鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行時風(fēng)煤比優(yōu)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(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)行廣泛存在，低負(fù)荷運(yùn)行燃煤燃燒不完全，造成排煙熱損失、化學(xué)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(chǎn)物如煙塵、氮氧化和物等會環(huán)境產(chǎn)生污染[2]。針對鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行的燃煤不完全燃燒，本文認(rèn)為鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)化燃燒，主要是給煤量與送風(fēng)量之間配比優(yōu)化，結(jié)合低負(fù)荷運(yùn)行特點(diǎn)即給煤量要少一點(diǎn)以適合低負(fù)荷運(yùn)行時爐膛熱負(fù)荷，送風(fēng)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(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化配比就要引入“風(fēng)煤比”概念，風(fēng)煤比就是進(jìn)入鏈條爐總風(fēng)量與總給煤量的比值。風(fēng)煤比優(yōu)化用煙氣最佳過量空氣系數(shù)來判斷[3]，通過煙氣最佳過量空氣系數(shù)來控制送風(fēng)量，并隨之調(diào)節(jié)給煤量，使送風(fēng)量與給煤量達(dá)到最佳的比值，以實(shí)現(xiàn)鏈條爐在低負(fù)荷運(yùn)行時優(yōu)化燃燒，達(dá)到對燃煤的燃燼燃燒，提高鍋爐熱效率，降低對環(huán)境產(chǎn)生的污染。本文研究重點(diǎn)為風(fēng)煤比優(yōu)化。

1 風(fēng)煤比優(yōu)化的特點(diǎn)

1.1 最佳風(fēng)煤比

最佳風(fēng)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(shù)。煙氣最佳過量空氣系數(shù)的大小是決定燃燒和燃盡程度的關(guān)鍵，如果過大，將使排煙熱損失增大，反過來，若過小，就會產(chǎn)生不完全燃燒損失和黑煙。風(fēng)煤比的優(yōu)化就是進(jìn)入鍋爐的總風(fēng)量與總給煤量的比值是一個優(yōu)化值，衡量風(fēng)煤比的手段是煙氣最佳過量空氣系數(shù)。

1.2 煙氣最佳過量空氣系數(shù)

鏈條爐的理論最佳過量空氣系數(shù)值為1.2[3]。但考慮爐膛、煙道漏風(fēng)等問題[4][5],我們認(rèn)為應(yīng)進(jìn)行實(shí)爐最佳煙氣過量空氣系數(shù)的測試，確定煙氣最佳過量空氣系數(shù)，用于對最佳風(fēng)煤比的的判斷。

煙氣最佳過量空氣系數(shù)應(yīng)根據(jù)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(xué)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(shù)的值而變化的，它們之和的最小值，也就是最低點(diǎn)如圖1所示所對應(yīng)的煙氣過量空氣系數(shù)，為煙氣最佳過量空氣系數(shù)。

圖1 鍋爐熱損失與過量空氣系數(shù)

2 試驗(yàn)方法

鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行時，在煤質(zhì)穩(wěn)定的情況下，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)際運(yùn)行工況的熱平衡測試，尋找實(shí)爐煙氣最佳過量空氣系數(shù)并用于風(fēng)煤比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。具體優(yōu)化方法如下：

首先，確定實(shí)爐煙氣最佳過量空氣系數(shù)，依據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和燃煤顆粒尺寸選定煤層厚度，通過調(diào)整不同的爐排行進(jìn)速度控制給煤量，根據(jù)給煤量結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)配備適當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)量保證燃燒效果。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試，各熱損失之和的最小值所對應(yīng)的煙氣過量空氣系數(shù)為實(shí)爐煙氣最佳過量空氣系數(shù)。

其次，風(fēng)煤比的優(yōu)化，根據(jù)給煤量的變化在不同低負(fù)荷時對送風(fēng)量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，以實(shí)爐煙氣最佳過量空氣系數(shù)為評判指標(biāo)，確定最佳風(fēng)煤比。

圖2 爐型示意圖

3 風(fēng)煤比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

選擇熱功率為56MW、14MW 兩 臺 鏈條爐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，按1#、2#爐進(jìn)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(shè)備布置如圖3所示，通過煙氣分析儀、煤質(zhì)分析設(shè)備進(jìn)行測試。

