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(天津市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院，天津 300192)

DZL58-1.25/130/70型鏈條爐低負荷下的燃燒優(yōu)化

邱東，張寶祥，王永亮，蕭艷彤，陳志剛，崔琦

(天津市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院，天津 300192)

鏈條爐低負荷運行時，存在熱效率低、燃燒不完全等問題。燃燒優(yōu)化可以達到節(jié)能減排的目的。本文認為鏈條爐的煤層厚度、爐排行進速度通過試驗方法進行優(yōu)化，是鏈條爐低負荷運行時實現(xiàn)燃燒優(yōu)化的因素之一。結合在線儀表或采用煙氣、煤質分析設備進行實際工況的熱平衡測試，以煙氣過量空氣系數(shù)、爐渣含碳量、飛灰可燃物含量、熱效率作為評判指標尋求優(yōu)化值并在低負荷運行時執(zhí)行。選用一臺DZL58-1.25/130/70型鏈條爐在60%額定負荷運行時進行了煤層厚度、爐排行進速度的優(yōu)化試驗，得到優(yōu)化數(shù)值并在運行中得到應用，使該鏈條爐低負荷運行時熱效率有所提高，達到很好的燃燒優(yōu)化效果。

鏈條爐；低負荷；燃燒優(yōu)化；煤層厚度；爐排行進速度

0 引言

工業(yè)鍋爐能源消耗和污染排放均居全國工業(yè)行業(yè)第二，僅次于電站鍋爐，煤炭消耗量遠高于鋼鐵、石化、建材等高耗能工業(yè)行業(yè)，是城市的主要污染源[1]。我國現(xiàn)有工業(yè)及生活鍋爐60多萬臺，其中，機械化層燃鍋爐在容量上占燃煤工業(yè)鍋爐的70%以上，層燃爐中，鏈條爐排鍋爐占60%[2]。據(jù)統(tǒng)計，全國工業(yè)鍋爐的平均運行負荷只有額定負荷的50%左右，實際運行效率往往比鑒定效率低10%～15%，造成一次能源的浪費很大[3]。鏈條爐低負荷運行時燃燒方面存在的問題比較多，如煤燃燒不完全導致鏈條爐熱效率較低、爐渣含碳量高、過量空氣系數(shù)大、冒黑煙等[4-5]。目前，科技工作者對鏈條爐的節(jié)能在一次風預熱的利用[6]、節(jié)能爐拱的應用[7]、分層給煤裝置的使用[8]、燃煤性質的改進[9]等方面做了大量的科研工作。

我們在國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局科技計劃項目“鏈條爐低負荷運行節(jié)能控制系統(tǒng)優(yōu)化研究”[10]中對鏈條爐低負荷運行燃燒優(yōu)化提出的因素之一為煤層厚度優(yōu)化、爐排行進速度優(yōu)化并做了大量的試驗，在實際運用中取得很好的節(jié)能效果。本文針對一臺DZL58-1.25/130/70型鏈條爐在60%額定負荷運行時，關于煤層厚度優(yōu)化和爐排行進速度優(yōu)化的試驗方法進行介紹。

1 優(yōu)化方法

結合在線儀表或采用煙氣、煤質分析設備進行實際工況的熱平衡測試。尋找在鏈條爐低負荷運行情況下的煤層厚度和爐排行進速度優(yōu)化數(shù)值，并在實際運行中執(zhí)行。煤層厚度優(yōu)化數(shù)值一旦確定應注意保持，只有當燃煤的性能(特別是水分、粒度、揮發(fā)分等)變化很大或鏈條爐負荷大幅度改變時，再加以適當調整[11]。具體優(yōu)化方法如下：

1.1 煤層厚度優(yōu)化

在某一低負荷運行條件下，根據(jù)鏈條爐的結構型式即爐排寬度、爐拱型式、給煤方式以及風室布置等。結合以往運行經驗和煤的顆粒尺寸首先選定不同的煤層厚度，通過調整不同的爐排行進速度控制給煤量，保持給煤量相同。依據(jù)風煤比配備適當?shù)乃惋L量保證燃燒。通過測試評判指標并進行比較，確定該負荷下的煤層厚度優(yōu)化值。

1.2 爐排行進速度優(yōu)化

在同一低負荷運行條件下，當煤層厚度優(yōu)化值確定后，分別選定不同的爐排行進速度并依據(jù)風煤比配備適當?shù)乃惋L量，通過測試評判指標確定該負荷下爐排行進速度的優(yōu)化值。當鏈條爐負荷少量變化時，煤層厚度不變，可通過調節(jié)爐排行進速度，增加或減少給煤量，調節(jié)負荷[11]并尋求對應負荷的爐排行進速度的優(yōu)化值。

2 優(yōu)化評判

上述優(yōu)化方法需要評判，我們采用測試鏈條爐的煙氣過量空氣系數(shù)、爐渣含碳量和飛灰可燃物含量、熱效率作為測試指標進行評判。

2.1 煙氣過量空氣系數(shù)

