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1、煤的层燃技术本讲稿第一页，共四十七页煤的层燃技术煤的层燃技术本讲稿第二页，共四十七页主要内容主要内容1 1、煤的层燃原理、煤的层燃原理概述、燃料层的阻力及其气动稳定性、层燃的热质交换与化学概述、燃料层的阻力及其气动稳定性、层燃的热质交换与化学反应过程。反应过程。2 2、层燃设备的运行、层燃设备的运行不同给料排渣方式层燃炉的结构与运行特点、层燃炉的风室与炉排不同给料排渣方式层燃炉的结构与运行特点、层燃炉的风室与炉排冷却设计冷却设计本讲稿第三页，共四十七页1 煤的层燃原理1.1 煤的层状燃烧概述 煤的层状燃烧，简称层燃，通常是将粒状煤放在某种金属支撑物上，形成一定厚度的燃料层，另将燃烧所需空气从支
2、撑物下部通入，使煤与空气燃烧过程处于气固两相流动中的固定床状态。层燃是燃烧设备最早形式，所用的支撑物常称为炉排。早期的层燃使用固定炉排，人工加煤。由于人力耗费大、燃烧效率低、热损失大等缺点，固定炉排仅在容量很小的锅炉上使用。其后人们对其进行了多种改进，开发出自动给煤的抛煤机层燃炉、可自动给煤和除渣的链条炉排炉等。本讲稿第四页，共四十七页固定炉排炉燃烧过程1-新煤层；2-干燥层；3-热解层；4-还原层；5-氧化层；6-还原层 层燃炉中，煤的燃烧通常要经历干燥和热解、挥发分着火、焦炭燃烧和燃尽四个阶段。虽然这四个阶段有先有后，但彼此相互联系重叠进行。煤被投放在炉排上后，首先被加热干燥；当温度升高到
3、100以后，煤中所含水分大量析出；当加热到温度大于130-400，煤中的挥发分开始析出，同时形成焦炭。随着挥发分的析出，在一定氧浓度和温度条件下，发生着火和燃烧，形成明亮的火焰。空气 煤本讲稿第五页，共四十七页各种煤的挥发分析出温度及着火温度 不同的煤的挥发分含量不同，一般挥发分越多的煤，开始析出的温度越低，着火温度也越低，着火也越容易。燃料燃料褐煤褐煤烟煤烟煤贫煤贫煤无烟煤无烟煤挥发分挥发分 V Vdafdaf/%/%40-6040-6020-4020-4010-2010-2010700700本讲稿第六页，共四十七页层燃炉煤层厚度方向上气体成分的变化-灰渣带；-氧化带；-还原带；-干馏带在氧
4、化带中，炭的燃烧除了产生CO2以外，还产生少量的CO。在氧化带末端，氧化浓度已趋于零，CO2浓度达到最大，而且燃烧温度也最高。实验表明氧化带的厚度大约等于煤块尺寸的34倍。当煤层厚度大于氧化带厚度时，在氧化带之上将出现一个还原带，CO2被C还原成CO。这一还原反应是吸热反应，所以随着CO浓度的增大，气体温度逐渐下降。本讲稿第七页，共四十七页 根据煤层厚度的不同，所得到的燃烧反应及其产物也不同，因此就出现了两种不同的层状燃烧法，即“薄煤层”燃烧法和“厚煤层”燃烧法。薄煤层燃烧法的煤层较薄，对于烟煤只有100150mm，在煤层中不产生还原反应。厚煤层燃烧法也称为半煤气燃烧法，煤层较厚，对烟煤来讲大
5、约为200400mm，目的是为了使部分燃烧产物得到还原，使燃烧产物中含有一些CO，改善炉膛温度分布。当挥发分接近烧完时，氧气扩散到焦炭表面，而后焦炭开始燃烧，并放出大量热量。因为焦炭与氧的反应是气固异相反应，速率较慢，而焦炭是煤中主要的可燃质，所以煤的燃烧速率主要决定于焦炭的燃烧速率。焦炭的燃烧速率则决定于焦炭本身的化学反应活性、氧气供给情况以及温度。若焦炭化学反应能力大大超过氧气扩散能力，燃烧速率取决于扩散能力，提高化学反应能力则对燃烧速率影响不大，此时处于扩散控制燃烧状态。而当扩散能力大大超过化学反应能力，焦炭表面的氧气很充分，燃烧速率取决于化学反应能力，处于动力控制燃烧状态。当化学反应能
6、力和扩散能力相差不大，燃烧速率既与化学反应能力有关，也和扩散能力有关时，处于过渡控制燃烧状态。本讲稿第八页，共四十七页 在层状燃烧中，温度较高，化学反应能力较强，而煤粒较大，扩散能力较弱，一般属于扩散燃烧，这时，过分提高煤层温度对强化燃烧的作用不大，因此，为了提高层燃炉中煤层的燃烧速率，主要措施是增强空气中氧向焦炭表面的扩散，常用方法包括加强通风和拨火等。加强通风可以提高空气通过煤层的速度，从而提高空气冲刷焦炭颗粒的速度和扩散能力。拨火可以去除焦炭燃烧常常形成的灰壳，此灰壳将妨碍空气向未燃表面的扩散，使焦炭难以燃尽。特别是灰分多、熔点低的煤，形成的灰壳厚而密实，空气难以渗透。燃尽阶段进行得很缓
