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(天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，天津 300192)

DZL58-1.25/130/70型鏈條爐低負(fù)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(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，天津 300192)

鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，存在熱效率低、燃燒不完全等問題。燃燒優(yōu)化可以達(dá)到節(jié)能減排的目的。本文認(rèn)為鏈條爐的煤層厚度、爐排行進(jìn)速度通過試驗(yàn)方法進(jìn)行優(yōu)化，是鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)燃燒優(yōu)化的因素之一。結(jié)合在線儀表或采用煙氣、煤質(zhì)分析設(shè)備進(jìn)行實(shí)際工況的熱平衡測(cè)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(píng)判指標(biāo)尋求優(yōu)化值并在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)執(zhí)行。選用一臺(tái)DZL58-1.25/130/70型鏈條爐在60%額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)進(jìn)行了煤層厚度、爐排行進(jìn)速度的優(yōu)化試驗(yàn)，得到優(yōu)化數(shù)值并在運(yùn)行中得到應(yīng)用，使該鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)熱效率有所提高，達(dá)到很好的燃燒優(yōu)化效果。

鏈條爐；低負(fù)荷；燃燒優(yōu)化；煤層厚度；爐排行進(jìn)速度

0 引言

工業(yè)鍋爐能源消耗和污染排放均居全國(guó)工業(yè)行業(yè)第二，僅次于電站鍋爐，煤炭消耗量遠(yuǎn)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(guó)現(xiàn)有工業(yè)及生活鍋爐60多萬臺(tái)，其中，機(jī)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(jì)，全國(guó)工業(yè)鍋爐的平均運(yùn)行負(fù)荷只有額定負(fù)荷的50%左右，實(shí)際運(yùn)行效率往往比鑒定效率低10%～15%，造成一次能源的浪費(fèi)很大[3]。鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)燃燒方面存在的問題比較多，如煤燃燒不完全導(dǎo)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(duì)鏈條爐的節(jié)能在一次風(fēng)預(yù)熱的利用[6]、節(jié)能爐拱的應(yīng)用[7]、分層給煤裝置的使用[8]、燃煤性質(zhì)的改進(jìn)[9]等方面做了大量的科研工作。

我們?cè)趪?guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技計(jì)劃項(xiàng)目“鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行節(jié)能控制系統(tǒng)優(yōu)化研究”[10]中對(duì)鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)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(jìn)速度優(yōu)化并做了大量的試驗(yàn)，在實(shí)際運(yùn)用中取得很好的節(jié)能效果。本文針對(duì)一臺(tái)DZL58-1.25/130/70型鏈條爐在60%額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，關(guān)于煤層厚度優(yōu)化和爐排行進(jìn)速度優(yōu)化的試驗(yàn)方法進(jìn)行介紹。

1 優(yōu)化方法

結(jié)合在線儀表或采用煙氣、煤質(zhì)分析設(shè)備進(jìn)行實(shí)際工況的熱平衡測(cè)試。尋找在鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行情況下的煤層厚度和爐排行進(jìn)速度優(yōu)化數(shù)值，并在實(shí)際運(yùn)行中執(zhí)行。煤層厚度優(yōu)化數(shù)值一旦確定應(yīng)注意保持，只有當(dāng)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(fù)荷大幅度改變時(shí)，再加以適當(dāng)調(diào)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(fù)荷運(yùn)行條件下，根據(jù)鏈條爐的結(jié)構(gòu)型式即爐排寬度、爐拱型式、給煤方式以及風(fēng)室布置等。結(jié)合以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和煤的顆粒尺寸首先選定不同的煤層厚度，通過調(diào)整不同的爐排行進(jìn)速度控制給煤量，保持給煤量相同。依據(jù)風(fēng)煤比配備適當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)量保證燃燒。通過測(cè)試評(píng)判指標(biāo)并進(jìn)行比較，確定該負(fù)荷下的煤層厚度優(yōu)化值。

1.2 爐排行進(jìn)速度優(yōu)化

在同一低負(fù)荷運(yùn)行條件下，當(dāng)煤層厚度優(yōu)化值確定后，分別選定不同的爐排行進(jìn)速度并依據(jù)風(fēng)煤比配備適當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)量，通過測(cè)試評(píng)判指標(biāo)確定該負(fù)荷下爐排行進(jìn)速度的優(yōu)化值。當(dāng)鏈條爐負(fù)荷少量變化時(shí)，煤層厚度不變，可通過調(diào)節(jié)爐排行進(jìn)速度，增加或減少給煤量，調(diào)節(jié)負(fù)荷[11]并尋求對(duì)應(yīng)負(fù)荷的爐排行進(jìn)速度的優(yōu)化值。

2 優(yōu)化評(píng)判

上述優(yōu)化方法需要評(píng)判，我們采用測(cè)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(cè)試指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判。

2.1 煙氣過量空氣系數(shù)