表1 鍋爐的基本信息

實(shí)驗(yàn)用煤為鍋爐使用單位的混煤，煤質(zhì)成分分析見表2。

表2 1#、2#爐煤質(zhì)成分分析

3.2 實(shí)爐最佳過量空氣系數(shù)測試

依據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和煤顆粒尺寸分別選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，根據(jù)給煤量配備適當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)量保證燃燒效果。1#爐運(yùn)行熱負(fù)荷分別為60%、65%、70%，煤層厚度分別為120mm、140mm、160mm，爐排行進(jìn)速度分別為0.25m/min、0.35m/min、0.45m/min。2#爐運(yùn)行熱負(fù)荷分別為50%、60%、65%，煤層厚度分別為90mm、100mm、110mm，爐排行進(jìn)速度分別為0.15m/min、0.25m/min。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，排煙損失q2、化學(xué)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(shù)的值的關(guān)系，分別如圖4、圖5所示。

圖4 1#爐最佳量空氣系數(shù)圖

圖5 2#爐最佳量空氣系數(shù)圖

不同負(fù)荷時的排煙損失q2、化學(xué)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(yīng)的過量空氣系數(shù)為煙氣最佳過量空氣系數(shù)，由圖4可知，1#爐為1.8575。由圖5可知，2#爐為1.8825。

上述實(shí)測數(shù)值則為實(shí)驗(yàn)爐型1#、實(shí)驗(yàn)爐型2#的最佳過量空氣系數(shù)，并以此為判斷最佳風(fēng)煤比的依據(jù)。

3.3 風(fēng)煤比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

1#爐、2#爐的送風(fēng)設(shè)備均安裝了變頻器有自動和手動兩種操作模式，根據(jù)變頻器的手動模式即手操器調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的頻率來控制送風(fēng)量，結(jié)合實(shí)爐煙氣最佳過量空氣系數(shù)測試過程中的數(shù)據(jù)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(jìn)速度，1#爐爐排行進(jìn)速度為0.25m/min、0.35m/min、0.45m/min，鏈條爐熱負(fù)荷為60%、65%、70%。2#爐爐排行進(jìn)速度為0.15m/min、0.25m/min，鍋爐熱負(fù)荷為55%、60%。送風(fēng)頻率的百分比與實(shí)測過量空氣系數(shù)的關(guān)系，分別如圖6、圖7所示。

圖6 1#爐風(fēng)煤比

圖7 2#爐風(fēng)煤比

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

通過對鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行工況的實(shí)驗(yàn)，可以找出低負(fù)荷運(yùn)行時的煙氣最佳過量空氣系數(shù)，并以此為依據(jù)確定最佳風(fēng)煤比，提高鏈條爐低負(fù)荷運(yùn)行時的燃燒工況，達(dá)到優(yōu)化燃燒的目的。

4 結(jié)語

4.1 煙氣最佳過量空氣系數(shù)是最佳風(fēng)煤比的評判依據(jù)，理論過量空氣系數(shù)是不適用的。

過量空氣系數(shù)應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)，確定實(shí)爐煙氣最佳過量空氣系數(shù)。

4.2 提出風(fēng)煤比優(yōu)化方法，即首先經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試尋求實(shí)爐煙氣最佳過量空氣系數(shù)。其次以實(shí)爐煙氣最佳過量空氣系數(shù)為評判指標(biāo)，進(jìn)行風(fēng)煤比優(yōu)化。

4.3 利用實(shí)驗(yàn)鏈條爐進(jìn)行實(shí)爐煙氣最佳過量空氣系數(shù)的測試，確定實(shí)爐煙氣最佳過量空氣系數(shù)。利用實(shí)爐煙氣最佳過量空氣系數(shù)進(jìn)行風(fēng)煤比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，，確定了最佳風(fēng)煤比，達(dá)到鏈條爐優(yōu)化燃燒的目的，提高經(jīng)濟(jì)效益，降低環(huán)境污染。

[1]陳志剛,毛福杰,張旭,等.工業(yè)鍋爐低負(fù)荷工況節(jié)能分析與對策[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2011，(9):22-25.

[2]張朝梅.DHL-29型鍋爐節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2012,(6):6-8.

[3]張春發(fā),趙寧,謝飛,等.基于最佳風(fēng)煤比修正的燃燒控制[J].發(fā)電設(shè)備,2004:87-89.

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

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

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