§5―2 层燃燃烧方式及其设备

西安交通大学锅炉研究所§5—2层燃燃烧方式及其设备一、层燃炉的工作特性1.层燃炉的燃烧过程特点:有一个金属栅格—炉排(或炉篦子)炉排.燃料在炉排上形成均匀的、有一定厚度的燃料层进行燃烧。层燃燃烧有时也叫做火床燃烧。火床二字形象地表达了这种燃烧方式的特点。西安交通大学锅炉研究所也划分为预热干燥阶段、挥发分析出并着火阶段、燃烧阶段和燃尽阶段。三项主要操作:加煤，除渣和拨火。所谓拨火就是拨动火床，其目的在于平整和松碎燃料层，使火床的通风均衡、流畅，并能除去燃料颗粒外部包裹的灰层，从而达到燃料迅速而安全的燃烧。西安交通大学锅炉研究所为实现操作的机械化，已有很多炉排的结构型式和与之相配合的辅助机构。按燃料层相对于炉排的运动方式有三类：①燃料层不移动的固定火床炉，如手烧炉和抛煤机炉，②燃料层沿炉排面移动的炉子，如倾斜推饲炉和振动炉排炉，③燃料层随炉排面一起移动的炉子，如链条炉和抛煤机链条炉。西安交通大学锅炉研究所2.层燃炉的热负荷表征火床炉工作热强度的指标有炉排面可见热负荷和炉膛容积可见热负荷。（1）炉排面可见热负荷由于火床炉中绝大部分燃料是在炉排上燃烧的，也就是说炉排面积是保证火床燃烧的根本条件，所以用一个所谓的“炉排面可见热负荷”来表示燃烧的强烈程度。炉排面可见热负荷是炉排单位面积在单位时间内燃烧燃料所放出的热量，单位为kW／m2。西安交通大学锅炉研究所lpnetarlpABQq,B——每秒钟进入炉子的燃料量，lpA——炉排有效面积，netarQ,——燃料的应用基低位发热量。西安交通大学锅炉研究所对于某一种炉子型式，燃烧某一种燃料，炉排面可见热负荷有一合理的限值。过分地提高炉排面热负荷，一味追求过小的炉排面积，必然会使空气流经燃料层时的速度过高，并使燃料的燃烧时间过短。前者会导致飞走的未燃煤量增大，后者则引起燃烧的不完全，这都会使燃料燃烧的损失达到不能允许的程度。而且，无限制地增大炉排面热负荷也是做不到的。西安交通大学锅炉研究所（2）炉膛容积可见热负荷虽然绝大部分燃料是在火床上燃烧的，但仍有一部分可燃物是在炉膛容积中燃烧掉的。因此，与炉排面热负荷相应，还有一个炉膛容积可见热负荷，单位为kW／m3。lnetarVVBQq,式中lV——炉膛容积。西安交通大学锅炉研究所显然，也应有一个合理的限值。不过，火床炉的炉膛容积热负荷的限值范围是较宽。火床炉的热负荷都冠以“可见”二字。这是因为在火床炉中要分别测出燃料在火床上和炉膛容积中的燃烧放热量是非常困难的，所以在炉排面和容积热负荷中，都是有条件地把燃料燃烧的全部热量作为比较基础，而以“可见”二字来区别于其它。在实际使用过程中，也可以不加“可见”二字，因为这是不言而喻的。西安交通大学锅炉研究所3.炉排片的工作特性炉排片必须满足通风和冷却的要求。指标主要有炉排通风截面比和炉排片冷却度。（1）炉排通风截面比tff%100炉排的总面积）截面积之和炉排面上各通风孔（缝tff西安交通大学锅炉研究所炉排通风截面比是一个影响大、涉及因素多、而且颇为敏感的炉排特性指标。它必须根据所用煤种、炉排型式、通风方式等情况来加以选择。西安交通大学锅炉研究所（2）炉排片冷却度这是炉排片工作可靠性的指标。为了很好地冷却炉排片，应该保证它有一定的高度，以使其有足够的侧面积被空气冲刷冷却。空气冷却炉排片的程度用冷却度来表示。冷却度是被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，即炉排片宽度炉排片高度2西安交通大学锅炉研究所二、固定炉排炉1.手烧炉加煤、拨火、除灰都由人工操作，劳动强度大，燃烧效率低，还有周期性冒黑烟的缺点。但结构简单、操作方便、煤种的适应性较好，目前我国在0.7MW以下的锅炉仍被采用。1—炉排；2—燃烧层；3—炉室；4—落灰室；5—炉门；6—灰门西安交通大学锅炉研究所（1）炉条炉排由很多炉条组成。燃烧所需的空气，由灰门进入，穿过炉排进入炉排上的燃烧层。有条状炉条及板状炉条两种。