李濤，王喜軍，邱偉

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機械制造分公司，遼寧 盤錦 124010）

從我國能源結構形式來看，煤炭仍然是主要供應能源。工業(yè)鍋爐中也以煤炭為主要消耗能源，工業(yè)鍋爐中鏈條爐排所占的比例比較大，有利于改善鏈條爐排鍋爐燃燒方面的問題，促進煤資源的有效燃燒，降低煤灰和濃煙，對低碳生活改善具有重要作用。從煤燃燒方面來看，分層燃燒鍋爐鏈條爐排能夠使橫截面的煤粒均勻分布，使煤的燃燒更充分，提升鍋爐的熱效率。分層燃燒裝置的應用主要是通過在煤斗中添加煤篩輥以及圓弧閘板等裝置，使煤粒可以在爐排上均勻分布，促進煤顆粒的充分燃燒。

1 傳統(tǒng)鏈條爐排應用的問題分析

鏈條爐排是根據(jù)爐排長度設計成不同的風室，同時，每個風室都可以獨立調整風量，在寬度方向又設置不同的等壓風室，使鏈條爐排各個位置的配風都保證均衡性。因為爐排配風的均勻分布，使爐排上煤顆粒的分布也比較均勻，促進煤顆粒的充分燃燒。而傳統(tǒng)鍋爐的給煤方式為，先將煤放到煤斗中，煤中比較大的顆粒會在重力的作用下掉落到煤斗兩邊的位置，而細小的煤顆粒則會落在煤斗的中間位置，在爐排的正轉中，煤斗中的煤逐漸掉落到爐排，然后，通過煤閘板對每層的厚度進行調整，這種運行方式下，爐排上煤的分布量和分布情況直接受到煤斗中煤分布情況的影響，因此，在傳統(tǒng)爐排的分布中兩側的煤都是大顆粒的形態(tài)，而中間的煤顆粒則都為細小的顆粒，導致爐排中煤顆粒的分布不均勻，煤排斷面的顆粒分布存在較大的差別，影響煤層通風效果，導致煤排的通風量不均勻，內部的煤無法同步燃燒。而且爐排兩側為大顆粒煤，中間為小顆粒煤，每層的阻力會減小，容易在爐排兩端的位置出現(xiàn)著火帶。爐排中間位置分布的為細小煤顆粒，會加大煤層的燃燒阻力，煤層的風相減小，導致煤燃燒的速度比較慢，使煤爐縱向形成黑帶，影響爐排中煤燃燒的效率，而且煤燃燒中煙氣中煙塵的增加也會導致熱損失提升。沒有完全燃燒的煤渣無法繼續(xù)燃燒，只能被排入煤渣坑，導致能源被浪費。

鏈條鍋爐爐排的燃燒方式與傳統(tǒng)爐排存在較大的差別，它采用單面著火的方式，降低燃料的著火性能，煤在爐排的燃燒中，燃料始終沒有擾動。導致燃燒中多灰、多水、低發(fā)熱值的煤炭顆粒難以充分燃燒。而且煤顆粒間容易黏連，需要司爐人員不停地捅火，進而對燃燒條件進行改善，不僅浪費大量的時間，加大司爐人員的壓力，同時，也影響鍋爐的有效運轉。

2 鏈條爐排鍋爐分層燃燒技術的原理分析

鏈條爐排鍋爐分層燃燒技術是當前鍋爐裝置中的新型技術形式，轉變傳統(tǒng)煤閘給煤的燃燒方式。具體的原理為通過機械篩的應用，利用重力的方式對不同直徑的煤粒均勻分布。鏈條爐排裝置設置為雙輥結構形式，其中包括調節(jié)輥、煤篩輥等裝置，這種分層燃燒裝置的結構比較簡單，分配科學，并設置了變層結構，同時可以利用煤閘板對鏈條爐排進行分段控制，形成組合式的篩分系統(tǒng)。該爐排鋪設的煤形和煤層分布都比較合理，具體可以從以下三個方面進行分析：第一，可以在爐排上隨意切換煤層，通過變層功能的發(fā)揮，能夠結合煤燃料的特點分布煤層次，如果煤的發(fā)熱值比較低，通過變層結構的調整，可以將煤層轉換為小顆粒-大顆粒-中顆粒-小顆粒的分布形式。當小顆粒的煤進入爐排后能夠快速燃燒，并引起大顆粒煤的燃燒，使煤燃燒逐漸擴散到主燃區(qū)域，保證煤燃燒的充分性。第二，能夠任意分段不同厚度的煤層。通過分層給煤燃燒裝置的設置，可以結合爐排的橫向分布情況對煤層的厚度進行分布，對于通風比較強的位置可以適當?shù)丶雍駭備亴?，通風能力比較弱的區(qū)域則需要適當?shù)臏p薄，保證爐排通風的效果，使進入爐排的煤燃料能夠沿著爐排寬度方向形成直線分布狀態(tài)，有效預防著火點不統(tǒng)一的問題。第三，爐排上可以設置不同的煤行，多元化的煤行給煤功能通過分層燃燒裝置的應用，結合不同的煤種，在爐排上合理設置分層煤行，可以采用墊層、分段以及波峰波谷等多種分布方式。分篩系統(tǒng)的調整和應用有利于不同煤行的排布方式更科學，促進煤燃料的充分燃燒。波峰波谷的煤分布方式有利于擴展爐排寬度，提升爐排的燃燒面積，而且可以結合燃燒情況合理調整波峰波谷。一般波谷位置煤燃燒中可以形成縱向的多條火口，防止出現(xiàn)局部火口的情況。波谷煤燃燒時需要利用波谷位置的大顆粒煤作為引燃口，使火焰能夠從煤層底部沿著火床逐漸向上部燃燒。煤層底部煤炭充分燃燒后，波峰位置的灰渣會向波谷攤落，防止煤灰對煤層燃燒位置的覆蓋。

