鏈條爐低負荷運行時風煤比優化研究

邱東 蕭艷彤 崔琦 張寶祥 陳志剛 王永亮

（天津市特種設備監督檢驗技術研究院 天津 300192）

鏈條爐低負荷運行廣泛存在，低負荷運行燃煤燃燒不完全，造成排煙熱損失、化學不完全燃燒熱損失、固體不完全燃燒熱損失提高，使鏈條爐熱效率降低[1]。不完全燃燒產物如煙塵、氮氧化和物等會環境產生污染[2]。針對鏈條爐低負荷運行的燃煤不完全燃燒，本文認為鏈條爐低負荷運行優化燃燒，主要是給煤量與送風量之間配比優化，結合低負荷運行特點即給煤量要少一點以適合低負荷運行時爐膛熱負荷，送風量要低一些，降低床燃煤的燃燒速度，提高燃燒效率。給煤量與送風量進行優化配比就要引入“風煤比”概念，風煤比就是進入鏈條爐總風量與總給煤量的比值。風煤比優化用煙氣最佳過量空氣系數來判斷[3]，通過煙氣最佳過量空氣系數來控制送風量，并隨之調節給煤量，使送風量與給煤量達到最佳的比值，以實現鏈條爐在低負荷運行時優化燃燒，達到對燃煤的燃燼燃燒，提高鍋爐熱效率，降低對環境產生的污染。本文研究重點為風煤比優化。

1 風煤比優化的特點

1.1 最佳風煤比

最佳風煤比是尋求一個避免不完全燃燒的煙氣最佳過量空氣系數。煙氣最佳過量空氣系數的大小是決定燃燒和燃盡程度的關鍵，如果過大，將使排煙熱損失增大，反過來，若過小，就會產生不完全燃燒損失和黑煙。風煤比的優化就是進入鍋爐的總風量與總給煤量的比值是一個優化值，衡量風煤比的手段是煙氣最佳過量空氣系數。

1.2 煙氣最佳過量空氣系數

鏈條爐的理論最佳過量空氣系數值為1.2[3]。但考慮爐膛、煙道漏風等問題[4][5],我們認為應進行實爐最佳煙氣過量空氣系數的測試，確定煙氣最佳過量空氣系數，用于對最佳風煤比的的判斷。

煙氣最佳過量空氣系數應根據鏈條爐的熱損失來確定。鏈條爐的主要熱損失是排煙損失q2、化學不完全燃燒熱損失q3以及固體不完全燃燒熱損失q4，隨著煙氣過量空氣系數的值而變化的，它們之和的最小值，也就是最低點如圖1所示所對應的煙氣過量空氣系數，為煙氣最佳過量空氣系數。

圖1 鍋爐熱損失與過量空氣系數

2 試驗方法

鏈條爐低負荷運行時，在煤質穩定的情況下，結合在線儀表或采用煙氣、煤質分析設備進行實際運行工況的熱平衡測試，尋找實爐煙氣最佳過量空氣系數并用于風煤比優化實驗。具體優化方法如下：

首先，確定實爐煙氣最佳過量空氣系數，依據運行經驗和燃煤顆粒尺寸選定煤層厚度，通過調整不同的爐排行進速度控制給煤量，根據給煤量結合運行經驗配備適當的送風量保證燃燒效果。經過實驗測試，各熱損失之和的最小值所對應的煙氣過量空氣系數為實爐煙氣最佳過量空氣系數。

其次，風煤比的優化，根據給煤量的變化在不同低負荷時對送風量進行相應的調節，以實爐煙氣最佳過量空氣系數為評判指標，確定最佳風煤比。

圖2 爐型示意圖

3 風煤比優化實驗

3.1 實驗設備

選擇熱功率為56MW、14MW 兩 臺 鏈條爐進行實驗，按1#、2#爐進行編號，爐型示意圖見圖2。1#、2#爐的基本信息見表1。測試設備布置如圖3所示，通過煙氣分析儀、煤質分析設備進行測試。

