工業鍋爐的燃燒

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工業鍋爐的燃燒

摘要本文結合筆者多年的工作經驗，在闡明鍋爐、鍋爐燃燒過程及燃燒的基本因素的基礎上，通過對鍋爐的常用燃料煤的分析，綜合煤質本身、燃燒過程、燃燒特點和燃燒條件等方面的影響，提出優化工業鍋爐燃燒的幾點建議。

關鍵詞工業鍋爐；燃燒；建議

中圖分類號TK22 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）100-0167-02

隨著經濟生產的發展，鍋爐設備廣泛的應用于現代工業的各個部門，，作為特種設備安全監管的設備之一，其安全性也尤為重要。筆者根據幾年來的工作經驗和同行之間的經驗交流來簡單闡述一下對鍋爐燃燒方面的見解。

1 鍋爐概述

鍋爐是將燃料的化學能（或電能）轉變成熱能（具有一定參數的蒸汽和熱水）的能量轉化設備，同時是直接受火和高溫煙氣（受熱）、承受工作壓力載荷、具有爆炸危險的特種設備。《特種設備安全監察條例》中定義的鍋爐是指利用各種燃料、電或者其他能源，將所盛裝的液體加熱到一定的參數，并對外輸出熱能的設備。

鍋爐按使用形式分為：工業鍋爐、小型鍋爐和電站鍋爐。鍋爐使用的燃料按物態分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料三類。在我國常用的固體燃料是煤，液體燃料有重油、渣油和柴油，氣體燃料按其獲取的方式分為天然氣和人工煤氣。本文以燃煤工業鍋爐為例。

2 鍋爐的燃燒

對于鍋爐來說，其工作包括著三個同時進行的過程：燃料的燃燒過程、煙氣向水的傳熱過程和水的受熱汽化過程。在鍋爐整個循環體系中，整體來說燃燒過程即燃料在加煤斗中借自重下落到爐排面上，爐排借電動機通過變速齒輪箱減速后由鏈輪來帶動，猶如皮帶運輸機，將燃料帶入爐內。燃料一面燃燒一面向后移動；燃燒需要的空氣是由風機送入爐排腹中風倉后，向上穿過爐排到達燃料層，進行燃燒反應形成高溫煙氣。燃料最后燒盡成灰渣，在爐排末端被除渣板鏟除于灰渣斗后排出。

針對我們的燃料煤，煤的燃燒過程可以更加細化的來看，可以說是經歷以下四個階段：1）水分蒸發階段，也稱煤的預熱干燥和干餾階段，煤進入爐膛受熱后，水分即開始汽化析出，當溫度達到100℃～105℃時，蒸發完所有水分；2）揮發物析出階段，煤在持續吸收熱量后，溫度不斷上升，當煤被加熱至130℃～140℃時，開始分解出可燃性揮發物，形成焦炭；3）揮發物和焦炭的著火燃燒階段，隨著燃料溫度的持續升高，達到一定濃度的氣態揮發物（主要是氫、一氧化碳及多種碳氫化合物）在遇到氧氣時便開始著火燃燒，放出熱量，同時使焦炭繼續加熱升溫，當揮發物快燃盡時，焦炭已經達到熾熱發紅狀態（約600℃～700℃），即進入焦炭的猛烈燃燒階段，4）焦炭的燃盡階段，隨著揮發物及焦炭的燃燒，灰渣也逐步形成。經歷一定時間燃燒后，焦炭外面已被一層灰渣所包裹，并在高溫作用下熔化后形成一層硬殼，阻止沒有燃燒殘留的炭核與空氣的接觸，使燃燒進行的異常緩慢。這一階段將焦炭盡量燃燒完，以降低鍋爐熱損失，節約燃料。

3 燃燒的基本要素

燃燒是可燃物跟助燃物（氧化劑）發生的一種劇烈的、發光、發熱的化學反應。前面已經提到鍋爐使用的燃料按物態分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料三類。常用的固體燃料是煤。

煤的種類繁多，分類方法也各有不同。新的煤炭分類國家標準按煤的煤化程度由高到低分為無煙煤、煙煤和褐煤，分為14大類和17小類。其中無煙煤的揮發分由低到高分為3個小類；煙煤按其揮發分、粘結性指標等分為12大類；褐煤又分為年輕褐煤和年老褐煤2個小類。作為燃料煤本身，不同的燃料煤也具備其自身的特性，選擇適合的燃料也是鍋爐安全經濟運行的保障性條件。

我們工業鍋爐常用煤來說，其特點有以下幾點：1）要使燃料燃燒得快，必須要有較高的爐膛溫度，爐膛溫度越高，碳和氧的化合速度越快，燃燒就越快。一般要求層燃爐的爐膛溫度在1100℃～1300℃，懸浮爐的爐膛溫度在1300℃以上，沸騰爐的沸騰段溫度在1000℃左右；2）利用空氣中的氧來助燃，空氣沖刷碳的速度越快，碳和氧的接觸越好，燃燒就越充分，尤其是機械爐排，要根據煤在爐排上的燃燒階段，來配合給適量的空氣（鼓風）；3）固體燃料灰分較多，殘留碳被灰殼包裹，影響碳的燃盡，且灰熔點低時，易結焦影響燃燒。為此，一般在運行中要撥火或除渣；4）固體燃料在燃燒中飛灰量較大，隨著煙氣排至大氣中，影響環保。為此，要對燃燒后的煙氣進行除塵。

為使鍋爐達到經濟運行指標，必須解決好燃料的完全燃燒問題。這主要受以下四個條件的影響：1）供給完全燃燒所必須的空氣量；2）維持適當高的爐膛溫度；3）空氣與燃料具有良好的混合；4）有足夠的燃燒時間，尤其是層燃爐，燃料燃燒必須需要足夠的時間，燃料顆粒越大燃燒時間越長。若燃燒時間不夠，燃料燃燒就不完全。

4 建議

通過對鍋爐的常用燃料煤的了解，在其煤質本身、燃燒過程、燃燒特點和燃燒條件等方面都給我們重要提示，筆者結合文章中所闡述的情況，給予以下幾點意見，希望在實際應用中能夠起到一定的作用。

1）選擇適當的煤質，不同的煤有其不同的特性，密度、熱穩定性、可磨性、粘結性、結焦性、結渣性和灰的熔融性等。在使用過程中，這些煤的特性會根據使用過程中的不同工況顯現出來。因此，選擇一種合適的煤種是非常重要的；

2）給予足夠高的爐膛溫度，燃燒的一個重要條件就是溫度，足夠高的爐膛溫度是不可缺少的助燃首要條件。為煤的連續燃燒持續燃燒提供充足的溫度保障；

3）給予燃料煤適量的空氣。煤與氧氣的結合充分與否直接影響到燃燒狀況，因此，在保證空氣足量的條件下還要盡量避免不影響爐膛溫度的降低。

4）給予燃料煤充足的燃燒空間和燃燒時間。燃料煤的燃燒需要空間也需要時間，因此爐膛內的結焦結渣的清理、煤層的厚度與鏈條爐排的輸送速度的合理搭配方面都會對煤的燃燒空間和時間造成影響。

參考文獻

[1]周強泰，等.鍋爐原理.中國電力出版社.

[2]夏喜英主編.鍋爐與鍋爐房設備.哈爾濱工業大學出版社.

[3]奚光士等主編.鍋爐及鍋爐房設備.中國建筑工業出版社.

[4]楊肖曦.工程燃燒原理.石油大學（華東）出版社.

[5]工業鍋爐檢驗.中國特種設備檢驗協會.

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