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锅炉节能基础理论
锅炉节能基础理论
第一节燃料及其基本特性
燃料是指在空气中燃烧并能放出大量热量的气体、液体或固体,且在经济上具有利用价值的物质的总称。
锅炉使用的燃料通常按照存在的物理形态,将其分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三种。
固体燃料常用的有煤、矸石、页岩和甘蔗渣等;液体燃料常用的有重油、渣油和轻柴油等;气体燃料常用的有天然气、城市煤气、高炉煤气、集炉煤气和液化石油气等。
锅炉选用的燃料种类和品质不同,锅炉的设计结构、选用的燃烧方式和燃烧特性也不相同,这些都与锅炉的安全、经济运行有着密切联系。
因此,了解和掌握各类燃料的性质及其燃烧特点,对做好锅炉节能工作具有十分重要的意义。
一、固然燃料
目前,锅炉上使用的固体燃料主要是煤,因此这里重点介绍煤炭燃料基本特性。
1、煤的分类
我国煤炭资源丰富,种类繁多,为了能够合理地使用各类煤,应对煤进行科学分类。
应用比较广泛的,是按干燥无灰基挥发分的含量和胶质层最大厚度对煤进行分类。
所谓胶质层最大厚度是指将煤样放在专门的容器内逐渐加热到730℃,煤在受热干燥过程中,焦炭表面会产生一种胶质体(熔化的沥青表层),随着干燥温度的升高,胶质体厚度也增加,这个厚度的最大值即称为胶质层最大厚度,用符号Y表示,单位是mm。
胶质层最大厚度,反映了煤的焦结性,胶质层越厚,煤的焦结性越强。
我国按挥发分含量和胶质岐厚度把煤炭划分为十大类,即无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱黏结煤、不黏结煤、长焰煤及褐煤,其中无烟煤、贫煤、弱黏结煤、不黏结煤、长焰煤与褐煤的胶质层厚度不大或不稳定,属于不焦结和弱焦结煤,不适宜作为炼焦煤,而可作为动力用煤供锅炉燃用。
以下为几种锅炉常用煤种及其特性。
(1)无烟煤无烟煤的特点是固定碳含量很高,挥发分含量很小,干燥无灰基挥发分Vdaf≤10%,故不易点燃,燃烧缓慢,燃烧时无烟且火焰很短。
因无烟煤的干燥无灰基含碳量达95%-96%,但含氢量少,故无烟煤发热量可能较烟煤低,也可能较烟煤高。
其发热量大致为20930-25120Kj/kg(或5000-6000kcal/kg);焦炭无焦结性;表面具有黑色光泽;密度较大,且质硬不易研磨;储存时不易风化和自燃。
(2)贫煤贫煤的性质介于无烟煤与烟煤之间。
其炭化程度比无烟煤稍低,挥发分含量为10% (3)烟煤烟煤的特点是固定碳含量较无烟煤低,挥发分含量较多,一般Vdaf>20%,故大部分烟煤都易点燃,燃烧快,燃烧时火焰长;烟煤发热量大致为18850-27210kJ/kg(4500-6500kcal/kg);多数具有或强或弱的焦结性,锅炉只能燃用那些不宜炼焦的烟煤;烟煤表面呈灰黑色,有光泽,质松易碎,储存时有可能会自燃。 烟煤还有一种灰分、水分含量较高,发热量较低(多在18850Kj/kg以下)的品种,称为劣质烟煤。 燃用劣质烟煤除应在燃烧上采取适当措施外,还应考虑受热面积灰、结渣和磨损等问题。 (4)褐煤褐煤的特点是固定碳含量不多,含挥发分很高,其Vdaf〉40%,故极易点燃,燃烧时火焰长;又因其水分、灰分及氧的含量均较高,故发热量低,不耐烧,大致为10500-14700kJ/kg(2500-3500kcal/kg);褐煤燃烧后焦炭无焦结性。 