表1 鍋爐的基本信息

實驗用煤為鍋爐使用單位的混煤，煤質成分分析見表2。

表2 1#、2#爐煤質成分分析

3.2 實爐最佳過量空氣系數測試

依據運行經驗和煤顆粒尺寸分別選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，根據給煤量配備適當的送風量保證燃燒效果。1#爐運行熱負荷分別為60%、65%、70%，煤層厚度分別為120mm、140mm、160mm，爐排行進速度分別為0.25m/min、0.35m/min、0.45m/min。2#爐運行熱負荷分別為50%、60%、65%，煤層厚度分別為90mm、100mm、110mm，爐排行進速度分別為0.15m/min、0.25m/min。經實驗測試，排煙損失q2、化學不完全燃燒熱損失q3、固體不完全燃燒熱損失q4之和與煙氣過量空氣系數的值的關系，分別如圖4、圖5所示。

圖4 1#爐最佳量空氣系數圖

圖5 2#爐最佳量空氣系數圖

不同負荷時的排煙損失q2、化學不完全燃燒熱損失q3及固體不完全燃燒熱損失q4之和的最小值所對應的過量空氣系數為煙氣最佳過量空氣系數，由圖4可知，1#爐為1.8575。由圖5可知，2#爐為1.8825。

上述實測數值則為實驗爐型1#、實驗爐型2#的最佳過量空氣系數，并以此為判斷最佳風煤比的依據。

3.3 風煤比優化實驗

1#爐、2#爐的送風設備均安裝了變頻器有自動和手動兩種操作模式，根據變頻器的手動模式即手操器調節送風機的頻率來控制送風量，結合實爐煙氣最佳過量空氣系數測試過程中的數據選擇煤層厚度即1#爐為120mm、2#爐為100mm。分別給定不同的爐排行進速度，1#爐爐排行進速度為0.25m/min、0.35m/min、0.45m/min，鏈條爐熱負荷為60%、65%、70%。2#爐爐排行進速度為0.15m/min、0.25m/min，鍋爐熱負荷為55%、60%。送風頻率的百分比與實測過量空氣系數的關系，分別如圖6、圖7所示。

圖6 1#爐風煤比

圖7 2#爐風煤比

由圖6可知，1#爐煤層厚度在120mm時，爐排行進速度為0.25m/min下，送風量電機選擇75%的頻率為最佳風煤比。由圖7可知，2#爐煤層厚度在100mm時，爐排行進速度為0.25m/min下，送風量電機選擇65%的頻率為最佳風煤比。由于篇幅限制，其他爐排行進速度以及鏈條爐熱負荷下的最佳風煤比本文不在論述。

通過對鏈條爐低負荷運行工況的實驗，可以找出低負荷運行時的煙氣最佳過量空氣系數，并以此為依據確定最佳風煤比，提高鏈條爐低負荷運行時的燃燒工況，達到優化燃燒的目的。

4 結語

4.1 煙氣最佳過量空氣系數是最佳風煤比的評判依據，理論過量空氣系數是不適用的。

過量空氣系數應通過實驗，確定實爐煙氣最佳過量空氣系數。

4.2 提出風煤比優化方法，即首先經過實驗測試尋求實爐煙氣最佳過量空氣系數。其次以實爐煙氣最佳過量空氣系數為評判指標，進行風煤比優化。

4.3 利用實驗鏈條爐進行實爐煙氣最佳過量空氣系數的測試，確定實爐煙氣最佳過量空氣系數。利用實爐煙氣最佳過量空氣系數進行風煤比優化實驗，，確定了最佳風煤比，達到鏈條爐優化燃燒的目的，提高經濟效益，降低環境污染。

[1]陳志剛,毛福杰,張旭,等.工業鍋爐低負荷工況節能分析與對策[J].應用能源技術，2011，(9):22-25.

[2]張朝梅.DHL-29型鍋爐節能優化運行參數研究[D].哈爾濱:東北林業大學,2012,(6):6-8.

[3]張春發,趙寧,謝飛,等.基于最佳風煤比修正的燃燒控制[J].發電設備,2004:87-89.

[4]陳聽寬.鍋爐原理[M].北京:機械工業出版社,1979(9):63,88.

[5]王春昌.入爐風量與爐膛出口煙氣溫度的相關性研究[J].熱力發電,2007,（7）:37-40.

[6]王春昌.鍋爐漏風對排煙溫度及排煙熱損失的影響[J].熱力發電，2007（8）:19-22.