(a)条状炉排；(b)板状炉排西安交通大学锅炉研究所条状炉排的通风截面比比较大，约为20%一40%，空气在燃烧层中扩散较快，空气汇合面0-0距炉排面较近。空气汇合面即为燃烧层中燃烧最强烈的区域。适用于挥发分高的煤。板状炉排的通风截面比比较小，约为8%一20%，空气送入相对集中，在燃烧层中扩散较慢，燃烧层中的高温区距炉排面较远。适用于无烟煤或贫煤西安交通大学锅炉研究所（2）燃烧层结构及气体成分Ⅰ一灰渣区；Ⅱ一氧化区；Ⅲ一还原区；Ⅳ一干燥干馏区空气从炉排下送入，先经灰渣区，空气中的氧没有变化。然后流过灼烧的焦炭层，焦炭在燃烧，空气中的氧逐渐减少，而二氧化碳逐渐增多形成氧化区。继而氧气不足，氧仍缓慢减少，而一部分二氧化碳还原成一氧化碳，形成还原区。最后经过新煤的干燥干馏区。西安交通大学锅炉研究所不难看出，手烧炉煤中的挥发分在干燥干馏区挥发，是在严重缺氧的条件下挥发的，必然产生碳黑而冒黑烟。不论是任何种类的机械化层燃炉或室燃炉，只要是挥发分是在缺氧情况下挥发，都会冒黑烟。碳黑是0.5～lμm的固体碳末，很难燃烧，并由于很细，一般旋风式等除尘器难以捕捉，因而随烟气排出而形成黑烟。西安交通大学锅炉研究所（3）手烧炉的燃烧过程新煤受热有两个热源：一是新煤下部灼热的焦碳层；一是新煤表面受火焰及炉墙的辐射热。新煤层是双面受热，温度上升快，着火条件很好，也可认为手烧炉是无限制着火。这就使在链条炉等机械化层燃炉中较难着火燃烧的无烟煤或贫煤，在手烧炉中也能顺利地着火燃烧。西安交通大学锅炉研究所图1-4手烧炉空气供需情况加煤时开启炉门，大量冷空气涌入炉内，不仅使炉温降低，而且破坏炉内负压，炉排下的空气难以穿过燃料层，使燃烧情况恶化。炉门关闭后，开始由于煤层厚，阻力大而进风虽少。随着燃烧的进行，煤层逐渐变薄，进风也就逐渐增多。ab线：空气量的供给。ef线：整个燃烧周期中需要的空气量。cd线：供入的空气实际有效参与燃烧的量。jk线：焦炭燃烧所需空气量的变化。西安交通大学锅炉研究所4、手烧炉改进燃烧的措施(a)改进操作，加煤做到“少、勤、匀、快”。少就是每次加煤要少加；勤就是勤加，缩短燃烧周期；匀就是煤要在炉排上加得均匀;快就是加煤要快，使炉门开启的时间短。(b)将固定炉排改成摇动炉排。在炉外有手柄，手柄连接在拉杆上，每块炉排都有短杆与拉杆相连。除灰时只要摇动手柄，经拉杆的摆动，带动炉排片向左、右各有30%的转动，使灰渣落至灰坑。需要拨火时，也可将手柄轻轻摇动儿下，使燃烧层松动。这样就可以减轻除灰和拨火的劳动强度，也有利于提高热效率。西安交通大学锅炉研究所1一下炉门（灰门）；2一下炉排；3一中炉门；4一水冷炉排下集箱；5一上炉门；6一汽锅；7一水冷炉排；8一炉膛出口；9一烟气导向板(c)改变燃烧层结构，使挥发分在富氧情况下挥发，而消除冒黑烟。双层炉排就是采用这种措施的一种方法。西安交通大学锅炉研究所双层炉排燃烧层的结构如图1-6所示。煤中挥发分是在上炉排挥发，挥发时由上炉门进入的空气尚未进入氧化区，挥发是在富氧情况下进行，这就从根本上避免黑烟的形成。图1-6双层炉排燃烧层结构示意图空气流向；烟气流向Ⅰ一灰渣区；Ⅱ一氧化区；Ⅲ一还原区；Ⅳ一干燥干馏区西安交通大学锅炉研究所2．抛煤机炉抛煤机炉是指抛煤机和固定火床的组合。这种炉子在容量不太大的锅炉(一般D≤10t／h)中得到较广泛的应用。（1）抛煤机的分类按照抛煤的原理，抛煤机可以分为机械的、风力的以及机械与风力联合的三种。机械抛煤机用旋转的叶片或摆动的刮板来抛散燃料，风力抛煤机用气流来吹播燃料，而风力机械抛煤机则兼用以上两种抛煤方式。西安交通大学锅炉研究所机械抛煤机所抛成的煤层，其沿炉排长度方向的颗粒分布情况是粗粒落于远处，细粒落于近处，细粒煤甚至就落在抛煤机出口之下，堆成小丘。风力抛煤机则与之相反，粗粒煤堆于炉排的前端，细粒煤则被吹向后端。风力机械抛煤机由于同时采用了风力和机械播煤，故燃料在火床上的颗粒度分布相对地比较均匀。在国内，前两者使用较少，故此处主要介绍风力机械抛煤机。