7、慢，放热量不多，需要的空气也很少，但需要维持较高的炉温和较长的时间。对于炉膛中的飞灰，由于温度一般较煤层中低，化学反应能力较弱，而飞灰一般又较细，扩散能力较强。因此，一般属于动力燃烧或过渡燃烧。所以适当提高炉膛温度是强化炉膛中飞灰燃烧的重要因素。本讲稿第九页，共四十七页1.2 燃料层的阻力及其气动稳定性 当燃料稳定在炉排上时，煤块的重量必须不小于气流作用在煤块上的动压冲力，即：式中，d为煤块直径，m；和 为煤块和空气的密度，kg/m3;ua为空气的流速，m/s；C为颗粒迎风阻力系数。对于一定直径的煤块，当煤块的重量和气流对煤块的冲力相等时，煤块处于一种临界平衡状态，若再提高空气流速，煤块将被吹
8、走，造成不完全燃烧。为了能在单位炉排上燃烧更多的燃料，必须提高气流速度，因而必须保证煤块有一定的直径。但另一方面，煤块越小，反应面积越大，燃烧反应越强烈。显然，应同时考虑上述两个方面，确定一个合适的块度。本讲稿第十页，共四十七页 令重力与气流的动压力相等，则可以得到颗粒不被吹走的气流的临界速度ugr：可见，临界速度随颗粒尺寸减小而降低。定义比值卷吸准则数Y为 对于球形颗粒，卷吸准则数 Y=4/3。对于不定形状的颗粒，由于其单位质量的表面积比球形颗粒大的多，因此Y比球形颗粒小得多，约为0.14。适合于层燃的燃料颗粒尺寸一般为550mm。本讲稿第十一页，共四十七页将炉排上的燃料层表达为整体的力平衡
9、，则：式中，A为燃料层的截面积，m2；h为燃料层的高度，m；是有效截面上的气体速度，m/s；m为固体颗粒之间的距离，m；S为单位体积燃料层中颗粒的外表面积，m2；为燃料层的总阻力系数，从固体颗粒层阻力的研究中，可得阻力系数 与Re的关系：在气体流过燃料层和流过通道和管道之间时，阻力系数 为：在有燃烧时，炉排上燃料层的阻力将大大超过冷态时的阻力，为冷态时的910倍。本讲稿第十二页，共四十七页1.3 层燃的热质交换与化学反应过程 由于燃煤颗粒的非均匀性以及燃料成分的多变性，层燃过程的热质交换是非常复杂的。在理论分析时，通常可以认为：（1）煤块或煤粒是圆球形的；（2）在煤粒上氧的扩散和传热只沿着颗粒
10、的半径方向进行；（3）在熄火的情况下，由于煤粒的温度较低，因而燃料表面不存在CO2+C CO的还原反应，反应处于动力区，扩散到煤粒可燃核心的氧在焦炭表面上只生成CO2；（4）在焦炭表面上进行的化学反应为一级反应，可以用阿仑尼乌斯（Arrhenius）公式表示；有灰渣层的燃煤颗粒可燃核心灰渣层（5）忽略煤粒向周围环境的辐射散热损失。本讲稿第十三页，共四十七页根据以上假定，可得单位时间内从周围环境向灰层表面扩散的氧量：式中，r1为灰层外表面的半径，m；ad为从周围环境到灰层表面的氧的传质系数，W/(m2.K)；c1、c0分别为灰层外表面和周围环境中氧的体积浓度；s为CO2分子中氧和碳的质量比；qc
11、为在可燃核的表面单位时间内碳的消耗量，kg/s。单位时间内穿过灰层的氧量：式中，r1为灰层外表面的半径，m；Da 为从灰层外表面穿过空气边界层的扩散系数，m2/s;ba为灰层的当量厚度;1为灰层外表面，kg/m3；c2、c1分别为煤粒的可燃核表面、灰层外表面氧的体积浓度；s为CO2分子中氧和碳的质量比；qc为在可燃核的表面单位时间内碳的消耗量，kg/s。本讲稿第十四页，共四十七页式中，r2为煤粒可燃核心的半径，m；2为煤粒的可燃核表面中氧的密度，kg/m3；k0为化学反应速率常数；s为CO2分子中氧和碳的质量比；qc为在可燃核的表面单位时间内碳的消耗量，kg/s。在煤粒可燃核的表面上，单位时间
12、内反应消耗的氧量：单位时间内通过灰层传出的热量：式中，r1为灰层外表面的半径，m；a为灰层的热导率，W/(m.K);ba为灰层的当量厚度;T2、T1分别为煤粒的可燃核表面和灰层外表面温度，K；Qc为碳的发热量，kJ/kg；qc为在可燃核的表面单位时间内碳的消耗量，kg/s。本讲稿第十五页，共四十七页从灰层表面向周围的对流传热量：式中，r1为灰层外表面的半径，m；aa为从灰层表面向周围环境的放热系数，W/(m2.K)；T1、T0分别为煤粒的灰层外表面和周围环境温度，K；Qc为碳的发热量，kJ/kg；qc为在可燃核的表面单位时间内碳的消耗量，kg/s。则可得到煤粒的可燃核表面温度T2：可知，在稳定