褐煤外表多呈棕褐色,质脆易风化,储存时极易发生自燃。 (5)石煤石煤是含灰分特别高的煤。 煤矸石是夹带有矸石等矿物质的煤。 它们的含灰量都在50%以上,发热量很低,一般需要制成细小的颗粒才能燃烧。 这种煤由于发热量低,不易燃烧,所以在锅炉上较少使用。 目前,只有沸腾炉和循环流化床锅炉中应用。 2、煤的主要特性 判断煤的燃烧特性主要是依据煤的工业分析数据,同时结合其灰熔点和焦炭的黏结特性等方面,从而在锅炉运行中采取相应的技术措施,调节和控制燃烧过程,提高锅炉运行的经济性。 煤的工业分析项目有挥发分、固定碳、水分、灰分和发热量等。 (1)挥发分对煤进行加热时,首先析出水分,然后排放出碳氢化合物、氧、氮、有机硫等气体,这些气体就是挥发分。 由于挥发分中的主要成分是可燃气体,且这种气体能在较低的温度下着火燃烧,所以煤中挥发分含量越多,煤就越容易着火燃烧,但挥发分含量太多,固定碳的含量相应减少,则会使其发热量降低。 (2)固定碳煤中的水分和挥发分全部析出后,余下的便是焦碳,它包括固定碳和灰分。 碳在完全燃烧时生成二氧化碳,并放出全部热量。 但如果空气供应不足等原因,则生成一氧化碳,这时只能放出约全部热量的1/3。 当然,一氧化碳在足够高的温度下再遇氧时,将化合成二氧化碳,并放出所含的热量,补足全部热量。 (3)灰分煤燃烧后残留下来不能燃烧的部分就是灰分,煤的含灰量一般在10%-40%之间。 煤中的灰分主要由两部分组成,一部分是原来存在于植物中的矿物质,另一部分是煤在开采、运输过程中混入的砂和石灰土。 煤中灰分的存在,不但降低了燃料的发热量,增加了热损失,而且当烟气流速较高时,会增加对流受热面的磨损。 烟速较低时,易引起受热面的积灰,影响传热,降低锅炉的热效率。 此外,灰分会随烟气排出室外,污染周围空气;熔化的灰分还会堵塞炉排,恶化通风,影响燃烧。 (4)水分水分也是煤中有害成分。 水分在燃烧过程中要吸收热量,使炉膛温度降低,增加着火和燃烧的困难。 水分汽化后还会增加烟气体积,这不仅增加排烟热损失,而且还会加重引风机的负担,同时,还会加剧尾部受热面的腐蚀。 但是,在煤中保持适量的水分,可增加煤末的黏附能力,减少炉排漏煤和飞灰含碳量。 同时在煤粒间的水分蒸发后能疏松煤层,增加煤粒间空隙,减少通风阻力,促进燃料的稳定燃烧。 一般情况下,工业锅炉用煤的工作水分可控制在10%-14%范围内。 (5)发热量煤在完全燃烧时所能放出的热量称为煤的发热量。 煤的发热量有低位发热量和高位发热量之分。 通常,将煤中的水分在燃烧时吸收的热量全部释放出来的发热量称为高位发热量。 但是,实际上水吸收热量变成水蒸气后随烟气从烟囱排出,不可能将吸收的热量释放出来,因此通常将高位发热量扣除水汽化潜热后的发热量称为低位发热量。 在锅炉设计和运行管理中,一般都用低位发热量来计算耗煤量和热效率。 不同种类的煤,其发热量差别很大,为了便于对比和计算,通常将低位发热量为29260kj/kg(7000kcal/kg)的煤称为标准煤。 (6)灰熔点和焦炭的黏结性不同煤种的灰分组成变化很大,其灰熔点也不一样。 通常,将灰熔点高于1425℃的灰称为难熔性灰,低于1200℃的称为易熔性灰。 灰熔点低的煤,易于结渣,难以燃尽,增加不完全燃烧热损失。 有时,熔融的灰渣堵塞了炉排上的通风孔隙,使燃烧过程恶化。 焦炭的黏结性对于层状燃烧有显著影响,也是煤的重要特性之一。 