煙氣過量空氣系數(shù)對爐膛內溫度工況有密切關系，過量空氣系數(shù)增加，火焰溫度則下降。通過氧的消耗量可以衡量碳在燃燒過程中燃燒效率和爐膛熱負荷。對鏈條爐來講，考慮爐膛(如看火門、煤斗、爐墻)、對流煙道、風道等部位漏風問題，本文認為鏈條爐低負荷運行時用理論、設計煙氣過量空氣系數(shù)作為評判指標是不科學的，應監(jiān)測實爐的煙氣過量空氣系數(shù)，通過比較尋求最佳值為評判依據(jù)比較合理[10]。封軍認為各類不同類型的鍋爐，都有一個最佳過量空氣系數(shù)，但實際幾乎所有的爐子都超過設計量[12]。

2.2 灰渣含碳量和飛灰可燃物含量

灰渣含碳量和飛灰可燃物含量主要反應固體不完全燃燒熱損失，固體不完全燃燒熱損失是鏈條爐各項熱損失中重要一項。這兩項指標通過對燃燒產物的測量來衡量碳在燃燒過程中燃燒效率和燃燒熱負荷?；以剂渴侵富以形慈紵耆奶剂：?。飛灰可燃物含量是指排出爐外飛灰中未燃盡碳粒含量。

2.3 熱效率

鏈條爐熱效率是鏈條爐低負荷運行重要的經濟性指標。對運行鏈條爐通過熱平衡試驗測定出來的，正平衡試驗只能求出熱效率的數(shù)值，而不知道影響熱效率的原因。本文采用的是測定各項熱損失來確定鏈條爐熱效率即反平衡試驗方法。

3 優(yōu)化實驗

3.1 實驗設備

DZL58-1.25/130/70型鏈條爐的爐排寬8 700 mm、爐拱為雙人字拱、具有8個布風室、水平兩側進風、配風方式為推遲配風。通過煙氣分析儀、煤質分析設備進行測試。實驗用煤為使用單位的混煤，煤質分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 煤質分析數(shù)據(jù)

3.2 煤層厚度的優(yōu)化

依據(jù)運行經驗和煤的顆粒尺寸分別給定三種不同的煤層厚度，通過調整不同的爐排行進速度控制給煤量，保持給煤量相同，并根據(jù)風煤比合理送風保證燃燒效果。煤層厚度分別為120 mm、140 mm、160 mm，測試鏈條爐的運行負荷為60%額定負荷。通過對鏈條爐的煙氣過量空氣系數(shù)、飛灰可燃物含量和爐渣含碳量、熱效率的影響進行比較，確定在60%額定負荷運行時鏈條爐煤層厚度的優(yōu)化值。

圖1所示為煤層厚度變化與煙氣過量空氣系數(shù)的關系，可以發(fā)現(xiàn)，隨著煤層厚度增加，煙氣過量空氣系數(shù)是增長的，達到在2.0以上，120 mm煤層的煙氣過量空氣系數(shù)在1.85左右為最低。

圖1 煤層厚度變化與煙氣過量空氣系數(shù)的關系

圖2所示為煤層厚度變化與飛灰可燃物含量和爐渣含碳量的關系，可以發(fā)現(xiàn)，隨著煤層厚度每增加20 mm，飛灰可燃物含量平均分別增加11.4%～13%。爐渣含碳量平均分別成倍的增加為301%～554%。這說明燃煤中的碳在120 mm煤層厚度時燃燒過程中燃燒效率和燃燒熱負荷最好，煤層厚度為120 mm的飛灰可燃物含量和爐渣含碳量在60%的額定負荷時為最低。

圖2 煤層厚度變化與飛灰可燃物含量和爐渣含碳量的關系

圖3所示為煤層厚度變化與鏈條爐熱效率的關系，可以發(fā)現(xiàn)，煤層厚度每增加20 mm，鍋爐熱效率平均分別降低1.75%～4%，最大降低幅度為8.5%。煤層厚度為120 mm，在60%額定負荷的熱效率最高為79%。

圖3 煤層厚度變化與鏈條爐熱效率的關系

通過上述實驗對比，我們可以歸納出在60%額定負荷時煤層厚度的優(yōu)化值為120 mm。

3.3 爐排行進速度的優(yōu)化

煤層厚度按上述優(yōu)化值選為120 mm。分別給定三種不同的爐排行進速度即0.25 m/min、0.35 m/min、0.45 m/min，并根據(jù)風煤比合理送風保證燃燒效果。當煤層厚度固定時，爐排行進速度的變化，會引起給煤量的改變，鏈條爐負荷也隨之變化。但本文為了尋求爐排行進速度在60%額定負荷的優(yōu)化值，因此，負荷變化在此忽略不計。通過對鏈條爐的煙氣過量空氣系數(shù)、飛灰可燃物含量和爐渣含碳量、熱效率的影響進行比較，確定在60%額定負荷運行時鏈條爐爐排行進速度的優(yōu)化值。