13、燃烧的情况下，可燃核的表面温度T2与下列因素有关：空气中氧的浓度（C0）、灰层温度（T1）、灰层厚度（ba）、碳的反应能力（0、E）、灰层表面和周围环境的传热及传质速度（aa、Da）等。本讲稿第十六页，共四十七页固体燃料层的Thring模型在分析层燃炉中的化学反应过程可假定：（1）燃料层是由固体燃料块组成，在这些燃料块之间有许多网格状槽道；（2）在燃料块与流过这些槽道的气流中心区之间，夹着包围在燃料块周围的气体边界层；（3）燃料块的燃烧处于扩散区；（4）从化学反应的观点看，燃料层分为3个区域。区域：在这一区域中，在燃料表面和空气流中的氧之间，发生下面的反应：区域：在这一区域中，在燃料表面和空气
14、流中的氧之间，发生下面的反应：区域：在这一区域中，燃料颗粒在表面上按下面的还原反应式直接和CO2反应：I 氧到达固体块表面的区域；CO2和CO混合的涡流区；CO2到达固体表面的区域；O2；CO2；-CO本讲稿第十七页，共四十七页2 层燃设备的运行2.1 不同给料排渣方式层燃炉的结构与运行特点2.1.1 固定炉排炉固定炉排炉 在固定炉排炉中，新煤加入炉内后，沿煤层高度自上而下依次完成燃烧过程，则煤层燃烧结构可分为新煤的热力准备层（干燥层、干馏层）、还原层、氧化层和灰渣层。空气通过炉排和灰渣层被加热，和炽热的焦炭相遇，剧烈反应，O2被迅速消耗，产生了CO2和一定的CO，而温度则逐渐升高，达到了最大
15、值。这一区域称为氧化层。在氧化层以上氧气基本消耗完，烟气中的CO2和炽热的焦炭相遇，进行下列还原反应：烟气中的CO2逐渐减少，而CO不断增加。由于还原反应是吸热反应，温度逐渐下降。这一区域成为还原层。在还原层上部，由于温度减低，还原反应逐渐停止，再以上则为挥发分析出层、干燥层和新煤层。本讲稿第十八页，共四十七页 层燃炉应保持较薄的煤层，剧烈燃烧的煤层厚度应接近氧化层高度，使燃烧完全，烟气中不致产生过多的CO。加强通风可以强化燃烧，但是氧化层的高度却基本不变。这是因为煤层中的燃烧属于扩散燃烧，加强通风后，进入煤层的O2量增加，但是由于空气和煤粒之间的相对速度加快，O2扩散到焦炭表面的速度加快了，
16、所以随风量的增加，碳和氧的反应也以同样的速度增加，增加的O2在氧化层中消耗，氧化层厚度不变。由于氧化层厚度不随通风速度而变，在需要提高锅炉负荷时，首先应加强通风，使煤的燃烧速率加快，同时应当勤添煤，并保持煤层厚度基本不变。固定炉排炉中最原始的形式是手烧炉，因其加煤、拨火及清渣均靠人工完成而得名。手烧炉结构简单，煤种适应性好，运行操作亦容易掌握。在中国目前的工业锅炉，尤其是燃煤的小型生活用炉中手烧炉依然占有相当的比例。本讲稿第十九页，共四十七页2.1.2 链条炉排炉（1）链条炉的结构）链条炉的结构1-煤斗；2-煤闸门；3-炉排；4-送风道；5-防焦箱；6-看火孔；7-老鹰铁；8-渣井；9-灰斗；
17、10-人孔；11-下导轨 链条炉至今已有150年的历史，是应用最广泛的火床炉。由于机械化程度较高，加煤、清渣及除灰等繁重操作均不必靠人力完成，又无须常规煤粉锅炉所需的价格昂贵的煤粉制备装置，链条炉不仅大量应用于工业锅炉，而且也应用于小型电站锅炉。本讲稿第二十页，共四十七页 链条炉的炉排由很多的炉排片构成，各炉排片由活动的链条连接。炉排的前端与后端分别设链轮。电机通过减速机构带动链轮低速转动，链轮又拖动链条及与其相连的炉排片缓慢移动。煤斗设在炉排的一端，煤落在炉排上，被移动的炉排逐渐带到燃烧室；经过燃烧产生灰渣和烟气，同时放出热量。产生的灰渣被移动着的炉排带出炉外。即靠链条炉排的移动实现了加煤与
18、除渣的机械化。因此，链条炉基本上是机械化的火床炉。新添燃料从位于锅炉前部的煤斗直接落至炉排上，炉排自前往后缓慢移动，视燃料种类不同，炉排速度一般在0.05-0.5cm/s之间。煤随炉排先经过煤闸门，被刮成一定厚度的煤层厚进入炉膛。煤闸门受高温辐射，它是由铸铁板嵌上耐火砖块构成，并在下部通水冷却。通过调节位于煤斗侧面的蜗轮蜗杆机构来实现煤闸门的升降，以控制所需的煤层厚度。燃烧所需的一次空气由炉排下方送入，而风室沿炉排长度方向被分成若干小段，每段风量可根据燃耗需要由挡板单独调节。进入炉内的燃料逐渐受热，着火燃烧，当行至炉排尾部时，焦炭已将燃尽，形成的灰渣越过老鹰铁后落入尾部的渣井中。本讲稿第二十一
