链条炉低负荷运行时风煤比优化研究

邱东 萧艳彤 崔琦 张宝祥 陈志刚 王永亮

（天津市特种设备监督检验技术研究院 天津 300192）

链条炉低负荷运行广泛存在，低负荷运行燃煤燃烧不完全，造成排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失提高，使链条炉热效率降低[1]。不完全燃烧产物如烟尘、氮氧化和物等会环境产生污染[2]。针对链条炉低负荷运行的燃煤不完全燃烧，本文认为链条炉低负荷运行优化燃烧，主要是给煤量与送风量之间配比优化，结合低负荷运行特点即给煤量要少一点以适合低负荷运行时炉膛热负荷，送风量要低一些，降低床燃煤的燃烧速度，提高燃烧效率。给煤量与送风量进行优化配比就要引入“风煤比”概念，风煤比就是进入链条炉总风量与总给煤量的比值。风煤比优化用烟气最佳过量空气系数来判断[3]，通过烟气最佳过量空气系数来控制送风量，并随之调节给煤量，使送风量与给煤量达到最佳的比值，以实现链条炉在低负荷运行时优化燃烧，达到对燃煤的燃烬燃烧，提高锅炉热效率，降低对环境产生的污染。本文研究重点为风煤比优化。

1 风煤比优化的特点

1.1 最佳风煤比

最佳风煤比是寻求一个避免不完全燃烧的烟气最佳过量空气系数。烟气最佳过量空气系数的大小是决定燃烧和燃尽程度的关键，如果过大，将使排烟热损失增大，反过来，若过小，就会产生不完全燃烧损失和黑烟。风煤比的优化就是进入锅炉的总风量与总给煤量的比值是一个优化值，衡量风煤比的手段是烟气最佳过量空气系数。

1.2 烟气最佳过量空气系数

链条炉的理论最佳过量空气系数值为1.2[3]。但考虑炉膛、烟道漏风等问题[4][5],我们认为应进行实炉最佳烟气过量空气系数的测试，确定烟气最佳过量空气系数，用于对最佳风煤比的的判断。

烟气最佳过量空气系数应根据链条炉的热损失来确定。链条炉的主要热损失是排烟损失q2、化学不完全燃烧热损失q3以及固体不完全燃烧热损失q4，随着烟气过量空气系数的值而变化的，它们之和的最小值，也就是最低点如图1所示所对应的烟气过量空气系数，为烟气最佳过量空气系数。

图1 锅炉热损失与过量空气系数

2 试验方法

链条炉低负荷运行时，在煤质稳定的情况下，结合在线仪表或采用烟气、煤质分析设备进行实际运行工况的热平衡测试，寻找实炉烟气最佳过量空气系数并用于风煤比优化实验。具体优化方法如下：

首先，确定实炉烟气最佳过量空气系数，依据运行经验和燃煤颗粒尺寸选定煤层厚度，通过调整不同的炉排行进速度控制给煤量，根据给煤量结合运行经验配备适当的送风量保证燃烧效果。经过实验测试，各热损失之和的最小值所对应的烟气过量空气系数为实炉烟气最佳过量空气系数。

其次，风煤比的优化，根据给煤量的变化在不同低负荷时对送风量进行相应的调节，以实炉烟气最佳过量空气系数为评判指标，确定最佳风煤比。

图2 炉型示意图

3 风煤比优化实验

3.1 实验设备

选择热功率为56MW、14MW 两 台 链条炉进行实验，按1#、2#炉进行编号，炉型示意图见图2。1#、2#炉的基本信息见表1。测试设备布置如图3所示，通过烟气分析仪、煤质分析设备进行测试。

