煤炭層狀燃燒

爐排與煤層均為不動的層狀燃燒。采用這種燃燒方式的燃燒設(shè)備主要有人工加煤爐和機(jī)械加煤爐兩大類。

煤炭層狀燃燒人工加煤爐

包括手燒爐和雙層爐排手燒爐2種。

(1) 手燒爐。一種最簡單的層狀燃燒設(shè)備。它主要由灰坑、爐排、灰層和爐膛幾部分構(gòu)成。其運(yùn)行操作主要有加煤、撥火與除渣。

人工加煤爐中煤的燃燒過程有周期性。在兩次加煤之間，煤經(jīng)過加熱、干燥、揮發(fā)分析出燃燒和焦炭燃燼等階段形成一個(gè)周期。由于間歇加煤，使煤層厚度和通風(fēng)量發(fā)生周期性變化。如圖2所示，在一個(gè)周期中，煤層不斷減薄、通風(fēng)阻力減小，進(jìn)入爐內(nèi)的空氣量不斷增加(如ab線所示);另一方面，由于空氣與煤層混合不完善、煤層又在不斷減薄，可利用的空氣量逐漸減小(如cd線所示);而煤炭加熱、干燥階段所需的空氣量較少，在揮發(fā)分析出燃燒階段所需的空氣量迅速增加，然后隨著揮發(fā)分減少和焦炭燃燒過程的進(jìn)行，需要的空氣量又逐漸減少(如ef線所示)。可見，在開始階段由于空氣不足，會造成未完全燃燒損失，有些揮發(fā)分在這種條件下會分解成很難燒掉的炭黑，于是冒黑煙、污染環(huán)境;而在后一階段空氣又過剩，所以手燒爐的經(jīng)濟(jì)性較差。為了提高經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)合理地縮短加煤周期，以減小周期性的影響。

手燒爐的燃燒強(qiáng)度不高，褐煤、煙煤和無煙煤都可以用。手燒爐結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)。廣泛應(yīng)用于小型工業(yè)爐和容量在1t/h以下的工業(yè)鍋爐。燃散煤或蜂窩煤的民用爐也屬手燒爐。

(2) 雙層爐排手燒爐。在手燒爐爐膛的上部加了一個(gè)由平行并列水管組成的上爐排(水冷爐排)，煤加到上爐排，部分空氣從上爐門自上而下穿過煤層，煤自上而下被逐步干燥、干餾、著火和燃燒。干餾出的揮發(fā)分要穿過熾熱的煤層和灰渣層，所以可避免一般手燒爐的冒黑煙問題，消煙除塵效果好，它的排煙黑度可達(dá)林格曼0級，煙氣含塵量可達(dá)到環(huán)保要求。從上爐排漏下的灰渣和部分焦炭落到下爐排上繼續(xù)燃燒和燃燼，灰渣含炭量低，燃燒效率也較手燒爐高。但煤層阻力較大，需用引風(fēng)機(jī)。

煤炭層狀燃燒機(jī)械加煤爐

用拋煤機(jī)加煤的固定爐排燃燒爐。拋煤機(jī)有機(jī)械拋煤機(jī)、風(fēng)力拋煤機(jī)和風(fēng)力機(jī)械拋煤機(jī)3種。中國使用較多的是風(fēng)力機(jī)械拋煤機(jī)。如圖3所示，煤由煤斗落到調(diào)節(jié)板上，滑塊在調(diào)節(jié)板上作往復(fù)運(yùn)動將煤推給轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動將煤拋進(jìn)爐膛。為了冷卻拋煤機(jī)和將細(xì)小煤屑吹進(jìn)爐膛，在拋煤機(jī)前部和兩側(cè)置有專門的空氣噴口，這部分空氣稱為播煤風(fēng)，它約占全部空氣量的5%～10%。

拋煤機(jī)爐的特點(diǎn)是適用煤種范圍廣，從無煙煤到褐煤都能燒。由于碎煤屑已在爐膛空間燃燒，火床上的煤層主要是塊煤，比較疏松，結(jié)焦、結(jié)渣的可能性小，所以對易結(jié)焦、結(jié)渣的煤適應(yīng)性比其它層燃爐好。但它不適用水分較大的煤，以免拋煤機(jī)堵塞。拋煤機(jī)對煤粒度要求比較嚴(yán)格，最大顆粒不應(yīng)超過40mm，0～3mm的細(xì)顆粒含量不宜超過30%。由于用機(jī)械加煤代替了人工加煤，所以拋煤機(jī)爐操作工人的勞動強(qiáng)度比手燒爐輕。

煤在不斷運(yùn)動的爐排上燃燒，煤層可隨爐排一起運(yùn)動或與爐排有相對移動的層狀燃燒方式。燃燒設(shè)備主要有鏈條爐、往復(fù)爐和振動爐排爐3種。