在炉排上燃烧强黏结性的煤,会引起严重结焦,阻碍通风,致使可燃物难以继续燃烧。 反之,燃烧非黏结性煤,焦炭会呈粉状,燃烧层趋于密实,引起通风不良。 有时还会形成局部火口,把部分细煤屑吹走,增加飞灰未燃尽损失,燃烧工况大为恶化。 二、液体燃料 1、锅炉用液体燃料的种类及性质 在锅炉内燃用的液体燃料主要是重油和渣油,也有小型锅炉燃用柴油、原油、液化气残液油(混合油)。 重油它是由裂化重油、减压重油、常压重油或蜡油等按不同比例调制成的。 根据80℃时运动黏度可分为20号、60号、100号和200号4个牌号。 牌号的数目大致等于该油在50℃时的恩氏黏度°E50。 表2-1是它们的质量指标。 20号重油用在小型油喷嘴的燃油锅炉上,60号重油用在中等出力喷嘴的燃油锅炉上,100号和200号重油用在具有预热设备的大型喷嘴的锅炉上。 2、液体燃料的主要性能指标 了解和掌握液体燃料的各项特性指标,不仅是正确选用锅炉设备和进行设计计算的依据,而且也是做好液体燃料的管理工作,确保锅炉设备安全经济运行的前提。 燃料油作为液体燃料,具有许多特性。 现就燃料油的主要特性及其对燃烧的影响作如下介绍。 (1)黏度表砂流体流动性能的好坏,黏度越大,流体流动性越差。 黏度对燃烧和运输有很大影响。 黏度大,在管道内输送阻力增加,装卸和雾化都有困难,因而需要加热。 黏度与温度有关,温度提高后黏度就降低。 重油的黏度通常用恩氏黏度“°E”表示。 即200ml试验重油在温度为t℃时从恩氏黏度计中流出的时间,与200ml温度为20℃的蒸馏水从同一黏度计中流出的时间之比,叫做重油在t℃时的恩氏黏度。 燃油黏度的大小反映燃油流动性的高低,对于高黏度油,为了顺利地运输和良好地雾化,必须将油加热到较高的温度。 (2)凝固和沸点燃油丧失流动能力时的温度称凝固点,它是以倾斜45°试管中的样品油经过1min后,油面保持不变时的温度作为该油的凝固点。 燃油凝固点高低与石蜡含量有关,含蜡高的油凝固点高。 此外油中胶状沥青状物质具有阻滞析蜡的性能。 所以油经过脱蜡后,凝固点降低。 反之,除去胶状沥青状物质后,油凝固点升高。 凝固点高低关系不着燃油在低温下的流动性能。 在低温下输送凝固点高的油时应给予加热。 不同产地石油的凝固点值相差很大,中大庆原油凝固点为24-32℃,大庆重油为33-48℃,克拉玛依原油则为50℃。 燃油是由各种烃组成的,因此沸点是一范围的值,无恒定值。 凡是分子量低的组分沸点就低。 石油分馏正是利用各组分沸点的不同而实现的。 (3)闪点和燃点当油温升高,油面上油气-空气混合物与明火接触而发生一短暂闪光时的油温称为闪点。 闪点与燃油的组成关系密切,燃油中只要含有少量分子量小的成分,其闪点将显著降低。 油沸点愈低,其闪点也愈低。 压力升高,闪点升高。 按照闪点测定方法的不同,可分为开口杯法闪点和闭口标法闪点。 开口杯法比闭口杯法闪点高15-25℃。 闪点是衡量燃油是否容易姓火灾的一项重要指标。 敞口空喊中油温接近或超过闪点就会增加着火危险性。 应使敞口容器中油温低于闪点至少10℃。 在压力容器中则无此限制。 不同产地油的闪点也不同,如大庆原油敞口闪点为28-39℃,胜利油田重油的敞口闪点为140-200℃。 燃点是油面上油气-空气混合物遇到明火就可连续燃烧(持续时间不少于5S)的最低油温。 燃点高于闪点10-30℃。 当达到燃点时,油面上油气浓度已经达到火焰可以传播的程度,遇明火,火焰传播到整个油面上,明火撤去,仍可继续燃烧,以致引起火灾。 