层燃燃烧方式和其设备西安交通大学锅炉原理

(a)固定床；(b)流动床；(c)鼓泡床；(d)湍流床；(e)快速床；(f)喷流床2．床层的几种状态固定床：床料高度未发生明显的变化。流动床：料层高度发生变化，未产生大量的气泡，扰动并不强烈。鼓泡床：床内大量气泡，不断上移，小气泡聚集成较大气泡穿过料层并破裂，两相混合强烈，与水被加热沸腾时的情况相似。但料层还可看到比较清晰的界面。湍流床：床料内气泡消去，看不清料层界面，但床内仍存在一个密相区和稀相区。快速床：床料上下浓度更趋于一致，但细小的床料颗粒将聚成一个个小颗粒团上移，在上移过程中有时小颗粒团聚集成较大粒团，较大粒团一般沿流动方向呈条状。喷流床：空气速度再增加时，床料将均匀地、快速地全部喷出床外，也称做气力输送。流动床、鼓泡床、湍流床、快速床都可称为流化床。5.2层燃燃烧方式及其设备

层燃炉的工作特性1.层燃炉的燃烧过程特点:金属栅格—炉排(炉篦子).有时也叫做"火床"燃烧。"火床"形象地表达了这种燃烧方式的特点。

也划分为预热干燥阶段、挥发分析出并着火阶段、燃烧阶段和燃尽阶段。三项主要操作:加煤除渣拨火拨火就是拨动火床，平整和松碎料层，使通风均衡、流畅，并除去燃料颗粒外部包裹的灰层。

为实现操作的机械化，已有很多炉排的结构型式和与之相配合的辅助机构。按燃料层相对于炉排的运动方式,有：①燃料层不移动的固定火床炉，如手烧炉和抛煤机炉。②燃料层沿炉排面移动的炉子，如倾斜推饲炉和振动炉排炉。③燃料层随炉排面一起移动的炉子，如链条炉和抛煤机链条炉。

2.层燃炉的热负荷（1）炉排面可见热负荷火床炉中绝大部分燃料是在炉排上燃烧的，用一个所谓的“炉排面可见热负荷”来表示燃烧的强烈程度。炉排面可见热负荷是炉排单位面积在单位时间内燃烧燃料所放出的热量，单位为kW／m2。

对于某一种炉子型式，燃烧某一种燃料，炉排面可见热负荷有一合理的限值。（2）炉膛容积可见热负荷仍有一部分可燃物在炉膛容积中燃烧。与炉排面热负荷相应，还有一个炉膛容积可见热负荷，单位为kW／m3。

也应有一个合理的限值。但范围较宽。“可见”二字是因为在火床炉中要分别测出燃料在火床上和炉膛容积中的燃烧放热量是非常困难的，所以在炉排面和容积热负荷中，都是有条件地把燃料燃烧的全部热量作为比较基础，而以“可见”二字来区别于其它。3.炉排片的工作特性炉排片必须满足通风和冷却的要求。指标主要有炉排通风截面比和炉排片冷却度。

炉排通风截面比须根据所用煤种、炉排型式、通风方式等加以选择。

（2）炉排片冷却度是可靠性指标。为很好地冷却炉排片，应保证有一定的高度，以足够的侧面积被空气冲刷冷却。空气冷却炉排片的程度用冷却度来表示。冷却度是被空气冲刷的炉排片侧面积与同燃料层接触的炉排片表面积之比，即5.2.2固定炉排炉1.手烧炉加煤、拨火、除灰都由人工操作，强度大，效率低，冒黑烟。结构简单、操作方便、煤种的适应性较好，0.7MW以下采用。1—炉排；2—燃烧层；3—炉室；4—落灰室；5—炉门；6—灰门（1）炉条炉排由很多炉条组成。燃烧空气由灰门进入，穿过炉排进入炉排上的燃烧层。有条状炉条及板状炉条两种。(a)条状炉排；(b)板状炉排

条状炉排的通风截面比比较大，约为20%一40%，空气在燃烧层中扩散较快，空气汇合面距炉排面较近。空气汇合面即为燃烧层中燃烧最强烈的区域。适用于挥发分高的煤。板状炉排的通风截面比比较小，约为8%一20%，空气送入相对集中，在燃烧层中扩散较慢，燃烧层中的高温区距炉排面较远。适用于无烟煤或贫煤（2）燃烧层结构及气体成分Ⅰ一灰渣区；

