DZL58-1.25/130/70型链条炉低负荷下的燃烧优化

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(天津市特种设备监督检验技术研究院，天津 300192)

DZL58-1.25/130/70型链条炉低负荷下的燃烧优化

邱东，张宝祥，王永亮，萧艳彤，陈志刚，崔琦

(天津市特种设备监督检验技术研究院，天津 300192)

链条炉低负荷运行时，存在热效率低、燃烧不完全等问题。燃烧优化可以达到节能减排的目的。本文认为链条炉的煤层厚度、炉排行进速度通过试验方法进行优化，是链条炉低负荷运行时实现燃烧优化的因素之一。结合在线仪表或采用烟气、煤质分析设备进行实际工况的热平衡测试，以烟气过量空气系数、炉渣含碳量、飞灰可燃物含量、热效率作为评判指标寻求优化值并在低负荷运行时执行。选用一台DZL58-1.25/130/70型链条炉在60%额定负荷运行时进行了煤层厚度、炉排行进速度的优化试验，得到优化数值并在运行中得到应用，使该链条炉低负荷运行时热效率有所提高，达到很好的燃烧优化效果。

链条炉；低负荷；燃烧优化；煤层厚度；炉排行进速度

0 引言

工业锅炉能源消耗和污染排放均居全国工业行业第二，仅次于电站锅炉，煤炭消耗量远高于钢铁、石化、建材等高耗能工业行业，是城市的主要污染源[1]。我国现有工业及生活锅炉60多万台，其中，机械化层燃锅炉在容量上占燃煤工业锅炉的70%以上，层燃炉中，链条炉排锅炉占60%[2]。据统计，全国工业锅炉的平均运行负荷只有额定负荷的50%左右，实际运行效率往往比鉴定效率低10%～15%，造成一次能源的浪费很大[3]。链条炉低负荷运行时燃烧方面存在的问题比较多，如煤燃烧不完全导致链条炉热效率较低、炉渣含碳量高、过量空气系数大、冒黑烟等[4-5]。目前，科技工作者对链条炉的节能在一次风预热的利用[6]、节能炉拱的应用[7]、分层给煤装置的使用[8]、燃煤性质的改进[9]等方面做了大量的科研工作。

我们在国家质量监督检验检疫总局科技计划项目“链条炉低负荷运行节能控制系统优化研究”[10]中对链条炉低负荷运行燃烧优化提出的因素之一为煤层厚度优化、炉排行进速度优化并做了大量的试验，在实际运用中取得很好的节能效果。本文针对一台DZL58-1.25/130/70型链条炉在60%额定负荷运行时，关于煤层厚度优化和炉排行进速度优化的试验方法进行介绍。

1 优化方法

结合在线仪表或采用烟气、煤质分析设备进行实际工况的热平衡测试。寻找在链条炉低负荷运行情况下的煤层厚度和炉排行进速度优化数值，并在实际运行中执行。煤层厚度优化数值一旦确定应注意保持，只有当燃煤的性能(特别是水分、粒度、挥发分等)变化很大或链条炉负荷大幅度改变时，再加以适当调整[11]。具体优化方法如下：

1.1 煤层厚度优化

在某一低负荷运行条件下，根据链条炉的结构型式即炉排宽度、炉拱型式、给煤方式以及风室布置等。结合以往运行经验和煤的颗粒尺寸首先选定不同的煤层厚度，通过调整不同的炉排行进速度控制给煤量，保持给煤量相同。依据风煤比配备适当的送风量保证燃烧。通过测试评判指标并进行比较，确定该负荷下的煤层厚度优化值。

1.2 炉排行进速度优化

在同一低负荷运行条件下，当煤层厚度优化值确定后，分别选定不同的炉排行进速度并依据风煤比配备适当的送风量，通过测试评判指标确定该负荷下炉排行进速度的优化值。当链条炉负荷少量变化时，煤层厚度不变，可通过调节炉排行进速度，增加或减少给煤量，调节负荷[11]并寻求对应负荷的炉排行进速度的优化值。

2 优化评判

上述优化方法需要评判，我们采用测试链条炉的烟气过量空气系数、炉渣含碳量和飞灰可燃物含量、热效率作为测试指标进行评判。

2.1 烟气过量空气系数

烟气过量空气系数对炉膛内温度工况有密切关系，过量空气系数增加，火焰温度则下降。通过氧的消耗量可以衡量碳在燃烧过程中燃烧效率和炉膛热负荷。对链条炉来讲，考虑炉膛(如看火门、煤斗、炉墙)、对流烟道、风道等部位漏风问题，本文认为链条炉低负荷运行时用理论、设计烟气过量空气系数作为评判指标是不科学的，应监测实炉的烟气过量空气系数，通过比较寻求最佳值为评判依据比较合理[10]。封军认为各类不同类型的锅炉，都有一个最佳过量空气系数，但实际几乎所有的炉子都超过设计量[12]。

2.2 灰渣含碳量和飞灰可燃物含量

灰渣含碳量和飞灰可燃物含量主要反应固体不完全燃烧热损失，固体不完全燃烧热损失是链条炉各项热损失中重要一项。这两项指标通过对燃烧产物的测量来衡量碳在燃烧过程中燃烧效率和燃烧热负荷。灰渣含碳量是指灰渣中未燃烧完全的碳粒含量。飞灰可燃物含量是指排出炉外飞灰中未燃尽碳粒含量。

2.3 热效率

链条炉热效率是链条炉低负荷运行重要的经济性指标。对运行链条炉通过热平衡试验测定出来的，正平衡试验只能求出热效率的数值，而不知道影响热效率的原因。本文采用的是测定各项热损失来确定链条炉热效率即反平衡试验方法。