表1 锅炉的基本信息

实验用煤为锅炉使用单位的混煤，煤质成分分析见表2。

表2 1#、2#炉煤质成分分析

3.2 实炉最佳过量空气系数测试

依据运行经验和煤颗粒尺寸分别选定三种不同的煤层厚度，通过调整不同的炉排行进速度控制给煤量，根据给煤量配备适当的送风量保证燃烧效果。1#炉运行热负荷分别为60%、65%、70%，煤层厚度分别为120mm、140mm、160mm，炉排行进速度分别为0.25m/min、0.35m/min、0.45m/min。2#炉运行热负荷分别为50%、60%、65%，煤层厚度分别为90mm、100mm、110mm，炉排行进速度分别为0.15m/min、0.25m/min。经实验测试，排烟损失q2、化学不完全燃烧热损失q3、固体不完全燃烧热损失q4之和与烟气过量空气系数的值的关系，分别如图4、图5所示。

图4 1#炉最佳量空气系数图

图5 2#炉最佳量空气系数图

不同负荷时的排烟损失q2、化学不完全燃烧热损失q3及固体不完全燃烧热损失q4之和的最小值所对应的过量空气系数为烟气最佳过量空气系数，由图4可知，1#炉为1.8575。由图5可知，2#炉为1.8825。

上述实测数值则为实验炉型1#、实验炉型2#的最佳过量空气系数，并以此为判断最佳风煤比的依据。

3.3 风煤比优化实验

1#炉、2#炉的送风设备均安装了变频器有自动和手动两种操作模式，根据变频器的手动模式即手操器调节送风机的频率来控制送风量，结合实炉烟气最佳过量空气系数测试过程中的数据选择煤层厚度即1#炉为120mm、2#炉为100mm。分别给定不同的炉排行进速度，1#炉炉排行进速度为0.25m/min、0.35m/min、0.45m/min，链条炉热负荷为60%、65%、70%。2#炉炉排行进速度为0.15m/min、0.25m/min，锅炉热负荷为55%、60%。送风频率的百分比与实测过量空气系数的关系，分别如图6、图7所示。

图6 1#炉风煤比

图7 2#炉风煤比

由图6可知，1#炉煤层厚度在120mm时，炉排行进速度为0.25m/min下，送风量电机选择75%的频率为最佳风煤比。由图7可知，2#炉煤层厚度在100mm时，炉排行进速度为0.25m/min下，送风量电机选择65%的频率为最佳风煤比。由于篇幅限制，其他炉排行进速度以及链条炉热负荷下的最佳风煤比本文不在论述。

通过对链条炉低负荷运行工况的实验，可以找出低负荷运行时的烟气最佳过量空气系数，并以此为依据确定最佳风煤比，提高链条炉低负荷运行时的燃烧工况，达到优化燃烧的目的。

4 结语

4.1 烟气最佳过量空气系数是最佳风煤比的评判依据，理论过量空气系数是不适用的。

过量空气系数应通过实验，确定实炉烟气最佳过量空气系数。

4.2 提出风煤比优化方法，即首先经过实验测试寻求实炉烟气最佳过量空气系数。其次以实炉烟气最佳过量空气系数为评判指标，进行风煤比优化。

4.3 利用实验链条炉进行实炉烟气最佳过量空气系数的测试，确定实炉烟气最佳过量空气系数。利用实炉烟气最佳过量空气系数进行风煤比优化实验，，确定了最佳风煤比，达到链条炉优化燃烧的目的，提高经济效益，降低环境污染。

[1]陈志刚,毛福杰,张旭,等.工业锅炉低负荷工况节能分析与对策[J].应用能源技术，2011，(9):22-25.

[2]张朝梅.DHL-29型锅炉节能优化运行参数研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2012,(6):6-8.

[3]张春发,赵宁,谢飞,等.基于最佳风煤比修正的燃烧控制[J].发电设备,2004:87-89.

[4]陈听宽.锅炉原理[M].北京:机械工业出版社,1979(9):63,88.

[5]王春昌.入炉风量与炉膛出口烟气温度的相关性研究[J].热力发电,2007,（7）:37-40.

[6]王春昌.锅炉漏风对排烟温度及排烟热损失的影响[J].热力发电，2007（8）:19-22.