浅析链条炉排锅炉分层燃烧技术应用策略

李涛，王喜军，邱伟

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司辽河热采机械制造分公司，辽宁 盘锦 124010）

从我国能源结构形式来看，煤炭仍然是主要供应能源。工业锅炉中也以煤炭为主要消耗能源，工业锅炉中链条炉排所占的比例比较大，有利于改善链条炉排锅炉燃烧方面的问题，促进煤资源的有效燃烧，降低煤灰和浓烟，对低碳生活改善具有重要作用。从煤燃烧方面来看，分层燃烧锅炉链条炉排能够使横截面的煤粒均匀分布，使煤的燃烧更充分，提升锅炉的热效率。分层燃烧装置的应用主要是通过在煤斗中添加煤筛辊以及圆弧闸板等装置，使煤粒可以在炉排上均匀分布，促进煤颗粒的充分燃烧。

1 传统链条炉排应用的问题分析

链条炉排是根据炉排长度设计成不同的风室，同时，每个风室都可以独立调整风量，在宽度方向又设置不同的等压风室，使链条炉排各个位置的配风都保证均衡性。因为炉排配风的均匀分布，使炉排上煤颗粒的分布也比较均匀，促进煤颗粒的充分燃烧。而传统锅炉的给煤方式为，先将煤放到煤斗中，煤中比较大的颗粒会在重力的作用下掉落到煤斗两边的位置，而细小的煤颗粒则会落在煤斗的中间位置，在炉排的正转中，煤斗中的煤逐渐掉落到炉排，然后，通过煤闸板对每层的厚度进行调整，这种运行方式下，炉排上煤的分布量和分布情况直接受到煤斗中煤分布情况的影响，因此，在传统炉排的分布中两侧的煤都是大颗粒的形态，而中间的煤颗粒则都为细小的颗粒，导致炉排中煤颗粒的分布不均匀，煤排断面的颗粒分布存在较大的差别，影响煤层通风效果，导致煤排的通风量不均匀，内部的煤无法同步燃烧。而且炉排两侧为大颗粒煤，中间为小颗粒煤，每层的阻力会减小，容易在炉排两端的位置出现着火带。炉排中间位置分布的为细小煤颗粒，会加大煤层的燃烧阻力，煤层的风相减小，导致煤燃烧的速度比较慢，使煤炉纵向形成黑带，影响炉排中煤燃烧的效率，而且煤燃烧中烟气中烟尘的增加也会导致热损失提升。没有完全燃烧的煤渣无法继续燃烧，只能被排入煤渣坑，导致能源被浪费。

链条锅炉炉排的燃烧方式与传统炉排存在较大的差别，它采用单面着火的方式，降低燃料的着火性能，煤在炉排的燃烧中，燃料始终没有扰动。导致燃烧中多灰、多水、低发热值的煤炭颗粒难以充分燃烧。而且煤颗粒间容易黏连，需要司炉人员不停地捅火，进而对燃烧条件进行改善，不仅浪费大量的时间，加大司炉人员的压力，同时，也影响锅炉的有效运转。

2 链条炉排锅炉分层燃烧技术的原理分析

链条炉排锅炉分层燃烧技术是当前锅炉装置中的新型技术形式，转变传统煤闸给煤的燃烧方式。具体的原理为通过机械筛的应用，利用重力的方式对不同直径的煤粒均匀分布。链条炉排装置设置为双辊结构形式，其中包括调节辊、煤筛辊等装置，这种分层燃烧装置的结构比较简单，分配科学，并设置了变层结构，同时可以利用煤闸板对链条炉排进行分段控制，形成组合式的筛分系统。该炉排铺设的煤形和煤层分布都比较合理，具体可以从以下三个方面进行分析：第一，可以在炉排上随意切换煤层，通过变层功能的发挥，能够结合煤燃料的特点分布煤层次，如果煤的发热值比较低，通过变层结构的调整，可以将煤层转换为小颗粒-大颗粒-中颗粒-小颗粒的分布形式。当小颗粒的煤进入炉排后能够快速燃烧，并引起大颗粒煤的燃烧，使煤燃烧逐渐扩散到主燃区域，保证煤燃烧的充分性。第二，能够任意分段不同厚度的煤层。通过分层给煤燃烧装置的设置，可以结合炉排的横向分布情况对煤层的厚度进行分布，对于通风比较强的位置可以适当地加厚摊铺层，通风能力比较弱的区域则需要适当的减薄，保证炉排通风的效果，使进入炉排的煤燃料能够沿着炉排宽度方向形成直线分布状态，有效预防着火点不统一的问题。第三，炉排上可以设置不同的煤行，多元化的煤行给煤功能通过分层燃烧装置的应用，结合不同的煤种，在炉排上合理设置分层煤行，可以采用垫层、分段以及波峰波谷等多种分布方式。分筛系统的调整和应用有利于不同煤行的排布方式更科学，促进煤燃料的充分燃烧。波峰波谷的煤分布方式有利于扩展炉排宽度，提升炉排的燃烧面积，而且可以结合燃烧情况合理调整波峰波谷。一般波谷位置煤燃烧中可以形成纵向的多条火口，防止出现局部火口的情况。波谷煤燃烧时需要利用波谷位置的大颗粒煤作为引燃口，使火焰能够从煤层底部沿着火床逐渐向上部燃烧。煤层底部煤炭充分燃烧后，波峰位置的灰渣会向波谷摊落，防止煤灰对煤层燃烧位置的覆盖。