Ⅱ一氧化区；

Ⅲ一还原区；Ⅳ一干燥干馏区

空气从炉排下送入，先经灰渣区，空气中的氧没有变化。然后流过灼烧的焦炭层，焦炭在燃烧，空气中的氧逐渐减少，而二氧化碳逐渐增多形成氧化区。继而氧气不足，氧仍缓慢减少，而一部分二氧化碳还原成一氧化碳，形成还原区。最后经过新煤的干燥干馏区。

手烧炉煤中的挥发分在干燥干馏区挥发，是在严重缺氧的条件下挥发的，必然产生碳黑而冒黑烟。不论是任何种类的机械化层燃炉或室燃炉，只要是挥发分是在缺氧情况下挥发，都会冒黑烟。碳黑是0.5～lμm的固体碳末，很难燃烧，并由于很细，一般旋风式等除尘器难以捕捉，因而随烟气排出而形成黑烟。（3）手烧炉的燃烧过程新煤受热有两个热源：新煤下部灼热的焦碳层；新煤表面受火焰及炉墙的辐射热。新煤层是双面受热，温度上升快，着火条件很好，也可认为手烧炉是无限制着火。图1-4手烧炉空气供需情况

加煤时开启炉门，大量冷空气涌入炉内，不仅使炉温降低，而且破坏炉内负压，炉排下的空气难以穿过燃料层，使燃烧情况恶化。炉门关闭后，开始由于煤层厚，阻力大而进风虽少。随着燃烧的进行，煤层逐渐变薄，进风也就逐渐增多。

ab线：空气量的供给。

ef线：整个燃烧周期中需要的空气量。cd线：供入的空气实际有效参与燃烧的量。jk线：焦炭燃烧所需空气量的变化。

4、手烧炉改进燃烧的措施改进操作，“少、勤、匀、快”。将固定炉排改成摇动炉排。1一下炉门（灰门）；2一下炉排；3一中炉门；4一水冷炉排下集箱；5一上炉门；6一汽锅；7一水冷炉排；8一炉膛出口；9一烟气导向板(c)改变燃烧层结构，使挥发分在富氧情况下挥发，而消除冒黑烟。双层炉排就是采用这种措施的一种方法。挥发分在上炉排挥发，由上炉门进入的空气尚未进入氧化区，挥发是在富氧情况下进行，这就从根本上避免黑烟的形成。双层炉排燃烧层结构示意图Ⅰ一灰渣区；Ⅱ一氧化区；Ⅲ一还原区；Ⅳ一干燥干馏区2．抛煤机炉抛煤机和固定火床的组合。用在容量不太大的锅炉(一般D≤10t／h)。抛煤机的分类机械的、风力的以及机械与风力联合机械抛煤机用旋转的叶片或摆动的刮板来抛散燃料，风力抛煤机用气流来吹播燃料，而风力机械抛煤机则兼用以上两种抛煤方式。机械抛煤机，粗粒落于远处，细粒落于近处，细粒煤甚至就落在抛煤机出口之下，堆成小丘。风力抛煤机则与之相反。风力机械抛煤机的颗粒度分布比较均匀。前两者使用较少。

（2）风力机械抛煤机的结构和工作过程风力机械抛煤机如图5-4所示。

抛煤机炉优点：①燃料适应性较好。对水分较多，粘结性强、灰分熔点较低和着火较困难的燃料都适用。但对燃料的颗粒度有一定的要求，燃用低挥发分煤时飞灰中的机械不完全燃烧损失较大；②抛煤机炉子燃烧过程猛烈，调节灵活，适应负荷变动的能力很强；③抛煤机炉子投资少，金属耗量也不多。

缺点：①初始排尘浓度高，冒黑烟；②煤粒不够均匀，细粒煤堆在炉排前部，粗粒煤则落在炉排后部，总的机械不完全燃烧损失就较高，③每班要清炉2-3次，清炉时燃烧过程会受到影响；④清炉操作繁重。一般适用于蒸发量在10t／h以下的锅炉。5.2.3移动炉排炉1．链条炉最常用的机械化层燃炉。从加煤到排除灰渣都实现了机械化，运行稳定可靠，应用广泛。1一煤斗；2一煤闸门；3一炉排（包括前链轮及后滚筒）；4一主动链轮；5一分段送风仓；6一防焦箱；7一看火孔及检查门；8一除渣板(老鹰铁)；9一渣斗；10一灰斗；11一后墙水冷壁管；12一后墙水冷壁下集箱；13一前墙水冷壁下集箱；14一前墙水冷壁管（1)链条炉的结构和工作原理关键部件是炉排。对链条炉排的共同要求是：结构简单，省金属，漏煤少，通风阻力小，运行平稳可靠。

