变层分段多煤形给煤技术及其应用

上 海 理 工 大 学 郁鸿凌

上海竟达明信节能环保技术有限公司 林 涛

1 概述

变层分段多煤形给煤技术是自主研发的、用于4～160T/H正转燃煤链条锅炉的给煤技术。本技术追求解决的是燃煤锅炉炉内煤转化热能的效率问题，突破传统的燃烧方式，提高燃煤锅炉的节煤率与配套风机的节电率，排烟量降低直接减少了脱硫处理量。综合节能效果高于前几代分层给煤技术与横向均衡配风技术，运行故障率也低于前几代分层给煤技术。

2 传统给煤与配风技术介绍

2.1 煤闸板式给煤装置

传统煤闸板式给煤装置技术的布煤特征为“块末煤混合”，燃烧方式为自上而下的层燃方式，单一固定的煤闸控制，布煤不均、供风不匀、风阻和供氧差异不一、火床煤层不规则，燃煤得不到充分燃烧，燃烧工况与环境、煤种、煤质、操作、管理相关度很大，但适应水分比较高的煤。

2.2 单一分层给煤技术

单一分层给煤技术（第一代锅炉节能技术）的布煤特征为“末煤—块煤”（如图1所示）。燃烧方式为自上而下的层燃方式，单一固定的煤闸板控制。其作用是改善煤层通风，以降低出渣热损失为主。

存在的不足首先是无法改善起燃点与配风的问题。其次，分层给煤装置要求落煤均匀，实际运行很难做到均匀落煤，因而建立在均匀煤层燃烧基础上的理论在实践中存在缺陷。此外，上部细煤层燃烧后形成灰渣覆盖层，覆盖在未充分燃烧的块煤层上部，造成底部块煤层辐射热及供风受阻而燃烧不充分。这类通病在夏季不明显，但是在湿冷的冬季，特别在燃烧低热值、低挥发份煤炭时，达不到块煤的最佳燃点温度，致使块煤不完全和不充分燃烧，在炉排上产生一层未燃烧或燃烧不尽的块煤层。

分层给煤装置容易卡辊，由于单一固定的煤闸板限制，卡辊后煤块很难取出。煤层湿度对设备故障直接影响，如粘辊、搭桥。因此故障率较高。

该技术针对煤闸板技术是取得一定的节能效果。但由于自身通病与适应煤种能力等因素，煤闸板给煤装置技改后或有燃烧工况无改善甚至恶化现象，加之故障问题，上海市场每年都有此类技改后被拆除的案例。

2.3 分层分行给煤装置

分层分行给煤装置（第二代锅炉节能技术）的布煤特征、燃烧方式与第一代相同，不过加强了横向透风性，增加火床延展面积。

存在的不足与第一代相同。此外，以某种波形挡板使得煤层形成固定式波浪状的分层分行给煤装置虽然成本低廉，但由于波形不可调节，不能适应多变的氧煤混合的燃烧工况。如果煤层过薄，波形挡板不容易扒成波浪；如果煤层过厚，由于挡板的阻力，会造成煤层在煤斗前部堵塞严重，影响通风。加之落煤不均，煤层的厚薄与波峰波谷落差较小直接影响节煤效果，也给生产运行造成不便。

2.4 配风问题

传统节能理念认为，锅炉的纵向配风由风门控制，横向配风由风室横向均衡配风技术解决。风室横向均衡配风技术是建立在煤层水平均匀基础上的，作用是以均衡的风配合混合均匀的煤层燃烧，从而改善燃烧工况。但是在实际落煤过程中，要做到均匀落煤很困难，往往导致横向均匀配风无法适应变化的不均匀落煤，燃烧工况较难真正改善，有时候通过“约束”风的行为，炉膛风量或风压降低，燃烧更艰难。落煤不均等现象在上海具有普遍性，包括以上汽为首的市级标杆锅炉房锅炉。

3 变层分段多煤形给煤技术介绍

变层分段多煤形给煤技术是基于分层分行给煤技术而来的，由三大创新技术组成，分别为可变换分层给煤技术、可调节分段给煤技术和可调节多煤形给煤技术。

3.1 工作原理

如图2所示，入炉煤由输煤装置进入输煤斗中，在重力作用下下行至布煤辊上，在布煤辊的转动作用下运动至输煤斗侧并下落。一部分末煤经两布煤辊之间的间隙漏下，经导流板落在正转链条炉排的前方。在输煤斗右侧下落的煤经挡煤板下落至多段组合筛板上，在筛板的作用下使落在炉排上的煤实现了可变换分层（变层），并沿炉排宽度方向上形成可调节给煤量的波峰波谷的布煤形式（多形）。给煤量由可调式煤闸板控制，由于可调式煤闸板沿炉排宽度方向分为多段并可独立调节，能够实现炉排上的煤层厚度与布风的分布相一致（分段）。最终，入炉煤经变层分段多形给煤装置后在炉排上形成了可调节给煤量的垫层波峰波谷布煤形式。

3.2 变层给煤技术

布煤特征：“末煤—块煤—末煤”。如图3所示。

燃烧方式：增加了自下而上的层燃方式、达到上下共燃的层燃方式。

作用：改善煤层通风，提高煤层起燃速度与燃尽程度，以降低出渣热损失为主。

3.3 分段给煤技术

沿炉排横向段分段布置不同厚度煤层以适应变化的配风。如图4所示。

燃烧方式：分段燃烧与低风燃烧方式。

作用：采用多段控制给煤量闸板，根据炉排横向区段助燃风的状态，调整煤层厚薄与风门的开启度，分段布置不同厚度煤层，适应炉膛内变化的风量风压，煤层配风均衡。根据实际的燃烧工况，导致熄火线整齐，炉膛后部冷风量降低，炉膛温度升高，引风机电流下降，以降低排烟热损失为主。