所以闪点、燃点低的燃油应特别注意防火。 三、气体燃料 所谓气体燃料是指主要由可燃气体组成的,并且在常温下仍为气态的燃料。 从防止大气污染的观点来看,气体燃料是最清洁的能源,且燃烧操作和调节较容易,自动调节和点火及灭火也较简单。 1、气体燃料的种类 气体燃料按来源有天然气、液化石油气、干馏煤气、气化煤气、高炉煤气、焦炉煤气、城市煤气等。 所谓天然气是从地底下天然生产出来的可燃气体,以烃类为主要成分。 它有气田煤气和油田气两种。 液化石油气是由炼油厂炼制石油中分离出来的一部分气体馏分经冷却加压使之变为液体,然后灌装在承压容器里,可供用户使用的一种可燃气体。 煤干馏获得的煤气总称为干馏煤气,又称气化煤气。 它是将煤加热到一定温度后干馏得到的煤气。 气化煤气是把煤或石油放在高温下,使之与气化剂(空气、氧气、水蒸气或上述几种气体的混合气)反应后得到的,以氢、一氧化碳、甲烷等为主的可燃气。 气化煤气是发生炉煤气、水煤气、高炉煤气、油气化气的统称。 焦炉煤气是指炼焦副产品,属于优质气体燃料,也是重要的化工原料,一般不宜直接作为燃料使用。 城市煤气是指供应城市居民生活和工业生产的人工管道煤气。 它是由上述气体燃料中一种单一气体或若干种气体组成的混合气体。 2、气体燃料的组成 各种气体燃料均由一些单一气体混合组成,也包括可燃物质与不可燃物质两部分。 主要的可燃气体成分有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)等,不可燃气体成分有二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和少量的氧气(O2)。 常见气体燃料的主要成分见表2-2。 其中可燃单一气体的主要性质如下。 (1)甲烷无色气体,微有葱臭,难溶于水,0℃时在水中的溶解度为0.0556%,低位发热量为35.906MJ/m3。 甲烷与空气混合后可引起强烈爆炸,其爆炸极限范围为5%-15%。 最低着火温度为540℃,当空气中甲烷浓度高达25%-30%时才具有毒性。 (2)乙烷无色无臭气体,0℃时在水中的溶解度为0.098%,低位发热量为64.396MJ/m3。 乙烷最低着火温度为515℃,爆炸极限范围为2.9%-13%. (3)氢气无色无臭气体,难溶于水,0℃时在水中的溶解度为0.0215%,低位发热量为10.794MJ/m3。 氢气最低着火温度为400℃,极易爆炸,在空气中的爆炸极限范围为4%-75.9%。 燃烧时具有较高的火焰传播速度,约为260m/s。 (4)一氧化碳无色无臭气体,难溶于水,0℃时在水中的溶解度为0.0354%,低位发热量为12.644MJ/m3。 一氧化碳的最低着火温度为605℃,若含有少量的水蒸气即可降低着火温度,在空气中的爆炸极限范围为12.5%-74.2%。 一氧化碳是一种毒性很大的气体,空气中含有0.06%即有害于人体,含0.2%时可使人推动知觉,含0.4%时致人死亡。 空气中允许的一氧化碳浓度为0.02g/m3。 (5)乙烯无色气体,具有窒息性的乙醚气味,有麻醉作用,0℃时在水中的溶解度为0.226%,低位发热量为59.82MJ/m3,相对较高。 乙烯最低着火温度为425℃,在空气中的爆炸极限范围为2.7%-3.4%,浓度达到0.1%时即对人体有害。 (6)硫化氢无色气体,具有浓厚的腐蛋气味,易溶于水,0℃时在水中的溶解度为4.7%,低位发热量为23.383MJ/m3。 