煤炭層狀燃燒爐排形式

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(dòng)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

采用煤炭層狀燃燒方式，煤的燃燒過(guò)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(guò)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(huì)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(jiǎn)單最普通的煤炭燃燒方式。點(diǎn)火熱源和燃燒過(guò)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。

爐排與煤層均為不動(dòng)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(lèi)。

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(jiǎn)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(guò)程有周期性。在兩次加煤之間，煤經(jīng)過(guò)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(guò)程的進(jìn)行，需要的空氣量又逐漸減少(如ef線所示)?？梢?jiàn)，在開(kāi)始階段由于空氣不足，會(huì)造成未完全燃燒損失，有些揮發(fā)分在這種條件下會(huì)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(guò)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(wú)煙煤都可以用。手燒爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(mén)自上而下穿過(guò)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(guò)熾熱的煤層和灰渣層，所以可避免一般手燒爐的冒黑煙問(wèn)題，消煙除塵效果好，它的排煙黑度可達(dá)林格曼0級(jí)，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?tīng)t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(guó)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(dòng)將煤推給轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuān)門(mén)的空氣噴口，這部分空氣稱(chēng)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(wú)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(duì)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(duì)煤粒度要求比較嚴(yán)格，最大顆粒不應(yīng)超過(guò)40mm，0～3mm的細(xì)顆粒含量不宜超過(guò)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(dòng)強(qiáng)度比手燒爐輕。

煤在不斷運(yùn)動(dòng)的爐排上燃燒，煤層可隨爐排一起運(yùn)動(dòng)或與爐排有相對(duì)移動(dòng)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(dòng)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。空氣從爐排下通入并穿過(guò)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(dòng)落入灰坑。煤的燃燒沿爐排長(zhǎng)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(guò)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(lái)減小燃燒區(qū)缺氧的影響。另外，鏈條爐爐拱的布置對(duì)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(guó)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(lái)，稱(chēng)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(guò)程的區(qū)段性不十分明顯。爐膛是開(kāi)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(dòng)爐排片和固定爐排片組成 (圖5)，活動(dòng)爐排片做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(guò)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(guò)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(lái)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(dòng)爐排片在水平方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，煤向下向后移動(dòng)。有時(shí)爐排也呈水平布置，此時(shí)活動(dòng)爐排片在傾斜方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，煤向后移動(dòng)。

往復(fù)爐主要用于小型工業(yè)爐和工業(yè)鍋爐，中國(guó)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(dòng)爐排鍋爐

爐排運(yùn)行時(shí)以800～1400次/min的頻率振動(dòng)，振動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生的慣性向后移動(dòng);空氣由爐排下穿過(guò)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(dòng)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(dòng)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(lái)減小區(qū)段性的影響。振動(dòng)爐排爐的飛灰量比鏈條爐大，漏煤多。振動(dòng)爐排有兩種型式，固定支點(diǎn)振動(dòng)爐排的振幅為2～8mm; 活動(dòng)支點(diǎn)振動(dòng)爐排的振幅為100～140mm。振動(dòng)爐排爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。

煤和空氣均自下而上運(yùn)動(dòng)，后加入的煤將先加入的煤向上推移，煤在運(yùn)動(dòng)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(chēng)下部加料鍋爐，是由爐下部自動(dòng)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。空氣由爐排下送入與煤進(jìn)行燃燒反應(yīng)。煤在下飼式燃燒爐中的燃燒過(guò)程與雙層爐排的上爐排中的燃燒過(guò)程類(lèi)似，當(dāng)煤逐漸向上運(yùn)動(dòng)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(huì)分解成炭黑造成冒黑煙。未燃燼的焦炭在新燃料推動(dòng)下向爐排兩側(cè)運(yùn)動(dòng)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(guò)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(lèi)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(tái)地中的層狀裂隙水是潛水)。在中國(guó)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