这三种炉中布煤的方式都是将大颗粒的煤先放到炉排上，然后，排布中颗粒的煤炭，最后小颗粒和煤粉分布到最上层，同时煤颗粒间的间隙处于均匀的分布方式，有利于降低煤层的通风效果，沿着炉排横截面均匀分布的煤颗粒还有利于降低漏煤量，炉内单位面积通风量以及燃烧度相近，在良好的通风条件下，细小的颗粒和煤粉会呈现悬浮的燃烧状态，防止炉排上出现局部黑带和火口等问题，减少炉内的灰渣和排放浓度，使锅炉的热效率得到有效提升。

3 分层均匀燃烧工况及经济效益

3.1 实现同步引燃

链条炉排非分层装置中煤层结构比较紧密，同时，煤层颗粒间的排列无序，燃烧难度大，而且煤层燃烧无法同步。而分层均匀燃烧煤层上面煤层是小颗粒的形式，引燃速度快，进入煤层就能够快速燃烧，而且燃烧均匀，呈直线的方式燃烧，不会出现局部燃烧问题。

3.2 燃烧扩散速度快

分层燃烧技术中由于煤层分层比较均匀，而且煤层颗粒的分布具有规律性，煤层结构松散，间隙大，通风效果好，而且煤层由于上层的煤粉和小颗粒等容易着火，而且火床的温度高，可以促进煤层干燥，提升煤层的燃烧效果。煤层燃烧中大量燃烧值的挥发，大大提升燃烧温度，促进煤炭中碳元素的氧化反应，加强煤层的燃烧。随着温度的不断提升，氧化反应速度也会随着加快，形成一种连锁反应，促进煤层燃烧的快速过渡。通过炉内煤炭的燃烧工况情况观察，煤进入炉膛后，在1m左右火焰就会出现炽热的燃烧情况，燃烧温度能够达到1000℃。

3.3 提供燃烧物理条件

链条炉排锅炉分层中主要以焦炭为主要的燃烧物质，燃烧的热量是煤炭燃烧中的主要内容，也是煤炭燃烧中的重要阶段。但是，焦炭燃烧中需要的氧含量比较大，需要氧向焦炭上扩散，但是，多种因素的影响会导致氧的扩散受到影响。比如在焦炭的燃烧中产生大量的一氧化碳和二氧化碳，这些气体将会影响氧气的传播，不利于氧气在焦炭燃烧中的扩散。同时，在反应空间中一氧化碳又会与氧气反应生成二氧化碳。二氧化碳通过向外部空间的快速扩散才能够为氧气的扩散提供空间。否则，将会使氧气传播受到限制，不利于焦炭的燃烧。此外，煤炭燃烧后还会产生大量的煤灰，煤灰也会阻碍氧气向焦炭的扩散，以及二氧化碳向外部的排放。传统煤层颗粒的间隙比较小，不利于气体的扩散和燃烧，通过对传统火床的观察情况来看，火床温度如果比较低，会出现一氧化碳燃烧发出蓝光，燃烧工况不佳。均匀分层中煤层的颗粒空隙大，对氧气和二氧化碳的扩撒具有重要作用，有利于促进焦炭的有效燃烧。如果火床中煤层中燃烧的颜色为白色，说明燃烧温度达到1300℃左右，处于良好的燃烧状态。

3.4 煤粒分布均匀促进燃烧

传统煤层的燃烧中煤粒的分布缺乏规律性，部分区段的煤粒比较大，部分区段的煤粒则比较小，使煤层的通风效果不利，导致煤层的燃烧效率降低。而均匀分层煤层中，煤粒的大小分布比较均匀，有利于通风，能够满足煤的燃烧要求。分层煤层的分布采用的是上面小颗粒、下面大颗粒的方式，上层小颗粒燃烧会带动下层大颗粒，提升煤层的温度，使上下层能够同时燃烧，而且大颗粒比较贴近炉排，其中的含氧量比较高，对大颗粒煤的充分燃烧具有重要作用。如果添加的燃煤燃烧性能比较差，采用小颗粒在上部，大颗粒在中间，会因为中间的燃烧温度比较高，同时，风量和风力比较合理，促进次煤燃烧。均匀分层的燃烧方式使用的范围更广泛，而且针对不同质量的煤炭都可以达到完全燃烧的效果。