圖4所示為爐排行進速度變化與煙氣過量空氣系數(shù)的關系，可以發(fā)現(xiàn)，爐排行進速度為0.25 m/min時煙氣過量空氣系數(shù)最好。爐排行進速度為0.35 m/min時煙氣過量空氣系數(shù)最不好。爐排行進速度為0.45 m/min時煙氣過量空氣系數(shù)呈下降趨勢。在60%額定負荷時爐排行進速度為0.25 m/min時煙氣過量空氣系數(shù)最低。

圖4 爐排行進速度變化與煙氣過量空氣系數(shù)的關系

圖5所示為爐排行進速度變化與飛灰可燃物含量和爐渣含碳量的關系，可以發(fā)現(xiàn)，隨著爐排行進速度變化，飛灰可燃物含量變化很大，這里應有風量配比的問題。但是就飛灰可燃物含量來講還是爐排行進速度為0.25 m/min時最好。爐渣含碳量也是爐排行進速度為0.25 m/min時最好。這說明燃煤在煤層厚度為120 mm并保持穩(wěn)定情況下，爐排行進速度為0.25 m/min時的給煤量在燃燒過程中燃燒效率最好。

圖5 爐排行進速度變化與飛灰可燃物含量和爐渣含碳量的關系

圖6所示為爐排行進速度變化與鏈條爐熱效率的關系，可以發(fā)現(xiàn)，隨著爐排行進速度加快，給煤量會增加，鏈條爐熱負荷會隨之增加，鏈條爐熱效率呈明顯的變化，并與送風量的配比有關。鏈條爐熱效率最高時爐排行進速度為0.25 m/min。也就是60%額定負荷時，煤層厚度為120 mm，爐排行進速度為0.25 m/min時鏈條爐運行熱效率最高。

圖6 爐排行進速度變化與鏈條爐熱效率的關系

通過上述試驗，我們可以歸納出鏈條爐60%額定負荷時，爐排行進速度優(yōu)化值為0.25 m/min。

4 結論

(1)煤層厚度、爐排行進速度的優(yōu)化是鏈條爐低負荷運行時燃燒優(yōu)化因素，先對煤層厚度進行優(yōu)化、再對爐排行進速度進行優(yōu)化。本文認為應根據(jù)不同爐型、煤質進行實際運行工況測試試驗確定優(yōu)化值。

(2)煤層厚度、爐排行進速度的優(yōu)化需要有合理的評判指標即煙氣過量空氣系數(shù)、飛灰可燃物含量和爐渣含碳量、鍋爐熱效率等。

(3)我們對試驗鏈條爐在低負荷運行時進行了煤層厚度、爐排行進速度的優(yōu)化試驗。結合評判指標確定鏈條爐60%額定負荷時優(yōu)化值,即煤層厚度為120 mm，爐排行進速度為0.25 m/min運行的熱效率最高、燃燒效果最好。此方法也適應于該臺鏈條爐其他低負荷運行時的燃燒優(yōu)化，其他型式的鏈條爐進行低負荷燃燒優(yōu)化時也可以參照，達到節(jié)能減排的目的。

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TheResearchofOptimizingChainBoilerwiththeTypeofDZL58-1.25/130/70underLowLoadWorking

QIU Dong1, ZHANG Bao-xiang1,WANG Yong-liang1, XIAO Yan-tong1, CHEN Zhi-gang1, CUI Qi1

(Tianjin Special Equipment Inspection Institute,Tianjin 300192,China)

When chain Boiler work at low load, sone problems will come out such as low thermal efficiency,incomplete combustion, and other issues. Combustion optimization can achieve the goal of energy conservation and emissions reduction.This paper argues that the thickness of coal seam and chain furnace grate speed optimized by experiment is one of the factors to achieve the method when chain boiler operating at low load. Combining online instrument or flue gas, coal quality analysis is adopted to improve the actual working condition of thermal balance test, excess air coefficient, slag carbon content in flue gas, fly ash combustible content, thermal efficiency as evaluation index to seek optimal values and runtime execution at low load. Choosing a DZL58-1.25/130/70 type chain boiler at 60% rated load operation when the coal seam thickness, grate speed the optimization of the test, the optimized value and has been applied in running, make the low load operation of chain furnace thermal efficiency is improved, achieve very good effect on combustion optimization.

chain boiler; low load; combustion optimization; coal thickness; grate speed; the thermal efficiency; excess air coefficient; ash carbon content

2014-02-26修訂稿日期2014-06-25

國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局科技計劃項目(2012QK296)

邱東(1966～)，男，大學本科，高級工程師，從事鍋爐檢驗工作以及鍋爐安全與節(jié)能的研究。

TK229.6+1

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1002-6339 (2014) 05-0439-04