煤炭層狀燃燒鏈條爐

排鍋爐煤料經(jīng)鏈條輸送呈層狀燃燒的裝置 (圖4)。煤從煤斗下落在爐排上，隨爐排一起沿水平方向移入爐膛?？諝鈴臓t排下通入并穿過爐排和煤層。進(jìn)入爐膛的新加煤靠爐膛內(nèi)的熱輻射從上部加熱干燥、干餾和著火燃燒?；以S爐排向后移動落入灰坑。煤的燃燒沿爐排長度前部為煤的烘干和析出揮發(fā)分的熱力準(zhǔn)備區(qū)，其后為沿煤層高度劃分為氧化層和還原層的中部燃燒區(qū)，最后為燃燼區(qū)。在熱力準(zhǔn)備區(qū)和燃燼區(qū)內(nèi)氧氣過剩，而中間燃燒區(qū)內(nèi)氧氣不足，通常采用分段送風(fēng)和在爐膛加入二次風(fēng)來減小燃燒區(qū)缺氧的影響。另外，鏈條爐爐拱的布置對爐膛內(nèi)氣體的混合和煤的著火有較大影響。煤在鏈條爐中的著火條件不是很好，在燃用高水分或高灰分的煤時(shí)應(yīng)采取措施以保證及時(shí)著火。鏈條爐排上煤層厚度為60～160mm，煤的粒度應(yīng)小于40mm，其中小于6mm的煤含量不宜大于50%～60%。鏈條爐排結(jié)構(gòu)分為鏈帶式、鱗片式和橫梁式3種。

鏈條爐結(jié)構(gòu)成熟運(yùn)行可靠，應(yīng)用廣泛，主要用于工業(yè)爐和工業(yè)鍋爐。中國生產(chǎn)的鏈條爐排鍋爐容量一般在1～65t/h。但其爐排結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修較難，投資和維修費(fèi)較高。

將拋煤機(jī)與鏈條爐排結(jié)合起來，稱為拋煤機(jī)鏈條爐。由拋煤機(jī)給煤，鏈條爐排排渣。煤在拋煤機(jī)鏈條爐中的著火條件較好，燃燒過程的區(qū)段性不十分明顯。爐膛是開式的，布置有二次風(fēng)，但不設(shè)爐拱。它的爐排面積熱負(fù)荷比鏈條爐高，適用于容量較大的爐子。

煤炭層狀燃燒往復(fù)爐

爐排由相間布置的活動爐排片和固定爐排片組成 (圖5)，活動爐排片做往復(fù)運(yùn)動，將從煤斗落下的煤逐漸推向后方的層狀燃燒裝置?？諝鈴臓t排下穿過爐排和煤層與煤進(jìn)行燃燒反應(yīng)，灰渣落入爐排后的灰坑內(nèi)。煤在往復(fù)爐中的著火條件稍好于鏈條爐，燃燒過程與鏈條爐相似，也具有區(qū)段性。往復(fù)爐采取分段送風(fēng)，爐膛配置二次風(fēng)和采用適當(dāng)形式的爐拱等措施來減小區(qū)段性的影響。往復(fù)爐排一般布置成階梯形式，此時(shí)活動爐排片在水平方向做往復(fù)運(yùn)動，煤向下向后移動。有時(shí)爐排也呈水平布置，此時(shí)活動爐排片在傾斜方向做往復(fù)運(yùn)動，煤向后移動。

往復(fù)爐主要用于小型工業(yè)爐和工業(yè)鍋爐，中國生產(chǎn)的往復(fù)爐排工業(yè)鍋爐容量為0.5～10t/h。

煤炭層狀燃燒振動爐排鍋爐

爐排運(yùn)行時(shí)以800～1400次/min的頻率振動，振動方向與水平成20°～30°的層狀燃燒裝置(圖6)。煤由煤斗落下，靠爐排振動產(chǎn)生的慣性向后移動;空氣由爐排下穿過爐排和煤層，與煤發(fā)生燃燒反應(yīng);灰渣落入爐排后的灰坑內(nèi)。煤在振動爐排爐中的著火與燃燒特點(diǎn)與鏈條爐相似，燃燒也具有區(qū)段性，故振動爐排爐也采取分段送風(fēng)、爐膛設(shè)置二次風(fēng)和爐拱等措施來減小區(qū)段性的影響。振動爐排爐的飛灰量比鏈條爐大，漏煤多。振動爐排有兩種型式，固定支點(diǎn)振動爐排的振幅為2～8mm; 活動支點(diǎn)振動爐排的振幅為100～140mm。振動爐排爐結(jié)構(gòu)簡單，金屬耗量少，要求運(yùn)行操作水平較高，主要用于小型工業(yè)爐和容量在4t/h以下的工業(yè)鍋爐。