3.5 经济效益比较好

煤炭进入炉内后，会产生一条直线的引燃状态，锅炉的高温使火床的燃烧更均匀，同时温度会有规律地升降，不会产生风口或者火龙，在老鹰铁的前部出现灰白色炉渣，说明节煤效果比较明显。而且负荷和气压的提升速度快，能够提升锅炉燃烧效率。从排烟来看，烟尘的排放比较少，不会看到黑烟。

4 链条炉排锅炉分层装置应用的策略

4.1 合理控制煤粒度

链条炉排锅炉分层给煤运行中，容易出现由于煤颗粒不均匀而造成卡煤的问题。如果链条锅炉给煤的过程中没有合理控制煤块的给入大小，极容易造成煤块卡煤的问题，导致锅炉燃烧受到影响。针对这个问题，可以采用筛网管理方式，通过筛网的过滤，有效预防异物或者大的煤块进入锅炉的煤斗中，有效预防锅炉出现卡煤的问题。

4.2 保证煤粉的充分燃烧

链条炉排锅炉在燃烧的过程中可能会存在煤粉燃烧不充分的问题，干燥的煤粉在炉膛内燃烧中会由于链条存在缝隙导致部分煤粉漏出或者以粉灰的方式飞出去。特别是链条炉排运行速度比较快时，通风量会大大提升，加强煤粉的损失，导致大部分煤灰都被燃烧后的烟气带走。而这种情况主要出现在比较干燥的燃煤中，为了有效预防煤粉燃烧不充分的问题，可以适当对煤粉加湿，使煤的含水量达到15%左右。

4.3 合理控制湿煤给煤

链条炉排锅炉燃烧中，如果给煤过于干燥，容易导致煤粉从链条中漏掉或者形成煤灰随着烟气带走。同时，如果煤太湿的情况下，会导致煤出现黏结的情况，容易使煤的分布不均匀，而且煤过湿还容易黏附在原辊轮中，无法有效投煤。因此需要对煤的湿度进行合理调节，在湿煤的运行中，司炉人员需要经常巡查，通过运行情况观察了解煤的状态，并用工具对滚筒、钢筋筛条等位置的煤屑进行刮削，保证链条炉排的有效运行。

4.4 防止锅炉运行破坏装置

链条锅炉排的运行中，停炉压火会产生大量的高温烟气，而这些烟气容易对分层装置造成破坏。如果燃煤的挥发度比较高，闸板式给煤方式容易形成连仓的现象。分层装置的设置能够将炉排中的煤层与煤斗储煤切断，防止出现连仓的现象。如果长期处于压火不当的情况，会导致炉排前段煤层出现自燃，容易造成钢筋筛条受热变形，不利于煤的分层。因此，司炉工在操作中需要严格执行停炉操作。在停炉操作前，先对炉内的负荷进行削减，等到炉膛温度彻底降低后，再停止向炉内供风，同时炉排还需要再运行5～10min。如果煤的挥发程度比较高，可以先在火床上撒入一些湿的炉渣进行压火，并通过烟道门的控制有效预防炉内出现倒烟的情况。

4.5 合理设计飞灰收集系统

链条炉排锅炉的运行中结构比较简单，在锅炉底部设计两个不同级别的槽型状装置，用于对飞灰的回收。装置可以通过烟气的温度、浓度、速度以及烟道的形状等对槽型板进行链条调整，合理调节板件的高度和距离，实现对飞灰的有效回收，提升锅炉环保效益，同时，缓解煤炭燃烧不充分的问题。

5 结语

综上所述，链条炉排加装分层燃烧装置后，实现对链条炉排燃烧问题的改善，促进煤炭的充分燃烧，同时，也能够有效降低链条炉排锅炉渣的含量，提高锅炉的热效率和燃烧能力，降低锅炉粉尘的排放量，实现节能环保。但是，从当前链条炉排分层燃烧装置的应用情况来看，其中仍然存在很多的问题，导致锅炉中煤燃产生的热能无法有效发挥作用，因此，需要结合链条锅炉分层燃烧装置的情况探究相应的改善策略，解决着火困难和适应能力差等方面的问题，保证锅炉的使用性能和效率。