煙氣過量空氣系數(shù)對(duì)爐膛內(nèi)溫度工況有密切關(guān)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(fù)荷。對(duì)鏈條爐來講，考慮爐膛(如看火門、煤斗、爐墻)、對(duì)流煙道、風(fēng)道等部位漏風(fēng)問題，本文認(rèn)為鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)用理論、設(shè)計(jì)煙氣過量空氣系數(shù)作為評(píng)判指標(biāo)是不科學(xué)的，應(yīng)監(jiān)測(cè)實(shí)爐的煙氣過量空氣系數(shù)，通過比較尋求最佳值為評(píng)判依據(jù)比較合理[10]。封軍認(rèn)為各類不同類型的鍋爐，都有一個(gè)最佳過量空氣系數(shù)，但實(shí)際幾乎所有的爐子都超過設(shè)計(jì)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(yīng)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(xiàng)熱損失中重要一項(xiàng)。這兩項(xiàng)指標(biāo)通過對(duì)燃燒產(chǎn)物的測(cè)量來衡量碳在燃燒過程中燃燒效率和燃燒熱負(fù)荷。灰渣含碳量是指灰渣中未燃燒完全的碳粒含量。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(fù)荷運(yùn)行重要的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。對(duì)運(yùn)行鏈條爐通過熱平衡試驗(yàn)測(cè)定出來的，正平衡試驗(yàn)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(cè)定各項(xiàng)熱損失來確定鏈條爐熱效率即反平衡試驗(yàn)方法。

3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)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(gè)布風(fēng)室、水平兩側(cè)進(jìn)風(fēng)、配風(fēng)方式為推遲配風(fēng)。通過煙氣分析儀、煤質(zhì)分析設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)用煤為使用單位的混煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

3.2 煤層厚度的優(yōu)化

依據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和煤的顆粒尺寸分別給定三種不同的煤層厚度，通過調(diào)整不同的爐排行進(jìn)速度控制給煤量，保持給煤量相同，并根據(jù)風(fēng)煤比合理送風(fēng)保證燃燒效果。煤層厚度分別為120 mm、140 mm、160 mm，測(cè)試鏈條爐的運(yùn)行負(fù)荷為60%額定負(fù)荷。通過對(duì)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(jìn)行比較，確定在60%額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)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(guān)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(zhǎng)的，達(dá)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(guān)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(guān)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(shí)燃燒過程中燃燒效率和燃燒熱負(fù)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(fù)荷時(shí)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(guān)系

圖3所示為煤層厚度變化與鏈條爐熱效率的關(guān)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(fù)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(guān)系

通過上述實(shí)驗(yàn)對(duì)比，我們可以歸納出在60%額定負(fù)荷時(shí)煤層厚度的優(yōu)化值為120 mm。

3.3 爐排行進(jìn)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(jìn)速度即0.25 m/min、0.35 m/min、0.45 m/min，并根據(jù)風(fēng)煤比合理送風(fēng)保證燃燒效果。當(dāng)煤層厚度固定時(shí)，爐排行進(jìn)速度的變化，會(huì)引起給煤量的改變，鏈條爐負(fù)荷也隨之變化。但本文為了尋求爐排行進(jìn)速度在60%額定負(fù)荷的優(yōu)化值，因此，負(fù)荷變化在此忽略不計(jì)。通過對(duì)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(jìn)行比較，確定在60%額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)鏈條爐爐排行進(jìn)速度的優(yōu)化值。

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

圖4 爐排行進(jìn)速度變化與煙氣過量空氣系數(shù)的關(guān)系

圖5所示為爐排行進(jìn)速度變化與飛灰可燃物含量和爐渣含碳量的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)，隨著爐排行進(jìn)速度變化，飛灰可燃物含量變化很大，這里應(yīng)有風(fēng)量配比的問題。但是就飛灰可燃物含量來講還是爐排行進(jìn)速度為0.25 m/min時(shí)最好。爐渣含碳量也是爐排行進(jìn)速度為0.25 m/min時(shí)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(jìn)速度為0.25 m/min時(shí)的給煤量在燃燒過程中燃燒效率最好。

圖5 爐排行進(jìn)速度變化與飛灰可燃物含量和爐渣含碳量的關(guān)系

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

圖6 爐排行進(jìn)速度變化與鏈條爐熱效率的關(guān)系

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

4 結(jié)論

(1)煤層厚度、爐排行進(jìn)速度的優(yōu)化是鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)燃燒優(yōu)化因素，先對(duì)煤層厚度進(jìn)行優(yōu)化、再對(duì)爐排行進(jìn)速度進(jìn)行優(yōu)化。本文認(rèn)為應(yīng)根據(jù)不同爐型、煤質(zhì)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行工況測(cè)試試驗(yàn)確定優(yōu)化值。

(2)煤層厚度、爐排行進(jìn)速度的優(yōu)化需要有合理的評(píng)判指標(biāo)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(duì)試驗(yàn)鏈條爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)進(jìn)行了煤層厚度、爐排行進(jìn)速度的優(yōu)化試驗(yàn)。結(jié)合評(píng)判指標(biāo)確定鏈條爐60%額定負(fù)荷時(shí)優(yōu)化值,即煤層厚度為120 mm，爐排行進(jìn)速度為0.25 m/min運(yùn)行的熱效率最高、燃燒效果最好。此方法也適應(yīng)于該臺(tái)鏈條爐其他低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的燃燒優(yōu)化，其他型式的鏈條爐進(jìn)行低負(fù)荷燃燒優(yōu)化時(shí)也可以參照，達(dá)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(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012QK296)

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

TK229.6+1

A

1002-6339 (2014) 05-0439-04