復(fù)合燃燒技術(shù)鍋爐能量損失實(shí)驗(yàn)研究

黨銀寧

（湖南聯(lián)新能源環(huán)保科技股份有限公司，長(zhǎng)沙 410000）

復(fù)合燃燒技術(shù)鍋爐能量損失實(shí)驗(yàn)研究

黨銀寧

（湖南聯(lián)新能源環(huán)保科技股份有限公司，長(zhǎng)沙 410000）

以層燃為主要技術(shù)特點(diǎn)的鏈條爐機(jī)械化程度高、煤種適應(yīng)好，但存在灰渣含碳量高、熱效率低的問(wèn)題。為了提高鍋爐熱效率，采取層燃與煤粉懸浮燃燒相結(jié)合的復(fù)合燃燒技術(shù)。對(duì)采用復(fù)合燃燒的鏈條爐進(jìn)行熱損失實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，鍋爐蒸發(fā)量提升9.3%，鍋爐熱效率提高9%，固體不完全燃燒熱損失下降了4.4%，排煙熱損失升高2.47%。

鍋爐復(fù)合燃燒熱損失

引言

以層燃為典型燃燒特點(diǎn)的鏈條爐以其機(jī)械化程度高、對(duì)粉煤種粒徑要求低、煤種適應(yīng)好、飛灰含碳量低等優(yōu)點(diǎn)，成為粉煤燃燒的理想設(shè)備而被廣泛使用。但鏈條爐也存在著單面引燃、著火遲緩、大顆粒煤難于燃盡、燃燒層配風(fēng)供氧不易定量調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)，導(dǎo)致鍋爐在運(yùn)行中灰渣含碳量高、過(guò)量空氣系數(shù)大、排煙溫度高、蒸發(fā)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等問(wèn)題。

以煤粉懸浮燃燒為主要特點(diǎn)的煤粉鍋爐，以其單位容積熱負(fù)荷大、供熱量易于調(diào)節(jié)、鍋爐燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn)，在大型蒸汽鍋爐中廣為使用。但是，煤粉爐存在的煤粉制備工藝復(fù)雜、飛灰含碳量高、煙塵污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約了煤粉爐的發(fā)展與應(yīng)用。

針對(duì)鏈條爐的缺點(diǎn)及煤粒層燃與煤粉懸浮燃燒的各自特點(diǎn)，層燃與煤粉懸浮燃燒相結(jié)合的復(fù)合燃燒技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其主要技術(shù)特點(diǎn)：不改變鏈條爐的原有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，僅在鏈條爐的兩側(cè)或爐后加裝一套噴粉系統(tǒng)，向鍋爐內(nèi)噴射煤粉，煤粉靠爐排上燃燒的火床點(diǎn)燃，而煤粉燃燒產(chǎn)生的高溫火焰又為爐排上的煤層著火提供熱源。復(fù)合燃燒技術(shù)綜合應(yīng)用兩種燃燒方式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又不需要對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行大幅度改變，從而達(dá)到節(jié)約投資、提高鍋爐效率的目的。

復(fù)合燃燒技術(shù)改變了鍋爐的燃燒方式，提高了鍋爐的蒸發(fā)量及熱效率，但是定量對(duì)復(fù)合燃燒的鍋爐系統(tǒng)中熱量的損失形式及數(shù)量進(jìn)行定量研究，將有助于進(jìn)一步提高鍋爐熱效率產(chǎn)生重要作用。

1　實(shí)驗(yàn)條件及能耗分析方法

復(fù)合燃燒鍋爐其鍋爐本體結(jié)構(gòu)與鏈條爐相同。增加復(fù)合燃燒制粉機(jī)和爐內(nèi)噴嘴及煤粉輸送管道。煤粉噴嘴置于側(cè)墻，噴射火焰朝向爐膛輻射區(qū)。

