐排的燃燒面積，而且可以結(jié)合燃燒情況合理調(diào)整波峰波谷。一般波谷位置煤燃燒中可以形成縱向的多條火口，防止出現(xiàn)局部火口的情況。波谷煤燃燒時需要利用波谷位置的大顆粒煤作為引燃口，使火焰能夠從煤層底部沿著火床逐漸向上部燃燒。煤層底部煤炭充分燃燒后，波峰位置的灰渣會向波谷攤落，防止煤灰對煤層燃燒位置的覆蓋。

這三種爐中布煤的方式都是將大顆粒的煤先放到爐排上，然后，排布中顆粒的煤炭，最后小顆粒和煤粉分布到最上層，同時煤顆粒間的間隙處于均勻的分布方式，有利于降低煤層的通風(fēng)效果，沿著爐排橫截面均勻分布的煤顆粒還有利于降低漏煤量，爐內(nèi)單位面積通風(fēng)量以及燃燒度相近，在良好的通風(fēng)條件下，細小的顆粒和煤粉會呈現(xiàn)懸浮的燃燒狀態(tài)，防止爐排上出現(xiàn)局部黑帶和火口等問題，減少爐內(nèi)的灰渣和排放濃度，使鍋爐的熱效率得到有效提升。

3 分層均勻燃燒工況及經(jīng)濟效益

3.1 實現(xiàn)同步引燃

鏈條爐排非分層裝置中煤層結(jié)構(gòu)比較緊密，同時，煤層顆粒間的排列無序，燃燒難度大，而且煤層燃燒無法同步。而分層均勻燃燒煤層上面煤層是小顆粒的形式，引燃速度快，進入煤層就能夠快速燃燒，而且燃燒均勻，呈直線的方式燃燒，不會出現(xiàn)局部燃燒問題。

3.2 燃燒擴散速度快

分層燃燒技術(shù)中由于煤層分層比較均勻，而且煤層顆粒的分布具有規(guī)律性，煤層結(jié)構(gòu)松散，間隙大，通風(fēng)效果好，而且煤層由于上層的煤粉和小顆粒等容易著火，而且火床的溫度高，可以促進煤層干燥，提升煤層的燃燒效果。煤層燃燒中大量燃燒值的揮發(fā)，大大提升燃燒溫度，促進煤炭中碳元素的氧化反應(yīng)，加強煤層的燃燒。隨著溫度的不斷提升，氧化反應(yīng)速度也會隨著加快，形成一種連鎖反應(yīng)，促進煤層燃燒的快速過渡。通過爐內(nèi)煤炭的燃燒工況情況觀察，煤進入爐膛后，在1m左右火焰就會出現(xiàn)熾熱的燃燒情況，燃燒溫度能夠達到1000℃。

3.3 提供燃燒物理條件

鏈條爐排鍋爐分層中主要以焦炭為主要的燃燒物質(zhì)，燃燒的熱量是煤炭燃燒中的主要內(nèi)容，也是煤炭燃燒中的重要階段。但是，焦炭燃燒中需要的氧含量比較大，需要氧向焦炭上擴散，但是，多種因素的影響會導(dǎo)致氧的擴散受到影響。比如在焦炭的燃燒中產(chǎn)生大量的一氧化碳和二氧化碳，這些氣體將會影響氧氣的傳播，不利于氧氣在焦炭燃燒中的擴散。同時，在反應(yīng)空間中一氧化碳又會與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳。二氧化碳通過向外部空間的快速擴散才能夠為氧氣的擴散提供空間。否則，將會使氧氣傳播受到限制，不利于焦炭的燃燒。此外，煤炭燃燒后還會產(chǎn)生大量的煤灰，煤灰也會阻礙氧氣向焦炭的擴散，以及二氧化碳向外部的排放。傳統(tǒng)煤層顆粒的間隙比較小，不利于氣體的擴散和燃燒，通過對傳統(tǒng)火床的觀察情況來看，火床溫度如果比較低，會出現(xiàn)一氧化碳燃燒發(fā)出藍光，燃燒工況不佳。均勻分層中煤層的顆粒空隙大，對氧氣和二氧化碳的擴撒具有重要作用，有利于促進焦炭的有效燃燒。如果火床中煤層中燃燒的顏色為白色，說明燃燒溫度達到1300℃左右，處于良好的燃燒狀態(tài)。

3.4 煤粒分布均勻促進燃燒

傳統(tǒng)煤層的燃燒中煤粒的分布缺乏規(guī)律性，部分區(qū)段的煤粒比較大，部分區(qū)段的煤粒則比較小，使煤層的通風(fēng)效果不利，導(dǎo)致煤層的燃燒效率降低。而均勻分層煤層中，煤粒的大小分布比較均勻，有利于通風(fēng)，能夠滿足煤的燃燒要求。分層煤層的分布采用的是上面小顆粒、下面大顆粒的方式，上層小顆粒燃燒會帶動下層大顆粒，提升煤層的溫度，使上下層能夠同時燃燒，而且大顆粒比較貼近爐排，其中的含氧量比較高，對大顆粒煤的充分燃燒具有重要作用。如果添加的燃煤燃燒性能比較差，采用小顆粒在上部，大顆粒在中間，會因為中間的燃燒溫度比較高，同時，風(fēng)量和風(fēng)力比較合理，促進次煤燃燒。均勻分層的燃燒方式使用的范圍更廣泛，而且針對不同質(zhì)量的煤炭都可以達到完全燃燒的效果。