3.4 多煤形给煤技术

根据锅炉燃烧工况及所燃用煤种的差异，形成分层煤形、分段煤形、垫层煤形、波峰波谷煤形、复合式煤形等多种可调节的布煤形态。如图5所示。

燃烧方式：动态燃烧与低风燃烧方式。

作用：由于煤从波谷起燃，鼓风的风量风压降低，煤层起燃速度提高，鼓风机电流频率下降，波峰的煤在燃烬中自然向波谷两边塌落，中间裸露的煤层与氧混合更充分，增加15%-25%的火床展开面积提高锅炉单位时间出力。在燃尽区，波浪形自然延伸为水平形，火口呈逐步递减至消失现象。

3.5 自主研发与评定

“利能”牌变层分段多煤形装置已获得四项实用新型专利，一项发明专利在实审中，另几项发明专利在申请中。专利发明人：赵作明、赵文强、林涛。由中科院上海科技查新咨询中心出具的《科技项目咨询报告》评定，未发现与项目创新点和关键技术完全相同的国内外文献报道。综合技术达到国内领先水平。

3.6 不足之处

煤全水分超过20%后多煤形不易形成，煤斗内部的机械部件占用一定量体积，需要加高煤斗以便储存煤（仅限人工进煤）。

4 变层分段多煤形给煤技术的特点以及它与传统给煤技术的比较。

4.1 变层分段多煤形给煤技术的特点

1）本技术的非均匀的落煤层能够更好的均衡配风，氧煤混合更充分，块煤燃尽更彻底。

2）煤种适应范围更广，能烧劣质煤，煤种在设计范围外的锅炉节能幅度更明显。运行记录包括霍林河的煤，挥发分20%，热值3300kcal/kg。

3）降低排烟热损失、气体不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失。

4）煤层通风阻力降低，着火迅速；炉膛冷风量减少，炉膛温度提高；鼓引风机电流频率下降；排烟量降低从而减少脱硫处理量；火床延展面积增加，单位时间出力提高；锅炉负荷要求比较高的节能幅度更明显。

5）20T/H以上锅炉调整的供风量应参照使用分层给煤的供风量降低20%-30%，避免煤层漏风。

6）鼓风变频电机在运行过程中或有频率降低导致风压穿不透煤层的情况，燃烧工况就会恶化。应用本技术后，波谷的薄煤层可以使得更低的风压能够穿透，变频电机可以发挥更广阔的节电与节煤作用。

7）内部设立三套独立的系统结构与双辊等装置配合，提高燃煤全水分对于设备的适应性，粘辊、搭桥的现象大为降低，设备运行故障率低于前几代分层给煤装置。

4.2 变层给煤与上海市场传统给煤和配风技术的比较

由表1中可以看出，变层分段多煤形给煤技术诞生的年代较短，市场影响力偏弱。但是其不同以往技术的布煤方式、布煤形态与燃烧方式可以产生综合性的节能效果。变层分段煤形给煤技术是目前市场上可以取代传统分层给煤与横向配风的新技术。

5 案例与节能效果

下列案例的投资回收期均在1年之内，用户满意。

表1 变层给煤与上海市场传统给煤和配风技术的比较

5.1 上海某化学品有限公司

该公司5T/H燃煤链条锅炉技改前已有煤闸板技术、凝结水回收技术。技改后于2011年1月与2月由上海某权威测试机构对其一台锅炉作热工前后对比测试，在锅炉负荷、排烟温度、入炉冷空气温度、收到基低位发热量均基本相等的情况下，平均热效率提高5.45%，折合节煤率7.26%。

5.2 上海某药业公司

该公司获得上海市首批标杆锅炉房称号，6T/H燃煤链条锅炉技改前已有分层给煤技术、横向配风技术、风机变频技术、凝结水回收技术、电脑监控。技改后用户自评吨煤汽比上升5%，节电10%。

5.3 上海某纺织公司

该公司10T/H燃煤链条锅炉技改前已有煤闸板技术。技改后用户申请上海市节能技改项目，经过认定节煤率6.9%。

5.4 上海某热力公司

该公司20T/H燃煤链条锅炉技改前已有分层给煤技术、横向配风技术、风机变频技术、电脑监控。技改后用户申请上海市节能技改项目，经认定节煤率3%。

5.5 苏州某热电公司

该公司35T/H燃煤链条锅炉技改前已有分层给煤技术、风机变频技术、复合燃烧技术、电脑监控。技改后，用户自评节煤率5%，出渣含碳量平均下降2%-3%，风量平均下降20%-30%，从技改前最多35T/H到技改后有40T/H的记录。

5.6 湖州某热电公司

该公司45T/H角管式燃煤链条锅炉技改前已有分层给煤技术、风机变频技术、电脑监控。技改后用户自评平均吨煤汽比从6.35提高到6.67，出渣含碳量平均下降3%-4%，风量平均下降20%-30%，锅炉单位时间出力平均提高3-5t/h，最高可达到55t/h。

6 结束语

本装置仅在上海地区技改，总蒸吨位超过200t/h，根据用户统计节约标煤超过3000t，每节约百吨标煤的投资费用在5—15万元，已采用合同能源管理模式技改的项目过半。

以一个外形看似简单的装置来解决复杂的燃烧问题，起到事半功倍的效果，体现了综合的节能技术。变层分段分煤形给煤技术对整个正转燃煤链条锅炉行业的节能具有重要意义，为节能减排提供了一个重要的可选择手段。

[1]《燃煤工业锅炉节能实用技术》中国电力出版社，2000年

[2]《工业锅炉司炉工节能知识培训教材》东北大学出版社，2008年

[3]《工业锅炉节能技术培训教材》中国计量出版社，2009年