將水分小于6%的煤經(jīng)破碎后粒徑小于10mm。30%的煤經(jīng)破碎后進(jìn)入復(fù)合燃燒機(jī)，磨至 0.08mm以下，噴入爐內(nèi)。70%未破碎的煤投入原爐排燃燒。調(diào)節(jié)負(fù)荷時(shí)，聯(lián)合調(diào)節(jié)復(fù)合燃燒機(jī)的制粉量及鏈條爐排移動(dòng)速度。

按鍋爐熱平衡原理，鍋爐正平衡效率：

其中，D為鍋爐實(shí)際蒸發(fā)量，kg/h；iq，igs為進(jìn)出口焓值，kJ/kg；B為燃燒消耗量，kg/h；Qydw為燃煤應(yīng)用基燃燒低位熱值，kJ/kg。

低位熱值計(jì)算采用門(mén)捷列夫計(jì)算式：

其中，Cy、Hy、Qy、Sy、Wy為燃料應(yīng)用基成分質(zhì)量含量百分?jǐn)?shù)，單位%。

鍋爐燃料燃燒生成熱將用于鍋爐有效利用熱Q1、排煙熱損失Q2、可燃?xì)怏w不完全燃燒損失Q3、固體不完全燃燒損失Q4、爐墻散熱損失Q5、灰渣物理顯熱Q6幾部份的支出。

實(shí)驗(yàn)中排煙熱損失Q2按下式計(jì)算：

式中：Ipy為排煙的焓，kJ/kg，由煙氣離開(kāi)鍋爐最后一個(gè)受熱面處的煙氣溫度py和該處的過(guò)量空氣系數(shù)所決定，apy值則在熱平衡實(shí)驗(yàn)中測(cè)定；apy為排煙處的過(guò)量空氣系數(shù)，值由煙氣分析測(cè)定氣體成分后計(jì)算求得；V0k為每千克燃料完全燃燒時(shí)所需的理論空氣量，m3；（ct）lk為每 Nm3干空氣連同其帶入的10g水蒸氣在溫度為 t℃時(shí)的焓；q4為固體固體未完全燃燒熱損失比率，q4=Q4/Q1×100。

氣體未完全燃燒熱損失Q3按下式計(jì)算：

對(duì)于鏈條爐固體未完全燃燒熱損失Q4可分為以下幾部份：

式中，為爐渣未完全燃燒熱損失，kJ/kg；Qfh4為飛灰未完全燃燒熱損失，kJ/kg；Qlm4為爐排漏煤熱損失，kJ/kg。

本實(shí)驗(yàn)中，爐渣未完全燃燒熱損失Ql24和飛灰機(jī)械未完全燃燒熱損失Qfh4，按如下公式計(jì)算：

式中，Cclz、Ccfh分別為爐渣和飛灰中可燃物含量百分?jǐn)?shù)，%；alz、afh分別為爐渣、飛灰量占入爐煤總灰量的質(zhì)量份額。

爐墻散熱損失Q5本次實(shí)驗(yàn)不做測(cè)試僅按經(jīng)驗(yàn)選取。

灰渣物理熱損失Q6計(jì)算式：

式中，Clz為爐渣比熱，kJ/（kg℃），是溫度的函數(shù)，即clz=0.71+5.02×10-4tlz。為灰渣離開(kāi)爐膛時(shí)的溫度，當(dāng)不直接測(cè)量時(shí)，鏈條爐tlz=600℃。

2　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（1）鍋爐蒸發(fā)量與效率對(duì)比。對(duì)鏈條爐設(shè)計(jì)工況、鏈條爐實(shí)際工況、復(fù)合燃燒爐實(shí)際工況三種工況條件下鍋爐蒸發(fā)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖1所示，可知鏈條爐實(shí)測(cè)蒸發(fā)量為 33.3t/h，尚末達(dá)到設(shè)計(jì)蒸發(fā)量 35t/h的設(shè)計(jì)指標(biāo)。經(jīng)復(fù)合燃燒改造后，鍋爐蒸發(fā)量上升到36.4t/h，超出設(shè)計(jì)蒸發(fā)量的4%。與實(shí)際蒸發(fā)量相比，復(fù)合燃燒鍋爐蒸發(fā)量提升9.3%。