硫化氢易着火,最低着火温度为270℃,在空气中的爆炸极限范围为4.3%-45.5%。 毒性大,在空气中含有0.04%时即有害于人体,0.1%可致人死亡,大气中允许的硫化氢浓度为0.01g/m3。 3、气体燃料的燃烧特点 气体燃料是一种优质、高效、清洁的燃料,其着火温度相对较低,火焰传播速度快,燃烧速度快,燃烧非常容易和简单,很容易实现自动输气和混合、燃烧过程,主要有以下特点: (1)基本无污染的燃烧特性气体燃料基本上无灰分,含氮量和含硫量都比煤和油燃料要低很多,燃烧烟气中粉尘含量极少。 硫化物和氮氧化物含量很低,对环境保护非常有利,基本上是无污染燃烧方式,环保要求最严格的区域也能适用,同时气体燃料由于一脉相承用管道输送,没有灰渣基本上消除了运输、贮存过程中发生的有害气体、粉尘和噪声污染。 (2)容易进行燃烧调节气体是通过管道输送的,只要对阀门、风门进行相应的调节,就可以改变耗气量,对负荷变化适应快,可实现低氧燃烧,提高锅炉热效率。 (3)作业性好与油燃料相比,气体燃料输送是管道直供,不需储油槽、日用油箱等部件。 特别是与重油相比较,可免去加热、保温等措施,使燃气系统简单,操作管理方便,容易实现自动化。 (4)容易调整发热量`在燃烧液化石化气时,加入部分空气,既能避开部分爆炸范围,又能调整发热量。 (5)气体燃料的缺点是与空气在一定比例下混合会形成爆炸性气体,且气体燃料大多数成分对人和动物是窒息性或有毒的,对安全性要求较高。 五、燃料的发热量 燃料的发热量是指1kg燃料[气体燃料用1m3(标准状态,全书同)完全燃烧时所发出的热量,单位是Kj/kg(或Kj/m3)。 燃料的发热量分为高位发热量Qgr和低位发热量Qnet。 如果燃烧产物中的水呈液态(即烟气中的水蒸汽凝结成水,放出它的汽化潜热)时的发热量称为高位发热量。 如果燃烧产物中的水呈气态(即由于烟气的温度还很高,其中的水蒸气不可能凝结成水而放出汽化潜热)时的发热量称为低位发热量。 所以相同基燃料的高、低位发热量的差别是类气中水蒸气的汽化潜热。 在实际工程中一般采用低位发热量。 在有些国家,工程计算中使用高位发热量。 烟气中的凝结水显酸性,锅炉设计时需要考虑它的腐蚀性和凝结水在排放到下水道之前的中和问题。 第二节燃烧基本原理 一、燃烧基本概念 所谓燃烧,就是指某种物质与氧或含氧物质急剧化合并放出大量热与光的化学反应。 燃料在进行燃烧反应时,一定同时出现吸热和放热,这种热称为反应热或燃烧热。 燃烧反应的化合物称为燃烧产物。 要使物质燃烧,必须同时具备下列三个条件,即必须有可燃物(燃料);具有能使可燃物(燃料)着火燃烧温度以上的温度水平;必须具有充足的氧气或空气作为助燃物。 从节约能源的角度出发,在锅炉的操作运行中,不但要使燃料能够燃烧,而且还要保证燃料能够完全燃烧。 完全燃烧是指燃料中的可燃物在空气供应量和供应方法都很合适,且燃烧温度较高,以致燃烧产物中不含任何可燃物的燃烧。 完全燃烧的特征之一是烟囱不冒黑烟。 一般说来,使燃料完全燃烧,除上述燃烧的三要素外,还应符合以下条件。 (1)温度条件温度只有达到燃点时,燃料才能与氧化合而燃烧。 温度越高,燃烧也越强烈。 因此炉膛要具有一定的温度,一般在1200-1600℃的范围内,能够使燃料完全燃烧,锅炉进风过大,炉膛水冷壁面布置得过多,都会降低炉膛温度,影响燃烧效果。 一般说来,理论燃烧温度随燃料热值的增大而增大。 