浅谈贫煤工业锅炉的炉拱设计

张令 杨月明

摘 要：贫煤的挥发分低，着火难，在链条炉排上存在难以燃烧和燃尽的问题，而炉拱对链条炉排的燃烧影响很大，针对这个问题对炉拱做了进一步的改进，改善了贫煤燃耗和燃尽。

关键词：贫煤；炉拱；工业锅炉

前言

随着社会经济的发展，社会的不断进步，燃煤工业锅炉仍将是我国工业锅炉的主导产品，且以中大容量（单台蒸发量≥10t/h）居多。国家对能源供应结构的变化和节能环保要求日益严格，新能源开发应用将进入高速发展时期。但是煤仍然占据着不可替代的主导地位，在我国的大部分地区都用着挥发分低的贫煤，它不易燃烧，燃不尽，炉渣中还夹杂着黑色的煤，造成了巨大的不完全燃烧损失，也给不少企业造成了不可预见的经济损失。

循环流化床以它在燃烧贫煤方面的优势，但面对贫煤着火难和燃尽难的问题。特别是在低负荷运行时，链条炉排特别是对劣质煤、挥发分较低的贫煤，很难点燃和燃烧。这一大难题一直困扰我们。

1 贫煤的成分及特性

燃煤工业锅炉还被大量使用，特别是一些中小企业运行情况差，燃烧热效率低，而燃烧贫煤的锅炉因没按使用煤种设计，造成着火困难，存在巨大的不完全燃烧损失。山西地区产的煤主要为贫煤，由于其挥发分较低，不易着火，所以燃烧困难。为了能适应煤种的要求，减少燃煤成本，许多企业都把好煤和坏煤掺着烧，把贫煤着火难和燃尽难的问题更加突显出来。根据贫煤的特性不易着火，不易燃烧，严重的影响着锅炉运行，并无形中损害着锅炉的寿命，由于链条炉排和往复炉排存在差异，特别是在燃烧低灰分煤的时候由于往复煤排的燃烧是由煤排推动燃烧，所以相对还能改善一下燃烧工况。而煤在链条炉上是自上而下一层一层燃烧。所以劣质煤、挥发分较低的贫煤，在链条炉排上无法燃烧及燃尽，为了设计适应燃烧贫煤的炉拱，我们对当地典型煤种的数据及锅炉参数进行综合分析：

表1 贫煤的煤质特性

贫煤的着火温度高于其他煤种。所以仅靠煤在初期燃烧所产生的热量来点燃，形成稳定的燃烧较为困难。在炉拱的设计中如何来点燃新煤就成了链条炉。

从表1中还可注意到，贫煤的含碳量在80%以上，密度大、质地紧密，颗粒中气孔较少，通风情况不良，这就意味在燃烧时空气不易与煤的表面充分接触燃烧。因此，贫煤燃尽需要的时间更长。

2 燃烧贫煤链条炉炉拱的设计

燃烧贫煤链条炉炉拱的设计主要需解决煤的引燃和燃尽，按传统的炉拱设计理论认为，链条炉等的预燃带引燃主要靠前拱的反射作用形成α火焰，高温火焰在前拱的导向下直接冲刷新煤层，在前拱形成强大的湍动大回流区将烟气热量辐射到拱面的热反射聚焦到火床上，从而引燃新煤。α火焰可封锁细小颗粒，增加烟气回程，改善主燃区火焰充满度。

另一方面由于前拱属于漫反射，其本身反射的热量有限，达不到贫煤着火的温度，造成燃料的不完全燃烧损失，也影响到锅炉的出力。为了能使燃烧贫煤的链条炉提前着火，首先要解决的是预燃带的位置，风煤比例，就是说，自后拱中燃烧生成的高温烟气和带火星的煤炭颗粒在引风机的作用下沿著后拱向喉口方向运动，并在前拱下形成一个高温的α湍动区，从而提升前拱的温度，使预燃带燃烧强化，释出更多的热量，并且形成较高温的烟气，通过烟气的辐射和对流换热，点燃炉排上的煤层。显然，决定新煤引燃快慢的主要因素不是前拱区的温度水平，而是前拱的形状和长度。同时预燃带的燃烧强化对引燃及以后的燃尽也有重要作用。必须在炉拱结构设计时H值加大前拱及其合适的长度，并要配以低而长的后拱，后拱在老鹰铁上方距离大概在500mm，为了使前拱区火焰充满度好，增大拱区拱壁面积，这样才能尽量多地把高温烟气驱赶到前拱区，并在前拱区下有足够的空间产生涡旋气流，使高温烟气在前拱区充满并尽可能停留时间长些，以增强传热。同时，设计时注意确保燃烧区能强化燃烧，以使烟气温度保持在一个较高的水平上。贫煤炉拱如图1所示。

图1 燃烧贫煤的链条炉炉拱

该炉拱前拱比较高，后拱比较长，在后拱的拱头处大约有600mm这都是为贫煤特殊设计。它使得前拱区的空气动力状态较好，高温气流流进容易，并形成回旋。在后拱设计的水平拱，此水平拱使高温气流在后拱出口区获得一个较大水平初速度，使高温烟气打在前拱上，到达前拱预燃区域，由于前拱的倾斜度让高温烟气改变方向，在前拱区形成涡旋，保持着火区有较高的温度。在设计时应注意使前拱出口端高于后拱出口端，并有合理的高度差，这就保证高温烟气能充分进入前拱区，且保证足够的通道，避免烟气“闷塞”。在设计时控制喉口出口烟速在7～8m/s。

前拱长度L2=（2/3-4/5）L1为了使前拱导流大约有2/3的烟气量形成α火焰，根据冷态试验和理论计算可知β≥110°配风也是个十分重要的问题，试验中的配风比例分别为10%、20%、35%、25%、10%主流区充满度为（70%-75%），合理的配风能改善燃烧工况，强化燃烧、减少排烟损失和化学不完全燃烧损失，形成回旋湍动的气流，有利于煤的引燃，贫煤在链条炉上燃烧，从而消耗掉来自炉排后部的过剩空气，并使前拱保持在一个较高温度范围内，利于新煤的点燃；对后拱下燃烧中期的火床层加强送风，使之形成一个强燃区，以便对前、后两头起引燃和促燃作用；对尾部燃尽区送风量可大幅减少，以避免因过量空气过多而降低炉温和排烟损失。

3 结束语

炉排是工业锅炉燃烧设备的关键部件，对于燃用贫煤和劣质煤的链条炉排，炉拱对炉排的燃烧工况起着预燃和热量的辐射等作用。炉拱的形状及尺寸对锅炉的燃烧效率和出力有非常重要的影响。

参考文献

[1]张永照，主编.工业锅炉.机械工业出版社，1982.

[2]李之光，范柏樟.工业锅炉手册.天津科学技术出版社，1988.

[3]陈学俊，陈听宽.锅炉原理.（第二版）.机械工业出版社，1991.