圖1　鏈條爐與復(fù)合燃燒爐蒸發(fā)量及效率對(duì)比

對(duì)三種工況下鍋爐熱效率的分析可知，鏈條爐設(shè)計(jì)效率為80%，實(shí)測(cè)效率為76%，復(fù)合燃燒鍋爐實(shí)測(cè)效率為83%?？梢?jiàn)，經(jīng)復(fù)合燃燒改造后的鍋爐熱效率比鏈條爐實(shí)際熱效率提升9.1%。

兩個(gè)指標(biāo)的分析表明，采用復(fù)合燃燒技術(shù)對(duì)于提高鍋爐蒸發(fā)量和提高鍋爐效率有較好的作用。

（2）固體未完全燃燒損失對(duì)比。鏈條爐固體未完全燃燒熱損失是鍋爐熱損失的較大項(xiàng)，其主要由爐渣機(jī)械未完全燃燒熱損失、爐排漏煤未完全燃燒熱損失、飛灰未完全燃燒熱損失幾項(xiàng)構(gòu)成。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，表明鏈條爐的固體未完全燃燒熱損失為14.5%，而復(fù)合燃燒爐固體未完全燃燒熱損失下降為10.1%，下降幅度為4.4%。

圖2給出了兩種爐型中固體未完全燃燒的對(duì)比情況?？煽闯?，在固體未完全燃燒的三種組成中，爐渣未完全燃燒占了絕大份額，主要原因是鏈條爐的層燃特性所造成。當(dāng)鍋爐負(fù)荷較大時(shí)，煤層較厚，爐排轉(zhuǎn)速較快，造成煤層底層靠近爐排面的煤粒燃燒不完全，從而以爐渣的形式被排出鍋爐，造成爐渣未完全燃燒。與爐渣未完全燃燒熱相比，爐排漏煤熱損失和飛灰熱損失相對(duì)較小。

表1　固體未完全燃燒分項(xiàng)表

圖2　固體未完全燃燒損失各分項(xiàng)對(duì)比

對(duì)鏈條爐與復(fù)合燃燒爐兩種爐型的各項(xiàng)熱損失數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以看出，復(fù)合燃燒爐的爐渣未完全燃燒熱損失降幅明顯，改造后的復(fù)合燃燒爐爐渣熱損失下降了5%。這是由于30%的煤由噴嘴燃燒，減小了爐排燃燒量，爐排上的煤有更充分的燃燒時(shí)間，易于燃盡。

爐排漏煤熱損失一項(xiàng)的數(shù)據(jù)分析可看出，復(fù)合燃燒爐的爐排漏煤熱也有所下降，降幅約為0.2%。

復(fù)合燃燒爐的飛灰熱損失要高于鏈條爐，數(shù)值約為1.2%，高于鏈條爐的0.4%。飛灰損失升高的主要原因在于復(fù)合燃燒采用噴嘴燃燒，煤粉呈懸浮燃燒狀態(tài)，小顆粒的煤粉易被煙氣帶走，形成飛灰損失。

（3）排煙熱損失對(duì)比。排煙熱損失是僅次于固體未完全燃燒熱損失的另一項(xiàng)重要熱損失。表2給出了兩種鍋爐排煙熱損失的對(duì)比狀況。

表2　排煙熱損失對(duì)比

表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試表明，排煙熱損失是鍋爐熱損失的較大項(xiàng)，其數(shù)值占到總熱損失的5%～8%，應(yīng)采取有效節(jié)能措施回收煙氣余熱。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析可知，復(fù)合燃燒爐的排煙溫度要高于鏈條爐排煙溫度約19℃。由于排煙溫度升高，導(dǎo)致排煙熱損失也相應(yīng)增加了2.47%。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在于復(fù)合燃燒采用噴嘴燃燒，有利的方面在于強(qiáng)化爐膛內(nèi)的燃燒提高了爐膛內(nèi)煙氣溫度，但不利的一面在于空氣過(guò)量系數(shù)有所增大及煙氣溫度的升高，造成排煙溫度的升高。

