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淺談解決鏈條爐排鍋爐問題

文檔作者：劉雪華文檔來源：濟南五洲環(huán)保節(jié)能技術有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月08日
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淺談解決鏈條爐排鍋爐問題
劉雪華
濟南五洲環(huán)保節(jié)能技術有限公司
摘 要：本文論述采用新技術解決傳統(tǒng)鏈條爐排和傳統(tǒng)鏈條爐排鍋爐，長期存在的結構不合理、
燃燒效率低等缺陷和問題，并以研制成功的新型鏈條爐排和新型鏈條爐排鍋爐做為實施例，說
明消除缺陷，解決問題的技術方案和效果。
關鍵詞：均勻分層燃燒機理新型鏈條爐排新型鏈條爐排鍋爐
據(jù)資料記載第一臺鏈條爐排鍋爐產(chǎn)于1840年，自此至1930 年在結構和技術方面有很大
進步和發(fā)展，1950 年至1970 年鍋爐本體有較大改進，而鏈條爐排的結構基本維持在1930
年的水平。目前的鏈條爐排鍋爐存在的問題主要集中在爐排方面。中國約計有48萬臺、110
萬蒸噸（年遞增率：7-8%）鏈條爐排鍋爐，每年耗煤量約計3.5億噸，鍋爐數(shù)量之多、耗煤
量之大、浪費和污染之重堪稱世界之最，尤其大量CO2 氣體排入大氣影響全球溫室效應，業(yè)
已引起世界的關注。《關于全球環(huán)境基金會（GEF）中國高效工業(yè)鍋爐初步可行性研究的工
作報告》（以下簡稱“GEF報告”），指出“中國爐排設計陳舊，制造粗糙，質(zhì)量低劣，爐
排片材質(zhì)差，制造精度低。爐排跑偏卡死、密封不嚴，配風不均，漏風漏煤常有發(fā)生”。中
國鏈條爐排鍋爐存在的問題集中起來有兩點：一是以上所說爐排結構方面存在的問題；二是
燃燒效率低。濟南五洲環(huán)保節(jié)能技術公司通過研制新型鏈條爐排和新型鏈條爐排鍋爐，采用
專利技術較好地解決了上述問題。下面通過實施例敘述如何用新技術解決傳統(tǒng)鏈條爐排鍋爐
存在的問題。
1 用新技術解決傳統(tǒng)鏈條爐排結構方面的問題
1.1采用新型鏈條爐排（鏈帶）代替?zhèn)鹘y(tǒng)鏈條爐排
國內(nèi)外常用的鏈條爐排有輕型鏈帶爐排（包括大板型、活絡芯型）、鱗片式鏈條爐排、
大塊式鏈條爐排、橫梁
式鏈條爐排。中國的鏈
條爐排多數(shù)是輕型鏈帶
或鱗片式鏈條爐排。輕
型鏈帶爐排（圖1）的
缺點：一是主動爐排片
（鏈條節(jié)）既承受拉力
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又被火燒，易發(fā)生卡爐排和斷鏈事故；二是更換爐排片須停爐；三是漏煤、漏風比較嚴重；
四是耗用金屬材料比較多（每平米750-875 公斤）。鱗片式鏈條爐排（圖2）的缺點：一是
鏈條結構復雜，制造工藝和檢修要求高；二是耗用金屬材料多（每平米900-1000 公斤）；
三是成本高。大塊式爐排（圖3）在美國、英國比較多，在中國很少。橫梁式爐排（圖4）
的缺點：一是結構復雜、工藝要求高、須專業(yè)人員安裝；二是耗用材料特別多（每平米
