层燃机械炉排锅炉改造技术在节能环保领域的应用

王 静，张 维，王 雪

保定福焓热能设备制造有限公司

层燃机械炉排锅炉改造技术在节能环保领域的应用

王 静，张 维，王 雪

保定福焓热能设备制造有限公司

目前我国大部分煤炭工业企业都在使用层燃机械炉排锅炉，但其燃煤效率整体低于国际水平，造成了大量不必要的环境污染，本文主要从现有设备的问题入手，简要分析一下对层燃机械炉排锅炉的改造技术，并探讨了改造后的锅炉技术在现实中的应用。

层燃机械炉排锅炉；缺陷；改造；节能；应用

我国是工业大国，截止到2014年，工业锅炉数量已经超过6300万台，像燃煤工业主要以层燃式机械炉排为主，占到了总数的92%以上。它们虽然运行热效率较高，但是其整体水平还低于国际水平15~20%左右，这样的差距就造成了对煤炭资源使用成本的提高，相对而言也增加了更多废渣与尘埃，既不利于节能也对环境危害巨大。如果对设备进行改造，可以比实际用热效率提高80%以上，并结合当前的炉排、引风机变频技术降低功率30%左右，同时达到除尘的目的，这对于我国工业生产的节能减排国策来说是一大需要争取实现的目标。

一、我国层燃机械炉排锅炉的使用现状

层燃机械炉排锅炉虽然具有很悠久的历史和很成熟的技术，但是由于它出现较早，在设计方面上没有过多对环保的考虑，在工业过程中常常会排放大量的CO2和SO2污染物及烟尘，对环境造成极大污染。据统计，我国每年工业生产中的工业锅炉都会排放烟尘约900万吨，SO2约1100万吨，CO2约15亿吨，这些能源消耗和污染排放均位居我国工业行业第二，仅仅次于电站锅炉。所以，应该从目前机械炉排层燃锅炉的技术及设备方面着眼，分析它们在生产运行中可能存在的各种缺陷，从而实施改造技术。

二、层燃机械炉排锅炉的设计缺陷分析

在燃烧以后，锅炉所产生高温烟气再由前后拱之间的喉口将烟气吸入炉膛上部的燃烬室，通过对流管束散热将气体排出炉体。在这个燃烧与烟气处理过程中主要有以下几个缺陷：

首先，由于层燃锅炉所采用的是上点火、下吹风的方式，也就是说，火焰会从上方逐渐向下引燃，这一过程中由于有炉膛内的冷风向上方吹，所以逆风中的火焰很难向下燃烧，如果炉膛结构不能解决这一问题，炉膛点火和燃烬这两项重要环节都很难顺利实施。

其次，炉膛本身燃烧温度也较低，很不容易着火，这是由于炉膛结构不合理而造成的，对一些燃点较高的无烟煤、劣质煤来说，起火更难，这样就需要在在炉膛中加入大量的煤炭才能使得炉膛正常被点燃。

第三，层燃锅炉中缺少合理的烟气、空气混合机制，这就导致了过剩空气系数过高的现象发生，当煤层进入炉膛时由于通风密封度和气体均匀度等原因，经常会出现火口透风现象，致使煤层燃烧时没有充分空气供给，在缺氧的环境下可燃物体因为没有充分燃烧而产生有毒黑烟气体。另一方面，由于过剩的排烟量也会导致空气系数过高而带走大量热能，这也无形中增大了锅炉的热能损失[1]。

三、对层燃机械炉排锅炉的改造及效果分析

（一）关于回燃拱的设计

为了改进煤炭在炉膛的燃烧效果，应该在炉膛前后拱的下方增设一段方向向后形成反烧格局的回燃拱设计。这一设计可以改变炉膛中煤炭的燃烧方式，比如说燃烧方向的改变，由原来的垂直单方向燃烧改变为双向纵向燃烧。它的优点是可以迫使高温下烟气向后燃烧，从而增加烟气在炉膛中流动的时间。

（二）回燃拱设计的应用效果

让燃烧烟气在炉膛内停留时间变长，其目的就是能够尽可能的消除烟气中所含有的不完全燃烧化学元素以及燃烧热损失。它的原理是当火焰在回燃拱中产生涡旋反复燃烧环境时，烟气在炉膛中的流动程序就会大幅度增加。大面积进入炉膛的空气与可燃气体充分混合，在炉膛中长距离燃烧，在提高炉膛温度的同时，也能让高温烟气在充分燃烧后转入后拱与回燃拱之间的烟道，最后进入燃烬室。当这些被完全燃烧的可燃气体经过燃烬室内充分的对流管束传热冷却处理后，其烟气就会逐渐消失，基本上消除了由于化学不完全燃烧所造成的热能损失[2]。

（三）关于广口径下降管的设计

广口径下降管就是在锅炉炉膛两侧所设置的炉膛模式水冷壁、两侧集箱管和锅筒之间所设置的新装置。该装置的主要目的就是让燃烧烟气进入锅炉中的对流受热面口，并在对流管束中设计上下烟道，通过锅炉后墙的高温烟道清灰口来清理烟气灰尘，这样做就大幅降低了烟气在锅炉中由于阻力过大，废渣烟尘无法被清理，同时它对降低引风机动力也有帮助。

（四）广口径下降管的应用效果

广口径下降管的设计完全改变了高温烟气在炉膛、受热面管束以及烟道中的走势，流动方向也从横向转为自上而下，这让锅炉中的受热面受热趋势更加合理。另一方面，高温烟气也由于在炉膛中广口径下降管中高温蒸发而降低了排烟温度(最高降温90℃以上)，这就大大提高了锅炉中受热面钢材的寿命，确保锅炉能够长期稳定运行。

四、具体应用

通过上述两种改造技术对一台层燃机械炉排蒸汽锅炉进行改造，改造后参与热工与环保两项测试。

首先是热工测试，经过测试发现改造后的锅炉在平均出力方面由原来的3500kg/h增长到4080kg/h；锅炉效率方面也上涨了7.5%达到84.55%；在进行了两次炉渣可燃物含量检查发现的它的燃烧含量为3.94%和4.5%，这较比之前下降了0.78%和1.2%。

在环保方面，未加除尘器的环境下，改造后锅炉的排烟林格曼黑度已经小于1级，而且烟尘的平均浓度也由原来的139.22mg/m3下降到99.35mg/m[3]。

总结

通过对层燃机械炉排锅炉进行改造后，成功的实现了节能减排的显著效果，这一改造技术目前已经被应用于多个工业领域，例如垃圾焚烧炉排锅炉的改造，大大降低了垃圾中污染物和有毒元素对环境的污染。总而言之，此改造技术是有利于我国工业的发展大形势的，真正实现了社会效益与经济效益的双丰收。

[1]帅益武,段正利,鲁慧文等.中小型机械炉排层燃锅炉的优化运行[J].工业锅炉,2007,(3):39-40.

[2]李勇奇.兰石锅炉系统的优化设计与节能研究[D].西安:西安石油大学，2014.

[3]武小强.层燃机械炉排锅炉改造技术在节能环保领域的应用[J].科技致富向导,2014,(18):84-86.

王静（1986-），女，汉族，河北徐水人，本科学历，助理工程师，主要从事锅炉压力容器的设计及开发工作。