若过量空气系数太小,由于燃烧不完全,理论燃烧温度会降低;若过量空气系数太大,理论燃烧温度也会降低。 因此,为了提高理论燃烧温度,应在保证燃烧完全的条件下尽量降低过量空气系数。 另外由于受热面的吸热和散热,炉膛内的实际燃烧温度比理论燃烧温度要低得多。 锅炉设计计算时,是以理论燃烧温度为基础进行的。 (2)空气条件很明显,必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量。 如果空气不足,燃烧就不完全。 相反,空气量过大,会降低炉温,并增加排烟损失。 (3)燃料与空气的混合条件仅仅保证空气量是不够的,还必须设法使空气与燃料充分地混合。 将煤磨成粉末或把油喷成雾状都是为了增加燃料与空气的接触面积。 (4)时间与空间条件燃料燃烧过程的进行需要一定的时间和足够的空间,否则,部分未燃尽的可燃物会随灰渣或烟气离开炉膛,就会造成燃烧不完全热损失。 总之,组织一个合理的燃烧过程,必须根据燃料的不同特点,从炉子结构和运行方式上加以保证。 二、煤的燃烧 送入锅炉炉膛进行燃烧的煤,一般是煤块或煤粒。 锅炉司炉人员的任务是如何使这些煤块或煤粒通迅速完全地燃烧。 1、煤的燃烧过程 煤从进入炉膛到燃烧完毕,一般要经过以下四个阶段。 (1)水分蒸发阶段煤进入炉膛受热后,水分即开始蒸发,当温度达到105-110℃时,水分被蒸发完毕,煤被烘干。 (2)挥发分析出着火阶段 (3)焦炭燃烧阶段 (4)燃尽阶段 2、煤迅速燃烧必须具备的条件 一是温度,温度越高,炭和氧化合的速度越快;二是空气,空气冲刷炭表面速度越快,炭与氧接触越好,燃烧也就越快。 炭燃烧后外面包上了一层灰壳,里面的炭继续燃烧形成的一氧化碳和二氧化碳必须透过灰壳向外运动,其中一氧化碳遇氧气后继续燃烧形成二氧化碳,也就是说炭粒燃烧时,灰壳外包围着两层气体,内层主要是CO,外层主要是CO2。 空气中的氧气必须透过这些“外包层”才能与炭接触。 因此,加大送风,增加空气冲刷炭粒的速度,就容易把外包层的气体带走,促进氧气与炭接触,加速燃料的燃烧。 3、煤完全燃烧必须具备的条件 一是氧供应要充分;二是煤在炉膛中要有足够的停留时间。 煤在炉膛中停留的时间太短,中间的炭核则可能烧不完,所以燃料在炉膛中必须保持一定的燃烧时间,才能达到完全燃烧。 ①足够高的炉膛温度;②供给充足的空气;③可燃物质与氧气良好的接触;④充分的燃烧时间。 为了保证完全燃烧,必须送入炉膛的实际空气量比计算所得的理论空气量多些。 这多余的部分即称为过量空气量。 但过量空气量太多也是有害的,它既降低了炉膛温度,不利于燃烧,又增加了排烟热损失,降低了锅炉热效率。 第三节锅炉典型燃烧方式 锅炉的燃烧方式主要分为层状燃烧、悬浮燃烧、沸腾烧烧和气化燃烧四种。 一、层状燃烧 1、工业层燃炉燃烧过程 工业锅炉的层状燃烧是通过人工或机械设备将燃煤送到固定、移动或往复炉排上形成煤层,空气从炉排下面送入,经炉排的孔隙并穿过燃料层使燃料燃烧。 层状燃烧时煤炭铺撒、堆积在炉排上燃烧,是一种应用很广的燃烧方式。 层状燃烧时煤炭可以不经特殊加工,且设备单间,耗电省。 但这一燃烧方式的燃料与空气的接触混合欠佳,燃烧反应缓慢,燃烧效率较低,仅适用于中小型锅炉设备。 工业层燃炉的燃烧过程可划分为三个阶段: (1)着火前的准备阶段从煤加入炉中开始,到煤着火前为止,称为着火前准备阶段。 在这个阶段中煤受热干燥,挥发分开始逸出,然后着火。 这个阶段不是放热,而中及热阶段,燃料一着火就进入下一阶段,所以说这个阶段基本上不需要空气。 (2)着火燃烧阶段煤开始着火就是这个阶段的开始。 在这个阶段中,可燃物不断燃烧,直到基本烧完,形成大量灰渣,但可燃物并未完全燃尽,还有部分固体可燃物仍夹杂于灰渣中。 这个阶段是燃烧过程最主要的放热阶段,燃料中的可燃物绝大部分在这个阶段燃烧,燃料燃烧的热量绝大部分是在这个阶段放出的。 因此,这个阶段需要向炉内供入大量空气,燃烧所需空气量绝大部分都应在这个阶段供入。 正常情况下,这个阶段燃料着火燃烧放出的热量可以保持燃料继续燃烧的温度,因此,影响这个阶段的两个主要因素是空气的供给和空气与燃料的良好混合。 (3)燃尽阶段剩余的少量可燃物继续燃烧放热,直到灰渣被排出炉外被称为燃尽阶段。 这个阶段虽然仍旧是放热阶段,但是剩余的可燃物一般已很少,所需的空气量也很少。 影响这个阶段的主要因素是应维持一定的温度水平和充分的燃烧时间。 2、固手炉排手烧炉 固定炉排手烧炉是最简单的层燃炉。 它的加煤、拨火和清渣三项主要操作由人力完成,劳动强度很大。 因受人力限制,炉室的深度、宽度和每小时的燃煤量不能太大。 新产品一般容量在1t/h以下。 (1)手烧炉的工作原理手烧炉的燃料由人工从炉门铺撒在炉排上形成燃料层。 燃料所需空气则经灰坑穿过炉排的通风孔隙进入炉内;燃尽的灰渣,大块的从炉门钩出,细屑碎末则漏入灰坑由灰门扒出;高温烟气在炉膛与水冷壁管辐射换热,流经锅炉管束,最后由烟囱排出。 燃料在手烧炉中有十分有利的着火条件。 它是“双面点火”,上方有来自炉膛空间的火焰、高温烟气和耐火砖衬的辐射热;下方受炽热的燃料层烧烤加热。 手烧炉燃烧呈层状在炉排上燃烧,只有析出的挥发物及燃料燃烧生成的一氧化碳气体及部分随气流升腾的细屑燃料在炉膛空间呈悬浮状燃烧。 (2)手烧炉的燃烧过程手烧炉的燃烧过程是沿燃料层的高度自上而下上而上逐层进行的,新的燃料层在上,灰渣层在下,中间是灼热燃烧着的焦炭层。 新燃料加在焦炭层上,在双面受热的条件下预热干燥,紧接着挥发物逸出,迅速地完成了热几准备阶段,进而开始着火燃烧。 焦炭层是燃料尽燃烧的主要区域。 最下边是燃尽后的灰渣层。 还原区在氧化区的上方,空气经过氧化区后,氧气几乎耗尽,生成的CO2与灼热的焦炭起还原反应。 部分CO2被还原为CO。 沿还原区高度方向CO浓度不断增高,氧化区和还原区的厚度主要取决于燃料颗粒的大小。 一般情况氧化区厚度是煤粒直径的3-5倍。 而还原区厚度为氧化区厚度的4-6倍。 燃料颗粒直径一般取不小于0.3mm,不大于20-30mm。 燃料颗粒直径小于0.3mm时,会被气流携带飞走,造成较大的飞灰损失;细屑、碎末燃料增大通风阻力,又需增加拨火操作而增大劳动强度,还易造成漏煤损失。 若燃料颗粒直径过大,使燃烧反应面积较小,降低了炉子的放热量,也会增加固体不完全燃烧热损失。 燃料层的厚度一般控制在100-150mm。 若燃料层过厚,一方面会增大燃料层的通风阻力;另一方面使CO气体增加,CO在炉膛燃烧加重了炉膛负担,同时也增加了气体不完全燃烧的可能性。 若燃料层过薄,容易引起炉排通风不均匀,甚至造成“火口”,既降低了炉膛温度,又导致排烟热损失加大。 另外,燃料层过薄,蓄热量小,不易保证燃烧层的高温,因而不利于稳定着火和燃烧。 合理的燃料层厚度应当使炉内的可燃气体含量小,过量空气系数也达到合理的最低值。 (3)
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