1800-1900 公斤）；三
是成本高，是當前價格
最貴的一種爐排。
新型鏈條爐排仍
保留傳統(tǒng)鏈條爐排能
夠調(diào)控煤層厚度和自
行冷卻的結構特點。對
其不合理結構或制造
工藝復雜等缺陷進行
了改進。其改進要點：
輕型鏈帶的主動爐排
片設置在爐排片下方，不被火燒只承受拉力。摒棄了鱗片式爐排鏈條及鑄鐵滾筒等結構，用
新型鏈條節(jié)代替,大大簡化了鏈條的結構。新型橫梁式爐排沒有T 形橫梁和安裝T 形梁的鏈
條節(jié)，而是用新型橫梁式鏈條節(jié)和橫梁代替，不僅簡化了結構，增強了強度，而且節(jié)省了材
料。以上爐排一律采用不漏煤爐排片。這種爐排片是彎曲形風道并設有儲煤渣槽，通過用戶
使用說明這種爐排片既能保證正常通風又不漏煤或漏煤量很少。
新型鏈條爐排與傳統(tǒng)鏈條爐排的對照見圖5。新型鏈條爐排的優(yōu)點：一是結構比較簡單、
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制造和安裝工藝要求不高；二是鏈條節(jié)只承受拉力不接觸火床，不會燒毀發(fā)生斷鏈事故，安
全性高；三是運行中爐排片不會自行脫落，檢修、更換爐排片無須停爐，十分方便；四是爐
排不漏煤或大量減少之；五是重量輕，尤其新
型爐排片比傳統(tǒng)爐排片輕了許多，如圖6所示。
1.2 采用不漏風、不竄風技術解決傳統(tǒng)鏈條爐排漏風、竄風問題
“GEF 報告”指出國外燒煤工業(yè)鍋爐的空氣過量系數(shù)控制在α=1.3~1.5。中國工業(yè)鍋爐
的設計值α=1.3~1.8。據(jù)200臺產(chǎn)品鑒定數(shù)據(jù)統(tǒng)計，平均α=2.02，最高α=2.86。實際運行
值平均α=3-4，最大可達α= 6-8，爐內(nèi)大量的過剩空氣降低了爐膛溫度，增加了排煙熱損
失。大量的過剩空氣來自爐排漏風和竄風。
爐排竄風是指分段送風室之間竄風，其原因是風室之間的隔墻頂部與爐排之間有竄風的
空間。爐排漏風表現(xiàn)在以下幾方面：一是爐排前后，由于滑板與爐排之間有空間而漏風；二
是爐排兩側(cè)漏風；三是煤層漏
風，煤層中大小煤塊分布不均勻
大塊集中的地方產(chǎn)生風口、由于
風室之間竄風，爐排尾部的爐渣
層漏風。
解決分段送風室之間竄風
和爐排前后漏風的技術，是在爐
排鏈帶下方漏風、竄風空間安裝
檔風板，該檔風板的幾何形狀與
竄風、漏風空間橫截面的形狀基
本相同，檔風板的間距小于風室
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隔墻頂端的寬度。在爐排運動過程中檔風板隨爐排運動阻斷竄風、漏風空間，從而達到防止
竄風、漏風的目的，實踐證實這項技術較好地解決了爐排竄風、漏風問題。
1.3 采用均勻送風技術解決煤層通風不均勻問題
向分段送風室送風的方式有一側(cè)送風的，也有兩側(cè)送風的，這兩種送風方式都造成送入
煤層的風量不相等，導致煤層偏燒，燃燒不均衡；據(jù)試驗證實通風不均勻可降低鍋爐熱效率
2-3%。有的采取均風措施，如安裝均風板，有一定效果，但是仍然沒有較好地解決通風不
均勻的問題，且?guī)碡撁嬗绊憽?