19、页，共四十七页链条炉的关键燃烧设备是炉排，炉排型式有链带式、横梁式及鳞片式三种。主要特点：炉排片装在许多刚性很强的横梁上，横梁与传动链条固结在一起，当主动轴上的链轮带动链条时，横梁及其上的整副炉排片便随之移动。优点：炉排片本身不受拉力，因而经久耐用。此外，Coxe型炉排片还有一个长尾巴，运行时前后炉排片可相互交叠，可以减少漏煤损失。而且它的通风截面小（约为4.5%），通风间隙分布均匀，炉排冷却条件好，适宜于无烟煤的燃烧。炉排片的更换简单方便，检修工作量也小。缺点：结构笨重，金属耗用量大，当受热不均匀时横梁还可能扭曲。风室与框架的结构较复杂，制造安装要求亦较高。1-炉排片；2-横梁；3-链条横梁
20、式炉排结构型式很多，常用Coxe型炉排。运行方向Coxe型链条炉排结构本讲稿第二十二页，共四十七页（2）挡渣设备老鹰铁结构及布置1-炉排片；2-收集漏煤的凹窝；3-漏煤处；4-老鹰铁；5-灰渣；6-灰渣下落处主要作用：刮起灰渣，防止灰渣落进炉排，保护后轴滚轮；其次为灰渣行进添置障碍，增加灰渣层的厚度，使燃烧进一步完善。缺点：不能阻挡尾部漏风。由于它结构简单，制造方便，又不易出事故，因而在工业锅炉上应用十分普遍。老鹰铁是一块形如鹰铁的铸铁板块，位于链条炉排末端即将转弯处。本讲稿第二十三页，共四十七页（3）链条炉的燃烧及配风）链条炉的燃烧及配风链条炉燃烧区域分布1-干燥区；2-干馏区；3-主要燃烧
21、区（3a-氧化区；3b-还原区）；4-燃尽区 第一区段是预热干燥。燃料自煤斗落下后，一面随炉排缓慢行进，一面受炉烟及高温砖墙的辐射加热，水分逐渐蒸发。但煤的导热性能很差，使热量的传递速度很慢，约为炉排速度的1/10。所以，第一区段拖得较长。自O1K线便开始挥发分析出并燃烧为第二区段。由于燃料层跟随炉排向后移动，而热量的传递为自上而下进行，因此各区段的分界面必向后倾斜，影响倾斜程度的主要因素是炉排速度及热量传递速度。各种燃料都有自身的挥发分析出温度，对同种燃料该温度又基本上为一定值，因而挥发分析出线O1K所表示的也是一等温面。从O2L开始进入燃烧氧化区段，该区段燃烧猛烈，温度很高（在1200以上
22、），是链条炉燃烧的主要区段，它沿高度又可分成氧化层及焦炭还原层。最后一个区段为燃尽区段，燃料至此已基本燃尽形成灰渣，并随着炉排的移动而最终翻入渣井。上层燃料受热最强，温度最高，最早形成灰渣；下层燃料空气供应充分，容易燃尽，形成灰渣也较早，未燃尽的焦炭被上、下灰渣所夹，出现尾部渣层的夹炭，使机械不完全燃烧损失增大。本讲稿第二十四页，共四十七页链条炉烟气成分及空气供应量的变化曲线1-分段送风时空气供应量；2-燃烧所需空气量；3-当分段送风时空气供应量 从O1点以前，煤层正在受到加热烘干，因此通过煤层的空气中氧气的浓度基本上保持不变，其容积成分约为21%。从O1点以后，挥发分不断析出，O2点就开始着
23、火燃烧，随即焦炭也开始进行反应。因此炉排上部气体中CO2成分不断增加，氧气成分相应减少，直到耗尽为止。与此相对应的，出现了第一个CO2极值点。其后，随着主要燃烧区段中还原区的出现和加厚，气体中CO和H2成分不断增多，CO2成分逐渐减少，缺氧情况相当严重，以至于连挥发分中的可燃气体成分CH4等也无法燃尽。当CO和H2成分达到最大值后，随着煤层部分烧成灰渣，还原区厚度减薄，这两个成分又逐渐下降。当还原区消失时（此时煤还在进行氧化反应），出现了第二个CO2极值点。此后，灰渣不断增多，焦炭层厚度愈来愈薄，所需O2量减少，因此煤层上气体中O2成分不断增高，最高可能达到21%。在炉排的头、尾两区段，煤层上
24、气体中O2成分不断增高，最高可能达到21%。在炉排的头、尾两区段，煤层上气体中O2有余（a 1）,而在中部区段，O2却相当缺乏，不完全燃烧产物CO和H2则很多（a 1）。还可以看出，沿炉排长度的空气供应量和燃烧所需的空气量之间是不适应的。显然，如果炉排下所供入的空气作自然的、不加控制的分配，即所谓统仓送风的话，必然出现炉排两端供应的空气过多，势必造成炉膛中总的过量空气系数a过高，而使炉温降低，对燃烧不利，并使排烟热损失增加。本讲稿第二十五页，共四十七页原则性配风方案(a)尽早配风法(b)强风后吹法(c)推迟配风法 对链条炉而言，配风是一个十分重要的问题。合理的配风能改善燃烧工况，减少排烟热损失