3　結(jié)論

對(duì)鏈條爐及復(fù)合燃燒爐兩種鍋爐的熱損失進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量對(duì)比，可得出以下的主要結(jié)論：

（1）鏈條爐采用復(fù)合燃燒技術(shù)改造后，鍋爐的蒸發(fā)量提高明顯。與鏈條爐實(shí)際蒸發(fā)量相比，復(fù)合燃燒鍋爐蒸發(fā)量提升9.3%；

（2）采用復(fù)合燃燒技術(shù)后，鍋爐總體熱效率顯著提高，提高幅度約為9%；

（3）鏈條爐改復(fù)合燃燒爐后灰渣含碳量有所下降，但飛灰損失有所增大，綜合作用結(jié)果是固體不完全燃燒熱損失下降了4.4%；

（4）復(fù)合燃燒爐的排煙熱損失要高于鏈條爐2.47%，所以對(duì)鏈條爐改造后應(yīng)配套采取煙氣余熱回收措施，以便進(jìn)一步回收煙氣熱量。

［1］劉雪華.鏈條爐排鍋爐均勻分層燃燒 ［J］.工業(yè)鍋爐，2005，（6）：39-41.

［2］王子兵.工業(yè)型煤在鏈條爐中燃燒特性的改進(jìn)性研究［D］.保定：華北電力大學(xué)，2008.

［3］王方，劉準(zhǔn)，劉寶東.鏈條爐內(nèi)型煤著火過(guò)程的試驗(yàn)研究［J］.熱能動(dòng)力工程，1989，（5）：40-46.

［4］徐云生，沈際群，陳仁輝.工業(yè)型煤在鏈條爐上的燃燒性能研究［J］.昆明工學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，（4）：9-18.

［5］秦裕琨，李爭(zhēng)起，吳少華.旋流煤粉燃燒技術(shù)的發(fā)展［J］.熱能動(dòng)力工程，1997，（4）：2-5，77.

［6］邱廣明.煤粉爐的分級(jí)燃燒技術(shù)研究 ［J］.熱能動(dòng)力工程，2000，（5）：556-559，582.

［7］周建明.低揮發(fā)分煤粉燃燒新技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用［J］.潔凈煤技術(shù)，2011，（4）：54-57，81.

［8］李元章.復(fù)合燃燒技術(shù)在鏈條鍋爐上的應(yīng)用［J］.節(jié)能，2002，（5）：37-39.

［9］馬仕文，何斌.復(fù)合燃燒節(jié)煤技術(shù)在中小型工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用［J］.廣西節(jié)能，2002，（3）：18-19.

［10］楊明新，吳少華，孫紹增，等.鏈條爐排加煤粉復(fù)合燃燒技術(shù)［J］.熱能動(dòng)力工程，1996，（1）：20-24，63-64.

［11］杜坤杰，沈士興，付軍，王愛(ài)潔.煤粉復(fù)合燃燒技術(shù)在鏈條爐排工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用與改進(jìn) ［J］.工業(yè)鍋爐，2012，（6）：34-36.

［12］成慶剛.鏈條鍋爐加煤粉復(fù)合燃燒技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益分析［J］.電站系統(tǒng)工程，1994，（5）：37-42，64.

Experimental Study on Energy Loss of Compound Combustion Boiler

DANG Yinning
（HunanjointnewenergyenvironmentalprotectionPolytron Technologies Inc，Changsha 410000）

In layer combustion was the main technical features of chain boiler mechanization degree is high，the kinds of coal to，but there are ash containing high carbon content，low heat efficiency.In order to improve the thermal efficiency of the boiler，the combined combustion technology with the combination of layer combustion and pulverized coal combustion is adopted.The compound combustion chain boilerofheatlossexperiment，theresultsshowthat，theboiler evaporation increase of 9.3%，9%improvement in thermal efficiency of the boiler，solid incomplete combustion heat loss fell 4.4%，exhaust gas heat loss increased 2.47%.

boiler，compound combustion，heat loss