均勻送風技術較好地解決了這個問題，解決的措施是采取等壓送風技術設計分段送風
室，使分段送風室內(nèi)的風，沿爐排寬度等量向煤層送風，從而解決了通風不均勻問題。設計
等壓風室應因爐排風室結構和通風方式而異。等壓風室須做空氣動力場試驗，滿足《鏈條爐
排技術條件》標準的要求。
1.4 采用綜合側(cè)密封技術解決爐排側(cè)密封存在的問題
輕型鏈帶爐排多采用老式側(cè)密封塊（圖7），鱗片式鏈條爐排多采用迷宮式密封。前者
存在的問題：一是側(cè)密封塊（鑄鐵材質(zhì)）接觸火
床易燒毀，導致卡碰爐排事故；二是由于側(cè)密封
塊固定在爐排兩側(cè)箱體上，該塊的上方是爐墻和
爐拱，更換側(cè)密封塊時須拆去爐墻和爐拱、檢修
量很大；三是該塊的底面與爐排面的間隙在10
毫米左右，漏風量大。后者采用迷宮式密封仍存
在漏風問題。
綜合側(cè)密封技術采用新型側(cè)密封塊，同時采
用迷宮式密封，如圖8 所示。新型側(cè)密封塊的特
點：一是側(cè)密封塊能上下移動，不易發(fā)生卡碰爐排故障；二是側(cè)密封塊距爐排面的間隙很小
（3-5毫米）；三是更換側(cè)密封塊時無須拆爐墻和爐拱。迷宮式側(cè)密封塊插入鏈條節(jié)的槽內(nèi)，
上面與密封槽接觸。這兩種方式結合在一起，比較好地解決了現(xiàn)有側(cè)密封方式存在的問題。
2 采用均勻分層燃燒技術解決燃燒效率低的問題
“GEF 報告”指出：“中國工業(yè)鍋爐的設計
效率不低，有的超過《工業(yè)鍋爐通用技術條件》
規(guī)定指標而達到大于80%。但實際運行效率不高，
近十年來，雖由過去的50-60%提高到目前的
60-70%，即運行效率與設計鑒定效率相差10-15
個百份點。在發(fā)達國家燃煤工業(yè)鍋爐運行效率很
少低于80%。這樣幾乎白白燒掉15-20%的煤。”
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中國燃煤鏈條爐排鍋爐運行熱效率低的主要原因，是機械不完全燃燒熱損失q4 和排煙熱損
失q2 高所致。“GEF報告”指出“機械不完全燃燒熱損失在英國設計要求為q4=3-5%，而
實際運行可控制在q4=1.4~2.5%。中國工業(yè)鍋爐設計推薦q4=8~12%，但實際運行時可達
q4=10~27%，僅此一項熱損失就使鍋爐運行效率降低5-10 個百份點”。從鏈條爐排鍋爐的
爐渣含碳量可以直接觀察到這種狀況。中國GB/T15317-94 標準規(guī)定工業(yè)鍋爐的爐渣含碳量
合格指標:燒煙煤時小于或等于20%，而實際上很少能達到這個指標。多數(shù)鏈條爐排鍋爐的
爐渣含碳量在20-30%，大于30%的也不在少數(shù)，浪費能源驚人。
中國鏈條爐排鍋爐熱效率低的原因，除上一節(jié)所述鏈條爐排在結構方面存在的缺陷之
外，燒原煤和傳統(tǒng)的給煤方式：煤倉的煤經(jīng)落煤管、爐前加煤斗直接壓在爐排上，煤層被壓
實了，爐排運動時煤閘擠壓使煤層更加密實，尤其燃煤中小顆粒煤多時，煤層更為密實。這
樣的煤層通風阻力極大，制約空氣進入煤層導致缺氧燃燒。煤層中大小煤顆粒分布無序也影
響燃燒，大顆粒多的地方易產(chǎn)生風口，小顆粒密集的地方燃燒速度慢易形成火垅（火床橫斷
面如圖9）。顯然這樣的煤層不利于煤燃燒，因此導致燃燒效率很低。
作者通過對燃料燃燒的分析，提出“均勻分層燃燒機理”一說。此機理有5 個要點：一
是均勻分層給煤；二是構筑均勻分層煤層；三是均勻送風；四是均勻分層燃燒；五是強化燃
燒。均勻分層燃燒機理的載體是多功能均勻分層燃燒裝置，即均勻分層燃燒系統(tǒng)工程。實施
該裝置的要點如下：
2.1 均勻分層給煤