3 优化实验

3.1 实验设备

DZL58-1.25/130/70型链条炉的炉排宽8 700 mm、炉拱为双人字拱、具有8个布风室、水平两侧进风、配风方式为推迟配风。通过烟气分析仪、煤质分析设备进行测试。实验用煤为使用单位的混煤，煤质分析数据见表1。

表1 煤质分析数据

3.2 煤层厚度的优化

依据运行经验和煤的颗粒尺寸分别给定三种不同的煤层厚度，通过调整不同的炉排行进速度控制给煤量，保持给煤量相同，并根据风煤比合理送风保证燃烧效果。煤层厚度分别为120 mm、140 mm、160 mm，测试链条炉的运行负荷为60%额定负荷。通过对链条炉的烟气过量空气系数、飞灰可燃物含量和炉渣含碳量、热效率的影响进行比较，确定在60%额定负荷运行时链条炉煤层厚度的优化值。

图1所示为煤层厚度变化与烟气过量空气系数的关系，可以发现，随着煤层厚度增加，烟气过量空气系数是增长的，达到在2.0以上，120 mm煤层的烟气过量空气系数在1.85左右为最低。

图1 煤层厚度变化与烟气过量空气系数的关系

图2所示为煤层厚度变化与飞灰可燃物含量和炉渣含碳量的关系，可以发现，随着煤层厚度每增加20 mm，飞灰可燃物含量平均分别增加11.4%～13%。炉渣含碳量平均分别成倍的增加为301%～554%。这说明燃煤中的碳在120 mm煤层厚度时燃烧过程中燃烧效率和燃烧热负荷最好，煤层厚度为120 mm的飞灰可燃物含量和炉渣含碳量在60%的额定负荷时为最低。

图2 煤层厚度变化与飞灰可燃物含量和炉渣含碳量的关系

图3所示为煤层厚度变化与链条炉热效率的关系，可以发现，煤层厚度每增加20 mm，锅炉热效率平均分别降低1.75%～4%，最大降低幅度为8.5%。煤层厚度为120 mm，在60%额定负荷的热效率最高为79%。

图3 煤层厚度变化与链条炉热效率的关系

通过上述实验对比，我们可以归纳出在60%额定负荷时煤层厚度的优化值为120 mm。

3.3 炉排行进速度的优化

煤层厚度按上述优化值选为120 mm。分别给定三种不同的炉排行进速度即0.25 m/min、0.35 m/min、0.45 m/min，并根据风煤比合理送风保证燃烧效果。当煤层厚度固定时，炉排行进速度的变化，会引起给煤量的改变，链条炉负荷也随之变化。但本文为了寻求炉排行进速度在60%额定负荷的优化值，因此，负荷变化在此忽略不计。通过对链条炉的烟气过量空气系数、飞灰可燃物含量和炉渣含碳量、热效率的影响进行比较，确定在60%额定负荷运行时链条炉炉排行进速度的优化值。

图4所示为炉排行进速度变化与烟气过量空气系数的关系，可以发现，炉排行进速度为0.25 m/min时烟气过量空气系数最好。炉排行进速度为0.35 m/min时烟气过量空气系数最不好。炉排行进速度为0.45 m/min时烟气过量空气系数呈下降趋势。在60%额定负荷时炉排行进速度为0.25 m/min时烟气过量空气系数最低。

图4 炉排行进速度变化与烟气过量空气系数的关系

图5所示为炉排行进速度变化与飞灰可燃物含量和炉渣含碳量的关系，可以发现，随着炉排行进速度变化，飞灰可燃物含量变化很大，这里应有风量配比的问题。但是就飞灰可燃物含量来讲还是炉排行进速度为0.25 m/min时最好。炉渣含碳量也是炉排行进速度为0.25 m/min时最好。这说明燃煤在煤层厚度为120 mm并保持稳定情况下，炉排行进速度为0.25 m/min时的给煤量在燃烧过程中燃烧效率最好。

图5 炉排行进速度变化与飞灰可燃物含量和炉渣含碳量的关系

图6所示为炉排行进速度变化与链条炉热效率的关系，可以发现，随着炉排行进速度加快，给煤量会增加，链条炉热负荷会随之增加，链条炉热效率呈明显的变化，并与送风量的配比有关。链条炉热效率最高时炉排行进速度为0.25 m/min。也就是60%额定负荷时，煤层厚度为120 mm，炉排行进速度为0.25 m/min时链条炉运行热效率最高。

图6 炉排行进速度变化与链条炉热效率的关系

通过上述试验，我们可以归纳出链条炉60%额定负荷时，炉排行进速度优化值为0.25 m/min。

4 结论

(1)煤层厚度、炉排行进速度的优化是链条炉低负荷运行时燃烧优化因素，先对煤层厚度进行优化、再对炉排行进速度进行优化。本文认为应根据不同炉型、煤质进行实际运行工况测试试验确定优化值。

(2)煤层厚度、炉排行进速度的优化需要有合理的评判指标即烟气过量空气系数、飞灰可燃物含量和炉渣含碳量、锅炉热效率等。

(3)我们对试验链条炉在低负荷运行时进行了煤层厚度、炉排行进速度的优化试验。结合评判指标确定链条炉60%额定负荷时优化值,即煤层厚度为120 mm，炉排行进速度为0.25 m/min运行的热效率最高、燃烧效果最好。此方法也适应于该台链条炉其他低负荷运行时的燃烧优化，其他型式的链条炉进行低负荷燃烧优化时也可以参照，达到节能减排的目的。

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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修订稿日期2014-06-25

国家质量监督检验检疫总局科技计划项目(2012QK296)

邱东(1966～)，男，大学本科，高级工程师，从事锅炉检验工作以及锅炉安全与节能的研究。

TK229.6+1

A

1002-6339 (2014) 05-0439-04