常用的链条炉排有三种结构形式：（a）链带式链条炉排俗称轻型炉排或小炉排，常用于<10t/h。

（b）鳞片式链条炉排

容量较大的锅炉(10~35t/h的蒸汽锅炉，7-29MW的热水锅炉)常用鳞片式炉排。是一种不漏煤炉排。

（c）横梁式链条炉排其特点是在链条5上装有支架6(支架又称横梁)，炉排片7都装在支架上。链轮4通过链条来带动支架运动，炉排片不受拉力，整个炉排刚性较好。但结构笨重，金属耗量大，制造安装要求也较高。

（2）链条炉的燃烧过程属前饲炉。沿炉排长度由前往后分阶段进行的。

1—新燃料区；2一析出挥发分区；3一焦炭燃烧区(其中：3a一氧化区3b—还原区)；4一燃尽区a)烟气成分；b)空气供应量的变化曲线1一无分段送风时空气供应量；2一燃烧所需空气量；3一焦炭燃烧所需空气置；4一挥发分燃烧所需空气量；5一有分段送风时按需分配空气供应量；6一有分段送风时按推迟配风法分配的空气供应量（3）链条炉炉膛布置问题：气体“成层”地上升，不能混合。无法使中部放出的可燃气体和两端的过剩空气混合，可燃气体无法在炉膛内燃尽。着火条件较差，燃料引燃主要依靠炉膛内的辐射。难以着火的燃料无法被引燃。措施：分段送风；设置炉拱；加装二次风。

分段送风：把统仓风室沿长度方向分成几段做成几个独立的小风室，每个小风室按该区段所需的空气量分别调节。或称分区送风。段数分的越多，风量分配越好，但太多会使结构复杂，一般4～9段。何谓炉拱？是炉膛下部直接遮蔽炉排面的那部分平面隔墙或垂直炉墙的伸出部分。炉拱的作用：加快新燃料的引燃促进炉膛内气体混合。炉拱并不产生热量，引燃作用主要在于通过吸收来自火焰和高温烟气的辐射热，并加以集中地辐射到新燃料上，使之升温、着火。或输送高温烟气的同时，烟气流也将炽热的炭粒夹带并散落在新燃料层上，形成炽热的炭粒覆盖层进行导热加热。根据位置，有：前拱；后拱；中拱

前拱位于炉排的前端，起加快新燃料的引燃作用，所以又叫做引燃拱。过去。。。。。图5-26抛物线型引燃拱的传热原理图a)按反射方式传热；b)按辐射方式传热拱型图

后拱能将炉排上强烈燃烧区的高温烟气输送到前拱区，大幅度地增补那里的热量，提高那里的炉温，加速引燃。后拱的引燃作用是通过前拱起作用的，为间接引燃。

后拱输出的高温烟气对前端新燃料层表面的直接冲刷以及炽热的炭粒夹带到前部，并散落在新燃料层上也会产生对流传热作用，从而形成直接引燃。直接引燃的作用比间接引燃作用小得多。后拱的作用在混合。后拱将后部大量富氧气体引到前部，并与前拱一起在前后拱间造成诸如旋涡、对冲等的优良气体动力条件。中拱是布置在火床中部燃烧旺盛区的短拱

可看成是特低后拱中关键的一部分，是一种强对流型炉拱。它能很容易地将高温烟气引入着火区，而又不使炉排后段死灰区的低温烟气进入引燃区，因而具有很好的引燃性能。另一优点是不会发生拱区的烟气闷塞或冒正压。

前拱和后拱的组合具有最佳的引燃和混合性能，我国都采用“人”字形前拱和“人”字形后拱所组成的双“人”字形拱组何谓二次风？火床上方以压力送入炉膛的强烈气流。作用：扰乱炉内气流，使之混合，降低q3和炉膛α。和混合炉拱相比，优点：布置灵活，调节方便，炉膛结构简单。缺点：消耗一定的能量。

配合炉拱使用。若布置恰当，还能有其它作用：(1)将烟气引带至前端，有引燃作用。(2)对吹组织起烟气的旋涡流动。可延长飞煤在炉膛中的行程，增加燃烧时间，旋涡分离作用使部分飞煤摔回炉排，逸出量。有利于消烟除尘，降低飞灰带走的损失。(3)射流引带和推送烟气的作用能使烟气流按所要求的路线流动，延长烟气行程、改善充满度、控制燃烧中心的位置、防止炉内局部结渣。(4)形成的气幕能起封锁烟气流，可用来防止烟气流短路，使炉膛中的可燃气体和飞煤不致未经燃烧就逸出炉膛。(5)空气二次风可提供—部分氧气，帮助燃烧。不过由于二次风不经过燃料层，因此，过多的二次风会增大过量空气系数，增加排烟热损失。

所用的工质可以是空气，也可以是蒸汽，甚至是烟气。

为产生足够的扰动，要求有一定的出口动量流率，即风量和出口速度。由于火床上的主要燃烧过程的需要，以及炉排冷却之必需，一次风量不宜过小。因此，空气二次风的风量不大，并与燃用燃料的品种有关，一般为总风量的5％～15％。这样，空气二次风的出口速度就要求较高，并随工质温度，上升烟气的动量流率、所需的射程而变。二次风的初速一般为50～80m／s，相应的风压约为2000～4000Pa。二次风的布置形式：前后墙布置。四角切向布置.