均勻分層給煤指采用多功能分層給煤機將煤斗內(nèi)的大小煤塊，沿爐排寬度均勻的撥落在
爐排上，該機的安裝圖見圖10，內(nèi)部結構見圖11。該機的主要結構件有給煤滾筒、煤顆粒
篩分板、給煤量調(diào)節(jié)板、安全保護器等許多多功能構件。給煤滾筒的動力通過鏈輪鏈條與爐
排主軸相連，也可以另設動力驅(qū)動給煤滾筒，給煤滾筒轉(zhuǎn)動時將煤斗的煤撥落在漏孔尺寸不
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相同的篩分板上，煤顆粒經(jīng)篩分后落在爐排上，為構筑均勻分層煤層創(chuàng)造必要的條件。
2.2 構筑均勻分層煤層
從分層給煤機落下來的大小煤塊與運行中的爐排有位置差，則在爐排的始端構成大小顆
粒分層排列的煤層。均勻分層煤層根據(jù)煤的燃燒特點構筑，常用的有下面是大顆粒、中小顆
粒依次向上排列的的分層煤層，見圖12，也有中塊在下面，大塊在中間，小塊在上面的分
層煤層，見圖13。分層煤層不論采取那種結構，大小煤塊必須沿爐排寬度均勻分布。也就
是說同一個煤層斷面的通風阻力基本相等。煤層顆粒的大小直接影響煤的燃盡程度，實驗表
明煤顆粒在10-25mm最有利于燃燒。美英兩國鏈條爐排鍋爐燃用的煤顆粒為20-25mm。中
國鏈條爐排鍋爐的燃煤顆粒大的一般在50mm 左右，小的則小于1mm，顯然不利于燃燒。
在這種狀況之下，采取均勻分層煤層結構則起到有利于燃燒的作用。
2.3 均勻送風（見第一章第3 節(jié)所說）
2.4 均勻分層燃燒
燃料燃燒是燃料中可燃質(zhì)與氧進行劇烈化學反應的過程，其反應可以用以下四個方程式
表示：
2C+O2=2CO + 13092KJ/mol --------------------------------------------- ⑴
C+O2=CO2 + 46957KJ/mol --------------------------------------------- ⑵
2CO+O2=2CO2 + 283446KJ/mol -------------------------------------------- ⑶
CO2+C=2CO - 162406KJ/mol --------------------------------------------- ⑷
燃燒化學反應速度與燃料性質(zhì)及物理條件，如反應面上氣體濃度、溫度有關，其中與溫
度的關系尤為緊密。煤層燃燒的初期溫度很低，處于動力燃燒工況，此時需要的是盡快提高
溫度，氧氣需要量甚少，這就需要創(chuàng)造條件提高煤層的溫度。小顆粒煤表面積相對大，熱容
量也大，是提高溫度的有利條件，故分層煤層上表面應是小顆粒的煤。當煤層進入高溫區(qū)時，
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燃燒速度決定于反應面上的氧濃度，即氧氣向反應面的擴散速度，同時還決定于反應面上
CO2 和灰塵離開反應面的擴散速度，如圖14 所示。此時即所謂擴散燃燒工況。為了有利雙
向擴散提高燃燒速度，煤層需要一定的空間，顯
然密實的煤層不利于擴散燃燒，大小顆粒分層排
列的煤層，顆粒之間有空隙，顯然有利于擴散燃
燒。考慮到大顆粒煤燃燒需要的總氧量多于小顆
粒煤的需要量，故把大塊煤放在富氧區(qū)。于是提
出大塊煤在下，中小顆粒煤依次向上排列的分層
煤層的結構和根據(jù)煤的燃燒特性設計的其它分層
煤層結構。
均勻分層燃燒是指均勻分層煤層和上部空間
懸浮可燃物的燃燒。燃料的燃燒過程是一個復雜
的化學---物理變化的過程，燃燒速度與化學條件
及物理條件密切相關，如溫度、氣流（氧）向反應面上的擴散速度、燃燒產(chǎn)物的反向擴散速