西安交通大学锅炉研究所（2）风力机械抛煤机的结构和工作过程风力机械抛煤机如图5-4所示。西安交通大学锅炉研究所抛煤机炉子有如下优点：①燃料适应性较好，对水分较多，粘结性强、灰分熔点较低和着火较困难的燃料都适用。但对燃料的颗粒度有一定的要求，燃用低挥发分煤时飞灰中的机械不完全燃烧损失较大，②抛煤机炉子燃烧过程猛烈，调节灵活，适应负荷变动的能力很强，③抛煤机炉子投资少，金属耗量也不多。西安交通大学锅炉研究所缺点：①锅炉初始排尘浓度高，并存在冒黑烟的问题，在现阶段对大气的污染较为严重，亟待改进；②炉排上煤粒分布还不够均匀，细粒煤堆在炉排前部，粗粒煤则落在炉排后部，因此与每一台抛煤机相对应的一组炉排上，火床前后端的燃尽程度也就不相同，这会增大炉渣的机械不完全燃烧损失，再计及如上所述的这种炉子飞灰机械不完全燃烧损失较大这一因素，总的机械不完全燃烧损失就较高，③这种炉子每班要清炉2—3次，而清炉时燃烧过程会受到不小的影响，锅炉负荷难免有所降低；④这种炉子的清炉操作在目前还比较繁重。以上缺点在锅炉容量增大时就越显著，而在小容量锅炉中则不太突出。抛煤机炉一般适用于蒸发量在10t／h以下的锅炉。西安交通大学锅炉研究所三、移动炉排炉1．链条炉链条炉是工业锅炉中最常用的机械化层燃炉，它从加煤到排除灰渣都实现了机械化，运行稳定可靠，应用广泛。（1)链条炉的结构和工作原理1一煤斗；2一煤闸门；3一炉排（包括前链轮及后滚筒）；4一主动链轮；5一分段送风仓；6一防渣箱；7一看火孔及检查门；8一除渣板(老鹰铁)；9一渣斗；10一灰斗西安交通大学锅炉研究所常用的链条炉排有以下三种结构形式：(a)链带式链条炉排俗称轻型炉排或小炉排，常用于10t/h以下的小型工业锅炉。西安交通大学锅炉研究所(b)鳞片式链条炉排容量较大的锅炉(10~35t/h的蒸汽锅炉，7一29MW的热水锅炉)常用鳞片式炉排。国内生产的鳞片式炉排是一种不漏煤炉排，其炉排结构如图1-10所示。西安交通大学锅炉研究所(c)横梁式链条炉排横梁式链条炉的结构简图如图1-3所示，其特点是在链条5上装有支架6(支架又称横梁)，炉排片7都装在支架上。链轮4通过链条来带动支架运动，炉排片不受拉力，整个炉排刚性较好。但结构笨重，金属耗量大，制造安装要求也较高。西安交通大学锅炉研究所(2)链条炉的燃烧过程链条炉的燃烧过程是沿着炉排长度由前往后分阶段进行的。1—新燃料区；2一析出挥发分区；3一焦炭燃烧区(其中：3a一氧化区3b—还原区)；4一燃尽区西安交通大学锅炉研究所a)烟气成分；b)空气供应量的变化曲线1一无分段送风时空气供应量；2一燃烧所需空气量；3一焦炭燃烧所需空气置；4一挥发分燃烧所需空气量；5一有分段送风时按需分配空气供应量；6一有分段送风时按推迟配风法分配的空气供应量西安交通大学锅炉研究所(3)链条炉炉膛布置链条炉的问题：炉内的气体“成层”地上升，不能混合。这样就无法使炉排中部所放出的可燃气体和炉排两端的过剩空气混合在一起，因而也就无法使可燃气体在炉膛内燃尽。着火条件较差，燃料引燃主要依靠炉膛内的辐射。难以着火的燃料无法被引燃。措施：分段送风设置炉拱加装二次风。西安交通大学锅炉研究所把炉排下的统仓风室沿炉排长度方向分成几段做成几个独立的小风室，每个小风室按该区段所需的空气量分别调节，这种送风方式称为分段送风或称分区送风。采用分段送风并加以调节后，送风量的分配可改为图5—38b虚线所示，这可以大大地改善统仓送风的空气供需不平衡状况，因而提高锅炉热效率。分段送风的段数分的越多，进风量的分配越为有利，但分段太多会使结构复杂，一般根据容量不同或炉排长度不同分成4～9段。西安交通大学锅炉研究所何谓炉拱？是炉膛下部直接遮蔽炉排面的那部分平面隔墙或垂直炉墙的伸出部分。炉拱的作用：加快新燃料的引燃促进炉膛内气体混合。西安交通大学锅炉研究所炉拱并不产生热量，它的引燃作用主要在于通过吸收来自火焰和高温烟气的辐射热，并加以集中地辐射到新燃料上，使之升温、着火。或者在输送高温烟气的同时，烟气流也将炽热的炭粒夹带