摘要：兰炭挥发分一般小于 4%,且含碳量高,着火较为困难，势必引起排烟热损失(Q2)、化学不完全燃烧损失(Q3)不必要的增大,降低了锅炉的整体热效率。为了提高层燃链条炉燃用兰炭燃料的着火区的温度,改善燃料的着火条件，提高锅炉整体热效率，在炉床的炉膛内布置合适形状的炉拱，并在炉膛内布置高速喷射的二次风气流是最为有效的方法。
关键词：兰炭；锅炉炉拱；设计
一般燃煤锅炉所用煤的挥发分含量在20%以上,而兰炭挥发分一般小于4%,且含碳量高,着火较为困难,而链条炉排的着火条件是从上层面开始着火,然后向下层进行燃烧,所以兰炭的着火条件更为差。从挥发分着火燃烧分析,在标淮测试条件下（仅供参考）,木柴燃点295℃,褐煤燃点250~450℃,烟煤燃点400~450℃,无烟煤燃点700~800℃,冶金用焦炭燃点700~800℃,兰炭属半焦焦炭固体燃料。
链条炉的燃烧特点是:燃烧过程沿炉排长度分段进行,并导致炉排上方各种成分的气体也沿炉排长度分片流动,其结果造成了炉前、炉后空气过剩,炉膛中部可燃气体大量集中的不正常现象。 由于链条炉燃烧层在运行中并不存在自身的扰动作用,而使上述情况更加严重,如不设法改善,势必引起排烟热损失(Q2)、化学不完全燃烧损失(Q3)不必要的增大,从而降低锅炉的热效率。 此外,火床炉排头部新燃料的着火条件均不理想,燃料都是落在冷炉排面上,着火所需的热量只能取自一方,即炉排上方的高温烟气及炉壁的辐射热,均属单面着火,这一点尤以链条炉为明显。若不采取措施提高着火区的温度,改善燃料的着火条件,则很难适应一些着火温度较高的燃料。
按上述情况,层燃链条炉燃用兰炭燃料,改善着火技术条件的方法有两种:一是,在炉床的炉膛内布置合适形状的炉拱; 二是,在炉膛内布置高速喷射的二次风气流。
一、火床炉拱的经验性设计
从传热学上可以证明:不论什么形状的炉拱,只要它们具有相同的投影长度及投影高度,亦即拱的两个端点重合,则火床面与拱面之间的热量交换具有同样的效果。 在炉拱的设计与布置中正确的考虑原则应是:前拱应有足够的敞开度不能过低,过低的高度将对着火不利;但也不能过高,因为拱区内的三原子气体对辐射执有强烈的吸收作用,并随着气体厚度的增大而急剧增加,从而削弱了前拱本身对新燃料层的辐射作用。当炉拱过高时,就相当于取消了前拱的辐射,这显然是不合理的,一般前拱的高度总是大于后拱的高度。设计的一般规定是;对挥发分高的煤(如褐煤),前拱应设计的高些,其覆盖长度也应长些,以满足挥发分燃烧的需要;反之,对挥发分低的煤(如无烟煤),前拱可适当的压低,其覆盖长度也可相应缩短。此外,炉排长度长时,拱高也应适当放大。 但应注意,拱高h1必须与后拱的出口高度h2密切配合,以取得最佳的炉内气流流动工况。
二、燃用兰炭(当挥发份(V)＜5%)时推荐链条炉炉拱基本尺寸(建议参考)
兰炭:挥发分V＜4%,I、II类无烟煤挥发分V＜5%,二者相接近,炉拱的基本参考如下:
1.前拱
(1)前拱出口高度h1:1600~2100mm；
(2)前拱覆盖长度a1,约为(0.15~0.25)1.1为炉排有效长度(引燃拱位置低,靠近煤闸板约300~400mm)；
注:①：前拱对煤层传递的热量中再辐射热量约占80%，漫反射热量约占20%，并不存在镜面反射热量，按镜面反射学说将前拱设计成抛物线形，只能将结构复杂化，因此前拱以一般斜面的形状为宜。
2.后拱
(1).后拱出口高度h2:900~1300mm
(2).后拱覆盖长度a2:(0.6~0.7)1,取大值,遮盖着炉排有效长度60%
(3).后拱倾角α:8~10,取小值
(4).后拱端最小高度h3:0.4~0.55,偏取小值,同时可按实际需要选取
注:①：1值大者,h1,h2取较大值；
②:V小的燃料偏小取；
③:h1的值取决于后拱的配合；
④：后拱位于火床的后部，除了对后部火床起覆盖作用外，保证燃尽区的燃烧，还能组织后部高温烟气向前部引流，以加强对前拱刚入炉的煤的热辐射，进一步改善着火条件。
3.链条炉前后拱尺寸示意图
三、火床二次风及布置
所谓的二次风，是指从上方高速喷入炉膛的若干股强烈气流。二次风对扰动炉内气流、增强相互间的混合有显著作用。当布置合适时,还可在炉内形成一层二次风风幕,锁住烟气中的飞灰粒子,不仅可以改善燃料的着火条件,还可以进一步降低炉内的各项不完全燃烧损失,提高锅炉的燃烧效率。而对链条炉改善燃烧的关键是帮助燃料及时稳定的看火,因而适宜于布置炉拱(因炉拱的引燃作用优于二次风)， 二次风仅能强化料层的燃烧,扩大燃料的适用性。二次风的布置分单面单层,双面单层,四角圆切线布置。对挥发分低的燃料, 二次风一般可布置在后墙,可单面单层布置；对于较大的炉膛，可采用双面单层，布置在锅炉两侧；而对于一些立式炉膛，则建议采用四角圆切线布置。二次风常用的布置角度有水平式及下倾式两种,下倾式角度建议10~25°，二次风喷口一般离燃料层表面距离应大于600mm,但也不可过高,通常不超过1200~2000mm。二次风喷口形状常用的有两种:圆形和方形。圆形喷口直径为中φ40~φ60mm, 长方形一般短边为8~20mm，长宽比为3 ~5。 对链条炉排,二次风风量建议控制在总风量的 5~15%之间(燃用兰炭,建议控制在总风量的6%)。二次风的初始风速建议在50~80m/S,相应的风压约为2000~4000Pa，由此可选择合适的二次风机。
四、总结
设计合理的锅炉炉拱，有助于煤层的着火及燃烧，根据燃料的种类、颗粒度、结焦、结渣特性，炉拱需要进行适当的设计布置，到目前为止，还没有能用来确定燃用各煤种的炉拱最佳布置、合理尺寸的理论计算公式。炉拱的设计按照我国锅炉行业总结，结合本人实际工作经验，通过对燃煤锅炉的炉拱的适当改造，布置合适的二次风，基本可以改善兰炭燃料的着火条与燃烧条件，最终提高锅炉整体热效率。
论文作者:王力
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/20
标签：燃料论文; 炉膛论文; 链条论文; 锅炉论文; 长度论文; 燃点论文; 条件论文; 《电力设备》2019年第14期论文;