25、、化学不完全燃烧损失以及机械不完全燃烧热损失，提高燃烧的经济性和运行的连续性及可靠性。若配风不好，不仅会增大以上各项热损失，还可能出现着火与燃烧困难、火床面结渣等情况。合理配风包括沿炉排长度的分段送风和沿炉排宽度的均匀送风。影响配风比例的因素很多，还受现场测定精度的限制。切实可行的办法是：先根据各燃烧区段的工作特点，全面分析不同配风比例对燃烧经济性及安全性的影响，然后从中得出比较合理的原则性配风方案，再由运行人员据此进行调试，最后确定出最佳的配风比例。本讲稿第二十六页，共四十七页 尽早配风法：在燃烧前期（前后拱间的火床区段）大量送风，以达到燃烧迅速强烈的目的。缺点：对于优质煤因火床前部燃烧过猛
26、，烟气体积剧增，致使后拱内的烟气流出不畅而形成烟气在后拱出口处的堵塞。为避免出现正压不得不大幅度减小后拱区内的送风，导致高温火床因骤然减风而结渣，堵塞风孔，影响燃烧的继续进行，大大缩短了火床的有效长度。而渣层下的未燃焦炭也使机械部完全燃烧损失猛增到难以接受的程度。对于劣质煤，由于过分集中的前期燃烧造成后拱内火床层的可燃质急剧减少，使之无法形成强燃区，从而导致燃尽区的温度过低，焦炭燃尽困难。此外，前、后拱间火床区段的大量送风，使形成的大量飞灰直飞而出，不像后拱内的飞灰，靠转弯时的惯性力而甩向火床头部进一步燃尽。因而，飞灰的未燃尽碳损失也较大。(a)尽早配风法本讲稿第二十七页，共四十七页(b)强风
27、后吹法 强风后吹法是指在最后一两个风室大量鼓风，使之形成强燃区。目的是让大量被风吹起的高温碳粒，在出后拱拐弯时甩向炉前，散落在新燃料上形成覆盖层，为引燃区提供高温热源，改善着火条件。强风后吹法是以引燃为核心的配风法，多用于难燃烧的煤。其缺点是送风过于集中，燃烧强度很高，易使火床严重结渣，增加运行的困难。此外，由于碳粒覆盖层较厚，影响了高温炉墙及上层热碳粒对新燃料层的加热，使预热、干燥过程拖得很长，降低了炉排的有效长度。本讲稿第二十八页，共四十七页(c)推迟配风法 所谓推迟配风法，即对燃烧前期的火床层少量通风甚至不通风，仅靠相邻风室的漏风保持燃烧，以使部分燃煤气化，从而消耗掉来自炉排后部的过量空
28、气。对后拱下燃烧中期的火床层则加强送风，形成一个强燃区，以便对前、后两头起促燃作用。对尾部燃尽区送风量可大幅度减少，避免空气过多而增加排烟损失。推迟配风法比以上两种配风法都更为优越。其最大的优点是“烧中间、促两头”，既促进了炉排头部燃料的着火和燃烧，又保证了尾部灰渣的进一步燃尽，还满足了中部旺盛燃烧区的空气需要，减少了不完全燃烧热损失。而且拱间区段的燃烧强度也可降低，使拱区出口处的烟气不易发生壅塞现象。此外，前部煤的气化区域的存在，也能有效地吸收来自后拱的过量空气，最终使总的过量空气系数较大幅度地减小，降低排烟热损失。应该指出，推迟配风法的应用，必须与良好的炉拱设计相配合，即应以引燃及混合性能
29、良好的拱形为前提，只有这样，才能取得最好的使用效果。本讲稿第二十九页，共四十七页（4 4）链条炉的燃料适应性及其燃料调整）链条炉的燃料适应性及其燃料调整 链条炉的燃料颗粒均匀度、所含的水分、灰分及灰熔点等，都影响着链条炉运行的经济性和安全性。未经筛选的原煤，由于粒度不一，易使煤层堆得过实，影响煤中水分的蒸发和热量的传递，使着火和整个燃烧过程推迟。而且，密实的燃料层还增加了通风的阻力，使火床容易出现火口，破坏燃料层的稳定。另一方面，不均匀的颗粒在煤斗中易产生机械分离，大块粗粒集中在两侧，碎屑细末则积存在中间，最终导致整个火床的送风不均匀和燃烧恶化，因而在链条炉中，最好能燃用筛选过的燃料。若无条件
30、，也希望0-6mm的细末量不超过50%，最大的煤块尺寸不大于40mm，以保证充分燃烧。链条炉属单面点火，着火条件不如手烧炉优越，且运行时燃烧层本身也无自身扰动作用，拨火操作依然需靠人力。这些均限制了链条炉的燃料适应能力。链条炉中不宜燃烧强结焦性的煤种。因这类煤在炉内高温作用下，燃烧层表面易结焦并形成板状焦块，增加了床层的阻力，使空气的供给困难，严重影响了燃烧的正常进行。另外，链条炉也不宜于燃烧一些受热时易爆裂成碎屑细末的贫煤，因为飞灰及漏煤造成的机械不完全燃烧损失过大。本讲稿第三十页，共四十七页 燃料含水量的过高或过低，也影响链条炉的燃烧过程。水分过高，使着火推迟，燃尽困难，排烟损失增大，建议