3.5 經(jīng)濟效益比較好

煤炭進入爐內(nèi)后，會產(chǎn)生一條直線的引燃狀態(tài)，鍋爐的高溫使火床的燃燒更均勻，同時溫度會有規(guī)律地升降，不會產(chǎn)生風(fēng)口或者火龍，在老鷹鐵的前部出現(xiàn)灰白色爐渣，說明節(jié)煤效果比較明顯。而且負荷和氣壓的提升速度快，能夠提升鍋爐燃燒效率。從排煙來看，煙塵的排放比較少，不會看到黑煙。

4 鏈條爐排鍋爐分層裝置應(yīng)用的策略

4.1 合理控制煤粒度

鏈條爐排鍋爐分層給煤運行中，容易出現(xiàn)由于煤顆粒不均勻而造成卡煤的問題。如果鏈條鍋爐給煤的過程中沒有合理控制煤塊的給入大小，極容易造成煤塊卡煤的問題，導(dǎo)致鍋爐燃燒受到影響。針對這個問題，可以采用篩網(wǎng)管理方式，通過篩網(wǎng)的過濾，有效預(yù)防異物或者大的煤塊進入鍋爐的煤斗中，有效預(yù)防鍋爐出現(xiàn)卡煤的問題。

4.2 保證煤粉的充分燃燒

鏈條爐排鍋爐在燃燒的過程中可能會存在煤粉燃燒不充分的問題，干燥的煤粉在爐膛內(nèi)燃燒中會由于鏈條存在縫隙導(dǎo)致部分煤粉漏出或者以粉灰的方式飛出去。特別是鏈條爐排運行速度比較快時，通風(fēng)量會大大提升，加強煤粉的損失，導(dǎo)致大部分煤灰都被燃燒后的煙氣帶走。而這種情況主要出現(xiàn)在比較干燥的燃煤中，為了有效預(yù)防煤粉燃燒不充分的問題，可以適當對煤粉加濕，使煤的含水量達到15%左右。

4.3 合理控制濕煤給煤

鏈條爐排鍋爐燃燒中，如果給煤過于干燥，容易導(dǎo)致煤粉從鏈條中漏掉或者形成煤灰隨著煙氣帶走。同時，如果煤太濕的情況下，會導(dǎo)致煤出現(xiàn)黏結(jié)的情況，容易使煤的分布不均勻，而且煤過濕還容易黏附在原輥輪中，無法有效投煤。因此需要對煤的濕度進行合理調(diào)節(jié)，在濕煤的運行中，司爐人員需要經(jīng)常巡查，通過運行情況觀察了解煤的狀態(tài)，并用工具對滾筒、鋼筋篩條等位置的煤屑進行刮削，保證鏈條爐排的有效運行。

4.4 防止鍋爐運行破壞裝置

鏈條鍋爐排的運行中，停爐壓火會產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔猓@些煙氣容易對分層裝置造成破壞。如果燃煤的揮發(fā)度比較高，閘板式給煤方式容易形成連倉的現(xiàn)象。分層裝置的設(shè)置能夠?qū)t排中的煤層與煤斗儲煤切斷，防止出現(xiàn)連倉的現(xiàn)象。如果長期處于壓火不當?shù)那闆r，會導(dǎo)致爐排前段煤層出現(xiàn)自燃，容易造成鋼筋篩條受熱變形，不利于煤的分層。因此，司爐工在操作中需要嚴格執(zhí)行停爐操作。在停爐操作前，先對爐內(nèi)的負荷進行削減，等到爐膛溫度徹底降低后，再停止向爐內(nèi)供風(fēng)，同時爐排還需要再運行5～10min。如果煤的揮發(fā)程度比較高，可以先在火床上撒入一些濕的爐渣進行壓火，并通過煙道門的控制有效預(yù)防爐內(nèi)出現(xiàn)倒煙的情況。

4.5 合理設(shè)計飛灰收集系統(tǒng)

鏈條爐排鍋爐的運行中結(jié)構(gòu)比較簡單，在鍋爐底部設(shè)計兩個不同級別的槽型狀裝置，用于對飛灰的回收。裝置可以通過煙氣的溫度、濃度、速度以及煙道的形狀等對槽型板進行鏈條調(diào)整，合理調(diào)節(jié)板件的高度和距離，實現(xiàn)對飛灰的有效回收，提升鍋爐環(huán)保效益，同時，緩解煤炭燃燒不充分的問題。

5 結(jié)語

綜上所述，鏈條爐排加裝分層燃燒裝置后，實現(xiàn)對鏈條爐排燃燒問題的改善，促進煤炭的充分燃燒，同時，也能夠有效降低鏈條爐排鍋爐渣的含量，提高鍋爐的熱效率和燃燒能力，降低鍋爐粉塵的排放量，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。但是，從當前鏈條爐排分層燃燒裝置的應(yīng)用情況來看，其中仍然存在很多的問題，導(dǎo)致鍋爐中煤燃產(chǎn)生的熱能無法有效發(fā)揮作用，因此，需要結(jié)合鏈條鍋爐分層燃燒裝置的情況探究相應(yīng)的改善策略，解決著火困難和適應(yīng)能力差等方面的問題，保證鍋爐的使用性能和效率。