這三種爐中布煤的方式都是將大顆粒的煤先放到爐排上，然后，排布中顆粒的煤炭，最后小顆粒和煤粉分布到最上層，同時煤顆粒間的間隙處于均勻的分布方式，有利于降低煤層的通風效果，沿著爐排橫截面均勻分布的煤顆粒還有利于降低漏煤量，爐內單位面積通風量以及燃燒度相近，在良好的通風條件下，細小的顆粒和煤粉會呈現(xiàn)懸浮的燃燒狀態(tài)，防止爐排上出現(xiàn)局部黑帶和火口等問題，減少爐內的灰渣和排放濃度，使鍋爐的熱效率得到有效提升。

3 分層均勻燃燒工況及經濟效益

3.1 實現(xiàn)同步引燃

鏈條爐排非分層裝置中煤層結構比較緊密，同時，煤層顆粒間的排列無序，燃燒難度大，而且煤層燃燒無法同步。而分層均勻燃燒煤層上面煤層是小顆粒的形式，引燃速度快，進入煤層就能夠快速燃燒，而且燃燒均勻，呈直線的方式燃燒，不會出現(xiàn)局部燃燒問題。

3.2 燃燒擴散速度快

分層燃燒技術中由于煤層分層比較均勻，而且煤層顆粒的分布具有規(guī)律性，煤層結構松散，間隙大，通風效果好，而且煤層由于上層的煤粉和小顆粒等容易著火，而且火床的溫度高，可以促進煤層干燥，提升煤層的燃燒效果。煤層燃燒中大量燃燒值的揮發(fā)，大大提升燃燒溫度，促進煤炭中碳元素的氧化反應，加強煤層的燃燒。隨著溫度的不斷提升，氧化反應速度也會隨著加快，形成一種連鎖反應，促進煤層燃燒的快速過渡。通過爐內煤炭的燃燒工況情況觀察，煤進入爐膛后，在1m左右火焰就會出現(xiàn)熾熱的燃燒情況，燃燒溫度能夠達到1000℃。

3.3 提供燃燒物理條件

鏈條爐排鍋爐分層中主要以焦炭為主要的燃燒物質，燃燒的熱量是煤炭燃燒中的主要內容，也是煤炭燃燒中的重要階段。但是，焦炭燃燒中需要的氧含量比較大，需要氧向焦炭上擴散，但是，多種因素的影響會導致氧的擴散受到影響。比如在焦炭的燃燒中產生大量的一氧化碳和二氧化碳，這些氣體將會影響氧氣的傳播，不利于氧氣在焦炭燃燒中的擴散。同時，在反應空間中一氧化碳又會與氧氣反應生成二氧化碳。二氧化碳通過向外部空間的快速擴散才能夠為氧氣的擴散提供空間。否則，將會使氧氣傳播受到限制，不利于焦炭的燃燒。此外，煤炭燃燒后還會產生大量的煤灰，煤灰也會阻礙氧氣向焦炭的擴散，以及二氧化碳向外部的排放。傳統(tǒng)煤層顆粒的間隙比較小，不利于氣體的擴散和燃燒，通過對傳統(tǒng)火床的觀察情況來看，火床溫度如果比較低，會出現(xiàn)一氧化碳燃燒發(fā)出藍光，燃燒工況不佳。均勻分層中煤層的顆?？障洞?，對氧氣和二氧化碳的擴撒具有重要作用，有利于促進焦炭的有效燃燒。如果火床中煤層中燃燒的顏色為白色，說明燃燒溫度達到1300℃左右，處于良好的燃燒狀態(tài)。

3.4 煤粒分布均勻促進燃燒

傳統(tǒng)煤層的燃燒中煤粒的分布缺乏規(guī)律性，部分區(qū)段的煤粒比較大，部分區(qū)段的煤粒則比較小，使煤層的通風效果不利，導致煤層的燃燒效率降低。而均勻分層煤層中，煤粒的大小分布比較均勻，有利于通風，能夠滿足煤的燃燒要求。分層煤層的分布采用的是上面小顆粒、下面大顆粒的方式，上層小顆粒燃燒會帶動下層大顆粒，提升煤層的溫度，使上下層能夠同時燃燒，而且大顆粒比較貼近爐排，其中的含氧量比較高，對大顆粒煤的充分燃燒具有重要作用。如果添加的燃煤燃燒性能比較差，采用小顆粒在上部，大顆粒在中間，會因為中間的燃燒溫度比較高，同時，風量和風力比較合理，促進次煤燃燒。均勻分層的燃燒方式使用的范圍更廣泛，而且針對不同質量的煤炭都可以達到完全燃燒的效果。