31、水分最好不大于14%；水分过低，尤其是含细屑多的煤，使飞灰及漏煤量增大，相应的热损失也增大，合适的水分为8%-10%。为此，可对炉前煤适当加水，使细末黏结成团以减少飞灰及漏煤损失。同时，水分蒸发还促使煤层疏松，扩大了燃煤与空气的接触面积，有利于燃料的完全燃烧。若是强结焦性的煤，加少量水也可使结焦减轻。对高挥发分煤，适量加水可延缓挥发分的析出过程，降低析出速度，以利于挥发分的燃尽，减少化学不完全燃烧损失。同样，燃料的含灰量也不可过多，尤其对链条炉，除了焦炭的严重包灰以外，火床尾部的焦炭层被上下灰渣所夹，更增加了燃尽的困难。因此，燃料的干燥基含灰量不宜超过30%。此外，燃料的灰熔点也不可过低，否则
32、，熔渣堵塞通风孔，会破坏燃烧过程。为此，建议灰的熔化温度应大于1200。本讲稿第三十一页，共四十七页 链条炉的燃烧调整：链条炉的燃烧调整至关重要，不仅影响锅炉的效率，甚至威胁到锅炉的运行安全。锅炉负荷变动时，首先需调节送风量，紧接着再调节燃料量（通过炉排速度的调节来实现的），只有两者配合恰当，才能获得正常的燃烧工况。所谓正常是指燃料应在离煤闸门0.3m处开始着火，并在挡渣设备前0.3-0.5处基本上结束燃烧。（过早，会烧坏煤闸门；过迟，燃料又来不及燃尽）。给煤量不仅决定于炉排速度，还与煤层厚度有关。煤层厚度是通过人工调节煤闸门的高度实现的。通常控制在100-150mm左右。对黏结性烟煤，薄些为
33、宜，约为60-120mm；不黏结性烟煤可达80-140mm；对无烟煤及贫煤，控制在100-160mm左右。总体原则：对高挥发分煤，采用薄煤层、快送煤的方式，以减少煤层上方气体成分沿炉排长度分布的不均匀性；对低挥发分煤，采用厚煤层、慢送煤的方式，以避免产生前部断火、后部跑火的现象；对高水分及高灰分的劣质煤，采用厚煤层、慢送煤的方式，后部燃尽良好。本讲稿第三十二页，共四十七页2.1.3 抛煤机炉抛煤机炉 抛煤机炉分抛煤机固定炉和抛煤机链条炉。前者适宜于蒸发量较小的锅炉，对蒸发量较大的锅炉多采用后者。（1）抛煤机抛煤机工作原理1-给煤设备；2-计煤设备；3-倾斜板；4-风力抛煤设备风力抛煤机机械风力
34、抛煤机机械抛煤机 机械抛煤机本讲稿第三十三页，共四十七页三种抛煤机的煤层特点：风力抛煤机：借助于高速气流来播撒燃料，其炉排前部粒度较粗，越往后越细，至炉排尾部粒度最细；机械抛煤机：依靠旋转的桨叶或摆动的刮板来播撒燃料，沿炉排长度的粒度分布是前细后粗，这样的煤层特点对大颗粒煤的燃尽是很不利的；机械-风力抛煤机：两种播煤方式兼而有之，但以机械抛煤为主。由于结合了两种播煤方式，因而粒度分布比较均匀，目前国内也多采用这种型式。抛煤机工作性能的好坏是以抛煤的均匀程度来衡量，其中包括沿炉排长度及宽度方向的厚度均匀及粒度均匀。抛煤机的抛程调节有两种方法：一是改变转子的转速；二是通过改变调节平板的前后位置，以
35、改变桨叶的击煤角度。本讲稿第三十四页，共四十七页机械风力抛煤机结构1-调节手轮；2-活塞推煤机；3-煤斗；4-转子 机械-风力抛煤机包括给煤和抛煤两个主要部件，给煤部件由推煤活塞及调节平板组成。抛煤部件则由击煤桨叶及转子组成。工作时，煤从煤斗内落于调节平板上，再通过往复移动的活塞将煤推出，煤落在击煤桨叶上，由转子带动的桨叶便将其连续不断地播撒于炉排面上。抛煤机的伺服电动机通过减速系统带动偏心轴、曲柄连杆机构和摇臂，使推煤活塞往复运动。同时带动转子使桨叶做旋转运动，将推下的煤粒不断抛出。本讲稿第三十五页，共四十七页（2）抛煤机倒转炉排链条炉机械风力抛煤机链条炉结构 抛煤机链条炉是抛煤机和链条炉排
36、相结合的产物。它既保留了抛煤机固定炉排的着火条件优越、燃烧强度高及煤粒适应范围广等优点，又克服了人工除渣带来的繁重体力劳动，使加煤、除渣均实现了机械化，同时为锅炉容量的进一步提高创造了有利条件。1-炉排；2-风力抛煤机；3-炉膛；4-锅筒；5-省煤器；6-空气预热器；7-水冷壁 由于抛煤机会把大颗粒的煤抛得比较远，因此所使用的炉排的转动方向与一般炉排相反，从后向前的运动，延长了大颗粒的燃烧时间，小颗粒的煤虽然所经过的燃烧时间较短，因为颗粒较细，仍然会较快地燃尽，因此这种燃烧设备的燃烧效率会较高。只是在煤中细小的颗粒较多时，飞灰损失会较大。抛煤机链条炉按其播煤方式可分为：风力抛煤机炉和机械-风力