（4）链条炉的特点着火条件差，难燃用无烟煤或贫煤，或水分较多的煤;粘结性强的煤和易熔性灰的煤，难以通风而烧不透，要求灰的熔点不得低于1200℃。

细末多的煤也不适用，易被吹起；

燃烧层中氧化区和还原区在上，挥发分析出在下，空气由下向上流动，挥发分的挥发一般都在富氧条件下进行，故不易冒黑烟。

尽管采用分段送风、设炉拱或二次风，还有问题：(1)煤仓供煤，向下的垂直压力大，煤闸板的挤压，进入的煤较密实。(2)颗粒大小不等的煤粒混合在一起，常称为煤的粒径无序掺混。(3)煤向下卸至贮煤仓时，块煤易向两侧滚动，造成煤层分布不均，两侧块煤多而中部细碎煤粒较多。煤层透气性差，通风阻力大，送风机电耗增加；通风不匀，易于形成“火口”，使过剩空气系数偏大，或漏煤量较多；两侧块煤多通风阻力小，易漏入冷空气使炉温下降，过剩空气系数上升。最终排渣含碳量高，锅炉效率和出力都下降。特别是燃用煤种与锅炉要求不吻合，燃用挥发分少灰分多、碎末多的劣质煤时，锅炉效率和出力都比设计数值低很多。

采用分层燃烧技术进行改善改进给煤装置。在落煤口的出口装给煤器，使落煤疏松和控制加煤量，而取消煤闸门；然后通过筛板或气力的作用，将煤按粒度分离分档，使炉排上的煤层按不同粒径范围有序地分成二层或三层，有的还将粉末送至炉膛内燃烧。

2.抛煤机链条炉抛煤机固定炉排炉和链条炉排结合起来，在一定程度上相互取长补短，收到较好的效果。

分为二种：一种为风力抛煤机链条炉(常称风播炉)，在这种炉子中，由于粉末大多播向炉排后部，故其炉排与普通链条炉排一样是顺转的。另一种为风力机械抛煤机链条炉，以机械抛煤为主，煤粒分布为前细后粗，这时炉排转动的方向就应与普通链条炉排相反，即所谓倒转炉排。后一种使用较多。燃烧情况大致与链条炉相似。图5-28抛煤机链条炉1一风力机械抛煤机；2一前部二次风；3一后部二次风；4一链条炉排；5一飞灰复燃装置图5-29抛煤机链条炉的火床燃烧过程示意图（4）抛煤机链条炉的燃料适应性适宜于燃用细屑不过多、挥发分中等以上的燃料。与普通抛煤机炉所规定的相同，即0～6mm粉末不超过60%，其中0～3mm的粉末不超过35%。煤块的最大尺寸不超过3-～40mm，最好不大于25mm，以保证其燃尽。当燃用低挥发分燃料时，飞灰含碳量很多，机械不完全燃烧损失大大增加；此时即使采用飞灰复燃装置，收效也不大；因此抛煤机链条炉一般宜燃用Vr>15％～20％的燃料。燃用灰分过高的燃料时，因除渣要求而加快炉排速度，这时有可能使炉排面起端部分的煤层来不及着火。因而要求Aar<30%。此外，燃煤中水分过高，将导致给煤机构堵塞失灵，故要求Mar<17%。5.2.4往复推饲炉和振动炉排炉1.往复推饲炉（1）往复推饲炉排炉的构造及工作原理

煤从煤斗加入，由于活动炉排片不断往复运动，将煤从炉排上缓慢由前向后，由上向下移动，最后落集在燃尽炉排上，燃尽后灰渣下落至渣斗6。空气由炉排下送入。

图5-30倾斜式往复炉结构简图1一活动炉排片；2一固定炉排片；3一支撑棒；4一炉拱；5一燃尽炉排；6一渣斗；7一固定粱；8一活动框；9一滚轮；10一电动机；l1一推拉杆；12一偏心轮（2）往复推饲炉排炉的燃烧过程燃烧和燃尽阶段