度等等。溫度及氣流擴散速度在火床的不同區(qū)域有著不同的影響。據(jù)此燃燒過程可以分三種
不同的區(qū)域，即：動力燃燒---過渡燃燒---擴散燃燒三個區(qū)域。溫度是影響燃燒速度的重要因
素。根據(jù)試驗表明溫度每增加10℃，化學反應速度增加1-2倍。它們之間的關系遵循公式⑸
阿累尼烏斯（S.A.Arrheniua）定律，即：
-E/RT E
k=k0e =k0exp(- ---------) ------------------------- ⑸
RT
k---化學反應速度常數(shù)；
k0---前指數(shù)因數(shù)（頻率因子）；
E---化學反應活化能，由實驗測定得出，KJ/Kmol；
R---通用氣體常數(shù)，R=8.314KJ/Kmol.K；
T---絕對溫度，K。
在動力燃燒工況下應盡力、盡快提高煤的燃燒溫度。在擴散燃燒工況下，燃燒速度決定于氣
體擴散能力及其氧濃度，擴散能力與氧濃度之間的關系遵循公式⑹所示的關系，即：
M=αk(Cq-Cj) ------------------------------------------- ⑹
M---氣流擴散速度的量；
αk---擴散速度常數(shù)，取決于氣流的速度，與溫度基本無關；
Cq、Cj---氣流和反應面上的氧氣濃度。
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煤層的均勻分層燃燒過程即上述燃燒要點的運作過程，燃燒效果與操作技術至關重要。
均勻分層燃燒的最佳工況：煤進入燃燒室立即同步著火、引燃成一條直線、均衡均勻燃燒、
火旺溫度高、無風口、無火垅、溫度有規(guī)律的升或
降、煤在老鷹鐵前基本燃盡。在保持火床最佳燃燒
工況之下，也要使懸浮可燃物保持在最佳燃燒狀
態(tài)，CO、α、飛灰含碳量保持在低限值。均勻分
層燃燒實況見圖15。
2.5 強化燃燒
強化燃燒指強化火床和火床上面空間懸浮可
燃物的燃燒，強化燃燒的措施很多，如：分層半沸
騰燃燒、使用二次風（火上風）、改進爐拱、加裝圍燃帶等等。分層半沸騰燃燒的工況如圖
16 所示，用較強的風力將分層煤層上面的小顆粒煤吹起來（約半米高）類似沸騰床燃燒，
燃燒效果甚佳。二次風（火上風）是強化燃燒的重要措施，美英國家的鏈條爐排鍋爐都采用
這項技術。但中國鏈條爐排鍋爐上，現(xiàn)在很少安裝和應用二次風，這樣做是不正確的。
3 新型鏈條爐排及新型鏈條爐排鍋爐
總結多年來改造鏈條爐排鍋爐的經(jīng)驗，采用以上所說的新技術，我們設計和制造了新型
鏈條爐排和新型鏈條爐排鍋爐，簡述如下：
3.1新型鏈條爐排
新型鏈條爐排是在傳統(tǒng)鏈條爐排的基礎上，采用以上所述新技術設計的。該爐排保留了
傳統(tǒng)鏈條爐排的優(yōu)點，而無傳統(tǒng)鏈條爐排的缺點。新型鏈條爐排有以下突出特點：
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⑴ 爐排是全新設計，結構新穎、重量輕、火不燒鏈條、安全性高；
⑵ 爐排不漏煤或大量減少之，更換爐排片極為方便；
⑶ 分段送風室之間不竄風、不漏風或大量減少之；
⑷ 分段送風室沿爐排寬度均勻的向煤層送風；
⑸ 煤層均勻分層燃燒，煤接近完全燃燒。
⑹ 新型鏈條爐排的質(zhì)量和性能與2002年12 月1 日實施的（JB/T3271-2002）《鏈條爐
排技術條件》的要求一致。
新型鏈條爐排配套1-80t/h鍋爐，圖17 是用于10t/h鍋爐的新型鏈條爐排；用新型鏈條
爐排的構件也可以改造在用的傳統(tǒng)鏈條
爐排。
3.2 新型鏈條爐排鍋爐
新型鏈條爐排鍋爐由新型鏈條爐排
與優(yōu)選的各種蒸噸（t/h）的鍋爐本體配