3.5 經濟效益比較好

煤炭進入爐內后，會產生一條直線的引燃狀態(tài)，鍋爐的高溫使火床的燃燒更均勻，同時溫度會有規(guī)律地升降，不會產生風口或者火龍，在老鷹鐵的前部出現(xiàn)灰白色爐渣，說明節(jié)煤效果比較明顯。而且負荷和氣壓的提升速度快，能夠提升鍋爐燃燒效率。從排煙來看，煙塵的排放比較少，不會看到黑煙。

4 鏈條爐排鍋爐分層裝置應用的策略

4.1 合理控制煤粒度

鏈條爐排鍋爐分層給煤運行中，容易出現(xiàn)由于煤顆粒不均勻而造成卡煤的問題。如果鏈條鍋爐給煤的過程中沒有合理控制煤塊的給入大小，極容易造成煤塊卡煤的問題，導致鍋爐燃燒受到影響。針對這個問題，可以采用篩網(wǎng)管理方式，通過篩網(wǎng)的過濾，有效預防異物或者大的煤塊進入鍋爐的煤斗中，有效預防鍋爐出現(xiàn)卡煤的問題。

4.2 保證煤粉的充分燃燒

鏈條爐排鍋爐在燃燒的過程中可能會存在煤粉燃燒不充分的問題，干燥的煤粉在爐膛內燃燒中會由于鏈條存在縫隙導致部分煤粉漏出或者以粉灰的方式飛出去。特別是鏈條爐排運行速度比較快時，通風量會大大提升，加強煤粉的損失，導致大部分煤灰都被燃燒后的煙氣帶走。而這種情況主要出現(xiàn)在比較干燥的燃煤中，為了有效預防煤粉燃燒不充分的問題，可以適當對煤粉加濕，使煤的含水量達到15%左右。

4.3 合理控制濕煤給煤

鏈條爐排鍋爐燃燒中，如果給煤過于干燥，容易導致煤粉從鏈條中漏掉或者形成煤灰隨著煙氣帶走。同時，如果煤太濕的情況下，會導致煤出現(xiàn)黏結的情況，容易使煤的分布不均勻，而且煤過濕還容易黏附在原輥輪中，無法有效投煤。因此需要對煤的濕度進行合理調節(jié)，在濕煤的運行中，司爐人員需要經常巡查，通過運行情況觀察了解煤的狀態(tài)，并用工具對滾筒、鋼筋篩條等位置的煤屑進行刮削，保證鏈條爐排的有效運行。

4.4 防止鍋爐運行破壞裝置

鏈條鍋爐排的運行中，停爐壓火會產生大量的高溫煙氣，而這些煙氣容易對分層裝置造成破壞。如果燃煤的揮發(fā)度比較高，閘板式給煤方式容易形成連倉的現(xiàn)象。分層裝置的設置能夠將爐排中的煤層與煤斗儲煤切斷，防止出現(xiàn)連倉的現(xiàn)象。如果長期處于壓火不當?shù)那闆r，會導致爐排前段煤層出現(xiàn)自燃，容易造成鋼筋篩條受熱變形，不利于煤的分層。因此，司爐工在操作中需要嚴格執(zhí)行停爐操作。在停爐操作前，先對爐內的負荷進行削減，等到爐膛溫度徹底降低后，再停止向爐內供風，同時爐排還需要再運行5～10min。如果煤的揮發(fā)程度比較高，可以先在火床上撒入一些濕的爐渣進行壓火，并通過煙道門的控制有效預防爐內出現(xiàn)倒煙的情況。

4.5 合理設計飛灰收集系統(tǒng)

鏈條爐排鍋爐的運行中結構比較簡單，在鍋爐底部設計兩個不同級別的槽型狀裝置，用于對飛灰的回收。裝置可以通過煙氣的溫度、濃度、速度以及煙道的形狀等對槽型板進行鏈條調整，合理調節(jié)板件的高度和距離，實現(xiàn)對飛灰的有效回收，提升鍋爐環(huán)保效益，同時，緩解煤炭燃燒不充分的問題。

5 結語

綜上所述，鏈條爐排加裝分層燃燒裝置后，實現(xiàn)對鏈條爐排燃燒問題的改善，促進煤炭的充分燃燒，同時，也能夠有效降低鏈條爐排鍋爐渣的含量，提高鍋爐的熱效率和燃燒能力，降低鍋爐粉塵的排放量，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。但是，從當前鏈條爐排分層燃燒裝置的應用情況來看，其中仍然存在很多的問題，導致鍋爐中煤燃產生的熱能無法有效發(fā)揮作用，因此，需要結合鏈條鍋爐分層燃燒裝置的情況探究相應的改善策略，解決著火困難和適應能力差等方面的問題，保證鍋爐的使用性能和效率。