37、抛煤机炉。前者的炉排移动方向与一般链条炉相同；而后者正好相反，即所谓倒转炉排。本讲稿第三十六页，共四十七页 自机械风力抛煤机播撒出来的煤粒，在炉排长度上具有自然分选的作用：粗的抛在炉后，细的抛在炉前。为了将细颗粒也抛得更远一些，避免炉前堆积，增加它在炉排上燃烧的时间，在抛煤机出口下方装设有抛煤风喷口，热空气从沿抛煤机宽度的缝形口内吹出。抛煤风实际产生的作用不止是输送细煤粒，它同时还产生了形同煤粉炉中一次风的效力，预先与在炉膛空间中燃烧的细煤粉充分混合，为悬浮燃烧做好准备。抛煤机在抛煤机炉膛的工作中是相当重要的，而且抛煤风压的高低对锅炉燃烧的经济性能存在相当大的影响。抛煤风压太高时，不仅飞灰损失
38、增大，同时灰渣未燃尽损失也随之增加，当不用抛煤风，或采用较低风压时，飞灰量显著减少，但是悬浮燃烧中心有空气不足现象，悬浮燃烧组织不好。推荐风压为600-1000Pa，具体应根据燃煤水分及颗粒度调试决定。本讲稿第三十七页，共四十七页 从抛煤机链条炉的煤层结构、粒度分布以及炉排起端部分燃煤的着火条件分析，炉排下的分段送风依然必不可少。而且由于炉膛内悬浮燃烧的小于1mm细煤量较多，燃烧条件又远不如煤粉炉优越，因而必须有一个高大的开式炉膛来满足其燃烧的需求。同时，为了加强细屑与空气的扰动与组合，延长其在炉内的停留时间，以便尽量降低飞灰中的含碳量，可在炉排上方布置适当的二次风。此外，二次风所形成的旋转气
39、流还可分离部分灰粒，使烟气中的飞灰含量降低，减轻后部受热面的磨损。但是二次风喷口的布置，必须避免二次风射流干扰破坏正常的抛煤工况。当前墙布置二次风时，应放在抛煤机的上方，喷口略向下倾斜，使喷出的气流正好盖住扬起的细屑；当前、后墙布置时，应使气流具有较长的行程，以利于燃料的燃尽。本讲稿第三十八页，共四十七页（3）抛煤机链条炉的燃料适应性及其燃烧调整 燃煤的颗粒要求：一般来说，煤块的尺寸应小于25mm，最大不超过40mm，0-6mm的细屑含量不宜超过60%，其中0-3mm的细屑应少于35%。燃料的水分、灰分及挥发分要求：燃料的水分过高，会导致抛煤机的堵塞，影响正常的抛煤工况及锅炉运行，因而要求燃煤
40、的水分含量不大于15%，当燃烧含湿量较高的煤时，采用空气预热能对燃烧起良好的影响，预热空气温度通常为120-160。对低挥发分的燃料，因其燃尽困难，要求燃料的挥发分不少于15%-20%。燃料的灰分多少，对抛煤机链条炉的运行也有影响。当灰分增加时，发热量下降，燃煤量便随之上升。这时，炉排速度应该加快。否则，渣层过厚影响正常通风，对燃烧不利。但炉排速度的增大，势必会影响炉排起端部分煤层的及时着火，所以燃煤的灰分最好不要超过30%。抛煤机链条炉的燃料适应范围很广，可燃用褐煤、贫煤、烟煤及无烟煤等多种燃料。虽然抛煤机链条炉的一个主要优点是适于燃用未经分选过的原煤，但燃煤的颗粒度对机械不完全燃烧损失影响
41、最大，因而要求也就更加严格。本讲稿第三十九页，共四十七页 抛煤机链条炉燃烧调整的关键是，必须保证炉排起端部分煤层的及时着火，并尽量扩大猛烈的薄层燃烧区，以便充分发挥薄层燃烧的优势。为此，炉排速度必须根据燃料的特性（主要是挥发分及灰分）进行调整。比如，当燃煤的挥发分较低时，炉排速度必须放慢。否则，炉排起端部分燃煤的预热干燥区段过于延长，将影响炉排的有效利用长度，从而使猛烈的薄层燃烧区域缩短，炉温也有所下降，不利于燃料的着火及燃尽。另外，落于炉排末端的煤粒，也将因停留时间过短，来不及燃尽便翻入渣斗，引起机械不完全燃烧损失增加。当燃煤的灰分增大时，炉排速度应相应加快。否则，燃料量的增加将促使起端煤层
42、及末端渣层过厚，由此大大增加了一次风的阻力，使火床燃烧的稳定性及经济性受到影响。本讲稿第四十页，共四十七页2.2 层燃炉的风室与炉排冷却设计2.2.1 炉排面积热负荷 在层燃锅炉中，燃烧强度用炉排面积热负荷表示。炉排面积热负荷qR是指单位时间内，对应于单位炉排面积上燃料燃烧所放出的热量。式中，B为燃料消耗量，kg/s；Qar,net为燃料应用基低位发热量，kJ/kg；R为炉排有效面积，m2。炉排面积热负荷qR越高，表示在单位炉排面积上燃烧的燃料量越多。如果qR取得过高，则要求通过煤层的空气速度就要增高，吹走的煤屑将增多，如果它们在炉膛内来不及烧完，将造成燃料的不完全燃烧损失加大。对于机械化可动