套組合而成，鍋爐蒸發(fā)量1-80t/h，圖18
是10t/h新型鏈條爐排鍋爐。其突出特點
如下：
⑴ 鍋爐本體設計合理，傳熱效率
高，鍋爐熱力計算的某些參數(shù)，如：爐渣含碳量、
漏風系數(shù)等，選擇應用新爐排和均勻分層燃燒技術
時的平均值，在同等條件下鍋爐熱效率、出力比傳
統(tǒng)鏈條鍋爐高。
⑵ 按照多功能均勻分層燃燒裝置的要求，設計
相關部分，如：采用第一章第4 節(jié)綜合密封技術、
采用二次風、改進爐拱等；
⑶ 新型鍋爐達到JB/T10094-2002《工業(yè)鍋爐通
用技術條件》的要求；
⑷ 鍋爐造型新穎、美觀、實用。
四、總結
采用新技術解決傳統(tǒng)鏈條爐排鍋爐問題的過程，也是我們研制新型鏈條爐排和新型鏈條
爐排鍋爐的過程，這個過程歷經(jīng)10 多年。其中研制成功的多功能均勻分層燃燒技術裝置，
已經(jīng)在2-65t/h上千臺在用傳統(tǒng)鏈條爐排鍋爐上使用，平均節(jié)能15%，提高出力15%，排煙
黑度0-1級，較好地解決了傳統(tǒng)鏈條爐排鍋爐燃燒效率低的問題。1996 年12 月，山東省科
委組織中科院、清華大學等單位的燃燒工程院士、教授、專家鑒定均勻分層燃燒技術的結論：
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該裝置是國內(nèi)外沒有的國際先進水平的技術。國家科技部、建設部分別將該裝置列入《國家
級重點科技成果推廣計劃》，并認定濟南五洲環(huán)保節(jié)能技術公司為“技術依托單位”。新型
鏈條爐排是近幾年投放市場的，專家們在技術評價會上給予高度評價。新華社《經(jīng)濟參考報》
記者考察該項技術后發(fā)表《鍋爐工業(yè)又一次革命》
的文章，高度評價這項技術。2002 年，中國工業(yè)鍋爐考察團赴美國、英國考察時，得知國
外沒有上述所說的新型鏈條爐排。新型鏈條爐排與優(yōu)選的鍋爐本體配套，構成的新型鏈條爐
排鍋爐，使傳統(tǒng)鏈條爐排鍋爐有了新的發(fā)展。通過以上論述得出以下初步結論：
新型鏈條爐排技術較好地解決了傳統(tǒng)鏈條爐排長期存在的諸如：結構復雜、耗用金屬材
料多、漏煤、漏風、竄風、燃燒效率低、故障多、維修量大等問題，與《鏈條爐排技術條件》
新標準的要求一致。推廣應用這項技術，不僅可以解決傳統(tǒng)鏈條爐排鍋爐存在的缺陷和問題，
而且與優(yōu)選的鍋爐本體配套，則構成新型鏈條爐排鍋爐。該鍋爐與在用的傳統(tǒng)鏈條爐排鍋爐
相比，平均節(jié)能15-20%，提高鍋爐出力15-20%，排煙黑度接近零級。由此可知推廣應用上
述新技術、新產(chǎn)品定會給生產(chǎn)者、使用者帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
新型鏈條爐排的研制成功，為自動控制鏈條鍋爐燃燒創(chuàng)造了條件。鏈條爐排鍋爐自控（燃
燒）裝置正在研制過程中。新型鏈條爐排鍋爐尚須解決NOx超標問題（主要缺乏資金）。
由于作者水平所限，本文論述的技術不一定正確，懇請同行們給予斧正。并希望同行們
研制更好的新技術，發(fā)展和提高鏈條爐排鍋爐的水平。
參考資料：
[1] 關于全球環(huán)境基金會（GEF）中國高效工業(yè)鍋爐初步可行性研究的工作報告.中國機械工業(yè)部,1993年.
[2] 張松壽著.工程燃燒學,1987年.
[3] 鏈條爐排技術條件.JB/T3271-2002.
[4] 工業(yè)鍋爐通用技術條件.JB/T10094-2002.

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