采用煤炭層狀燃燒方式，煤的燃燒過程是分層進(jìn)行的。一般情況下，當(dāng)煤層厚度足夠時(shí)，從上到下依次為干燥層、干餾層、還原層、氧化層和灰渣層。如圖1所示，空氣自下而上通過爐排和灰渣層時(shí)，爐排和灰渣被冷卻而空氣被加熱。當(dāng)空氣進(jìn)入氧化層時(shí)空氣中的氧與熾熱的碳反應(yīng)生成二氧化碳并放出大量的熱，隨燃燒反應(yīng)的不斷進(jìn)行，空氣中的氧不斷減少直至幾乎耗盡，而二氧化碳濃度不斷增加。當(dāng)二氧化碳濃度和溫度上升至最大值時(shí)即為氧化層和還原層的分界點(diǎn)。氧化層的厚度不隨送風(fēng)量的大小而改變，主要與煤種及煤粒大小有關(guān)。在還原層中由于缺氧而且溫度很高，煙氣中的二氧化碳與碳發(fā)生還原反應(yīng)生成一氧化碳。由于還原反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故溫度會不斷降低。還原層上面為干餾層，煤在其中發(fā)生熱解反應(yīng)析出揮發(fā)分生成半焦。最上層為干燥層，新加入的煤在其中被加熱干燥。另外干燥層上面還有揮發(fā)分等可燃?xì)怏w燃燒形成的火焰。

層狀燃燒是一種最簡單最普通的煤炭燃燒方式。點(diǎn)火熱源和燃燒過程比較穩(wěn)定，但燃燒強(qiáng)度不高。在中、小型工業(yè)鍋爐或加熱、熱處理等工業(yè)爐中，層狀燃燒是使用最廣泛的燃燒方式。

層狀燃燒按其所采用爐排形式的不同可分為固定爐排燃燒、活動爐排燃燒和下飼式爐排燃燒。其相應(yīng)的燃燒設(shè)備及操作方式如表所示。

不同爐排形式相應(yīng)的燃燒設(shè)備及操作方式

煤和空氣均自下而上運(yùn)動，后加入的煤將先加入的煤向上推移，煤在運(yùn)動中進(jìn)行燃燒，燃燼后形成的灰渣落向兩側(cè)排出的層狀燃燒。燃燒設(shè)備為下飼式燃燒爐。

下飼式燃燒爐又稱下部加料鍋爐，是由爐下部自動進(jìn)煤的層狀燃燒裝置，通常由螺旋給煤機(jī)、煤槽、固定爐排片和渣板組成(圖7)。煤由螺旋給煤機(jī)從煤斗送入煤槽并推擠到煤槽的上方?？諝庥蔂t排下送入與煤進(jìn)行燃燒反應(yīng)。煤在下飼式燃燒爐中的燃燒過程與雙層爐排的上爐排中的燃燒過程類似，當(dāng)煤逐漸向上運(yùn)動時(shí)，被逐漸加熱、干燥，并析出揮發(fā)分著火燃燒，而在燃料層表面的已是焦炭。揮發(fā)分和空氣流經(jīng)焦炭層并在其中燃燒，所以燃料層上火焰很短，揮發(fā)分不會分解成炭黑造成冒黑煙。未燃燼的焦炭在新燃料推動下向爐排兩側(cè)運(yùn)動并繼續(xù)燃燒，灰渣落在兩側(cè)的渣板上排出。下飼式燃燒爐中的著火條件較差，不宜燃用水分大和揮發(fā)分含量少的煤。下飼式燃燒爐主要用于小型工業(yè)爐和容量在4t/h以下的工業(yè)鍋爐。

煤炭理論上產(chǎn)生的熱量取收到基低位發(fā)熱量值Q_net，a_r，MJ/kg。煤炭燃燒時(shí)實(shí)際產(chǎn)生的熱量為理論上產(chǎn)生的熱量與煙氣中化學(xué)未完全燃燒損失熱量、機(jī)械未完全燃燒損失熱量之和的差值。 煤炭燃燒效率ηC計(jì)算公式如下：

式中Qne_t，_ar為煤炭收到基低位發(fā)熱量，MJ/kg;Q₃為化學(xué)未完全燃燒損失熱量，MJ/kg;Q₄為機(jī)械未完全燃燒損失熱量，MJ/kg。

化學(xué)未完全燃燒損失熱量系指煤炭燃燒后所產(chǎn)生的尚含有煙氣中未完全燃燒的可燃?xì)怏w，諸如CO和極少量的H₂和CH₄，隨煙氣排出所造成的熱損失。影響化學(xué)未完全燃燒損失熱量的主要因素是爐膛空氣過剩系數(shù)、爐膛溫度和運(yùn)行水平。在爐內(nèi)穩(wěn)定的燃燒工況下，Q₃值很小。機(jī)械未完全燃燒損失熱量系指灰渣、飛灰和漏煤(層燃爐)中未燃盡的碳所造成的熱損失。影響機(jī)械未完全燃燒損失熱量的主要因素為煤的種類和性質(zhì)、燃燒設(shè)備和操作水平。 2100433B

學(xué)科：水文地質(zhì)學(xué)

詞目：層狀裂隙水

英文：bedded fissure water

釋文：,stratified fissure water存在于成層的脆性巖層(如砂巖、玄武巖等)原生裂隙和構(gòu)造裂隙構(gòu)成的層狀裂隙中的水。一般是承壓水(玄武巖臺地中的層狀裂隙水是潛水)。在中國華北平原淺部第四紀(jì)粘土層中有干裂裂隙形成的層狀裂隙水。2100433B