43、炉排，如果qR取得过高，很多煤可能没有烧完全就随炉渣带出炉外，使燃烧效率降低。炉排面积应满足燃烧燃料量的要求。它取决于计划燃烧的燃料量和燃烧速率。燃料量多，燃烧速率慢，炉排面积就大；反之就小。于是可得炉排面积R为：本讲稿第四十一页，共四十七页 炉排面积热负荷qR是一个经验数据，对某一炉型、某一燃料，有一个合理数值。qR过小，R过大，造成材料、空间的浪费；甚至由于煤层过薄，通风不均匀，造成燃烧不良，降低炉膛温度，增加不完全燃烧损失。qR过大，R过小，会使通过煤层的风速过高，使燃料的停留时间缩短，这样随飞灰带走的可燃物将增加，同时其他不完全燃烧损失也将增加。假定煤粒完全稳定在炉排上，煤粒的重量应该
44、大于或等于通风队煤粒向上的作用力。其临界状态是煤粒受到向上作用力与向下作用力相等。对一定粒度的煤粒，有一个临界的速度，对应着一定的炉排面积热负荷qR。本讲稿第四十二页，共四十七页2.2.2 火床炉炉膛容积热负荷 炉膛容积要保证炉膛中被空气吹起的细小煤粒和未完全燃烧的气体能充分燃尽。它的大小可由炉膛容积热负荷qV来确定，qV是指在单位炉膛容积和单位时间内的燃料燃烧所放出的热量，即：式中，B为燃料消耗量，kg/s；qV为炉膛容积热负荷，kW/m3；V1为炉膛容积，m3。烟气量随燃料燃烧产生的热量的增加而增加，因此，若炉膛容积热负荷越高，则烟气在炉膛内的停留时间越短。qV过高，将使含焦炭的飞灰和可燃
45、气体得不到充分燃烧，燃烧效率降低。合理的炉膛容积热负荷qV根据燃料种类和炉排型式确定。本讲稿第四十三页，共四十七页2.2.3 炉排冷却度 炉排的结构型式影响着炉排的工作寿命及燃烧的经济性，因此炉排应满足如下要求：沿炉排横截面风量分布均匀，以保证燃烧层的稳定和提高燃烧效率；炉排阻力小，漏煤少，以提高锅炉运行的经济性；足够的机械强度和良好的散热性能，以延长炉排的工作寿命。此外，单块炉排片的尺寸也不宜过大，以免在高温下变形挠曲，并保证炉排的自洁性，即通风口不易嵌灰等。为了保证炉排能有效而可靠地工作，组成炉排的炉排片必须满足 通风和自身冷却的要求。炉排通风截面比f是炉排的一个重要的工作特性指标，它等于
46、炉排面上通风孔（或缝）的总面积与整个炉排面积的比值：式中，F为炉排面上各通风孔（或缝）截面积之和，m2。本讲稿第四十四页，共四十七页 减少f能够提高通过炉排的气流速度，使炉排本身的温度降低，改善工作条件，同时，使漏煤减少。但是，炉排的阻力增大。在燃用低挥发分煤种（如无烟煤）时，应选用较小的f；自然通风的炉子，f应增加到20%-25%；对于强制通风的机械化炉排f应在7%-10%以下。炉排片是高温工作部件，工作条件相当恶劣。虽然炉排片与燃烧的火床隔着一层“灰渣垫”，可以遮蔽部分火床散发出的热量，但炉排片表面温度仍可达600-700。在燃烧非黏结性煤火灰分过少的煤（Aar10%）时，不易形成“灰渣垫
47、”，炉排片表面温度可达到850-950。为了保证冷却效果，应加大炉排片的高度，使之有足够的侧面积供空气流冲刷冷却。空气冷却炉排片的程度用冷却度w表示，它是空气冲刷的炉排片侧面积与同燃料层接触的炉排片表面积之比。一般情况下，w=3-6。本讲稿第四十五页，共四十七页2.2.4 火床炉风室送风的均匀性及设计 沿火床炉宽度方向配风是否均匀，对火床上燃料层的燃烧工况有重要影响。配风不均匀时，火床上燃料层的燃烧沿炉宽方向将不一致。在弱风区，因空气供应不足，使燃烧速率减慢、还原反应加剧；在强风区，容易形成火口，大量空气由此穿层而过；最终形成总的过量空气系数不小，但排烟热损失和不完全燃烧热损失却较大的结果。对于单侧送风的炉子尤为严重，甚至出现一侧燃烧猛烈结焦，而另一侧却不能着火的情况。若侧墙漏风严重，往往引起侧密封道铁及炉排边夹板烧坏。影响火床炉配风不均匀的因素很多，除了运行的因素以外，还有风道布置、调风结构、进风口及风室的相对尺寸以及炉排的型式等结构上的因素。其中风道布置、进风口及风室的相对尺寸等因素尤为突出。本讲稿第四十六页，共四十七页谢 谢 大 家本讲稿第四十七页，共四十七页