煤炭层状燃烧学术资讯 - 科技工作者之家

又称火床燃烧或固定床燃烧。煤料在炉栅上呈层状分布的燃烧方式。空气穿过炉排(炉箅)和煤层与煤进行燃烧反应，炉排上的煤层固定不动或沿炉排表面移动，但不离开炉排表面。

燃烧机理采用煤炭层状燃烧方式，煤的燃烧过程是分层进行的。一般情况下，当煤层厚度足够时，从上到下依次为干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰渣层。如图1所示，空气自下而上通过炉排和灰渣层时，炉排和灰渣被冷却而空气被加热。当空气进入氧化层时空气中的氧与炽热的碳反应生成二氧化碳并放出大量的热，随燃烧反应的不断进行，空气中的氧不断减少直至几乎耗尽，而二氧化碳浓度不断增加。当二氧化碳浓度和温度上升至最大值时即为氧化层和还原层的分界点。氧化层的厚度不随送风量的大小而改变，主要与煤种及煤粒大小有关。在还原层中由于缺氧而且温度很高，烟气中的二氧化碳与碳发生还原反应生成一氧化碳。由于还原反应为吸热反应，故温度会不断降低。还原层上面为干馏层，煤在其中发生热解反应析出挥发分生成半焦。最上层为干燥层，新加入的煤在其中被加热干燥。另外干燥层上面还有挥发分等可燃气体燃烧形成的火焰。

层状燃烧是一种最简单最普通的煤炭燃烧方式。点火热源和燃烧过程比较稳定，但燃烧强度不高。在中、小型工业锅炉或加热、热处理等工业炉中，层状燃烧是使用最广泛的燃烧方式。

炉排形式层状燃烧按其所采用炉排形式的不同可分为固定炉排燃烧、活动炉排燃烧和下饲式炉排燃烧。其相应的燃烧设备及操作方式如表所示。

不同炉排形式相应的燃烧设备及操作方式

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固定炉排燃烧炉排与煤层均为不动的层状燃烧。采用这种燃烧方式的燃烧设备主要有人工加煤炉和机械加煤炉两大类。

人工加煤炉包括手烧炉和双层炉排手烧炉2种。

(1) 手烧炉。一种最简单的层状燃烧设备。它主要由灰坑、炉排、灰层和炉膛几部分构成。其运行操作主要有加煤、拨火与除渣。1

人工加煤炉中煤的燃烧过程有周期性。在两次加煤之间，煤经过加热、干燥、挥发分析出燃烧和焦炭燃烬等阶段形成一个周期。由于间歇加煤，使煤层厚度和通风量发生周期性变化。如图2所示，在一个周期中，煤层不断减薄、通风阻力减小，进入炉内的空气量不断增加(如ab线所示);另一方面，由于空气与煤层混合不完善、煤层又在不断减薄，可利用的空气量逐渐减小(如cd线所示);而煤炭加热、干燥阶段所需的空气量较少，在挥发分析出燃烧阶段所需的空气量迅速增加，然后随着挥发分减少和焦炭燃烧过程的进行，需要的空气量又逐渐减少(如ef线所示)。可见，在开始阶段由于空气不足，会造成未完全燃烧损失，有些挥发分在这种条件下会分解成很难烧掉的炭黑，于是冒黑烟、污染环境;而在后一阶段空气又过剩，所以手烧炉的经济性较差。为了提高经济性，应合理地缩短加煤周期，以减小周期性的影响。

手烧炉的燃烧强度不高，褐煤、烟煤和无烟煤都可以用。手烧炉结构简单、通用性强。广泛应用于小型工业炉和容量在1t/h以下的工业锅炉。燃散煤或蜂窝煤的民用炉也属手烧炉。

(2) 双层炉排手烧炉。在手烧炉炉膛的上部加了一个由平行并列水管组成的上炉排(水冷炉排)，煤加到上炉排，部分空气从上炉门自上而下穿过煤层，煤自上而下被逐步干燥、干馏、着火和燃烧。干馏出的挥发分要穿过炽热的煤层和灰渣层，所以可避免一般手烧炉的冒黑烟问题，消烟除尘效果好，它的排烟黑度可达林格曼0级，烟气含尘量可达到环保要求。从上炉排漏下的灰渣和部分焦炭落到下炉排上继续燃烧和燃烬，灰渣含炭量低，燃烧效率也较手烧炉高。但煤层阻力较大，需用引风机。

机械加煤炉用抛煤机加煤的固定炉排燃烧炉。抛煤机有机械抛煤机、风力抛煤机和风力机械抛煤机3种。中国使用较多的是风力机械抛煤机。如图3所示，煤由煤斗落到调节板上，滑块在调节板上作往复运动将煤推给转子，转子不断转动将煤抛进炉膛。为了冷却抛煤机和将细小煤屑吹进炉膛，在抛煤机前部和两侧置有专门的空气喷口，这部分空气称为播煤风，它约占全部空气量的5%～10%。

抛煤机炉的特点是适用煤种范围广，从无烟煤到褐煤都能烧。由于碎煤屑已在炉膛空间燃烧，火床上的煤层主要是块煤，比较疏松，结焦、结渣的可能性小，所以对易结焦、结渣的煤适应性比其它层燃炉好。但它不适用水分较大的煤，以免抛煤机堵塞。抛煤机对煤粒度要求比较严格，最大颗粒不应超过40mm，0～3mm的细颗粒含量不宜超过30%。由于用机械加煤代替了人工加煤，所以抛煤机炉操作工人的劳动强度比手烧炉轻。

活动炉排燃烧煤在不断运动的炉排上燃烧，煤层可随炉排一起运动或与炉排有相对移动的层状燃烧方式。燃烧设备主要有链条炉、往复炉和振动炉排炉3种。

链条炉排锅炉煤料经链条输送呈层状燃烧的装置 (图4)。煤从煤斗下落在炉排上，随炉排一起沿水平方向移入炉膛。空气从炉排下通入并穿过炉排和煤层。进入炉膛的新加煤靠炉膛内的热辐射从上部加热干燥、干馏和着火燃烧。灰渣随炉排向后移动落入灰坑。煤的燃烧沿炉排长度前部为煤的烘干和析出挥发分的热力准备区，其后为沿煤层高度划分为氧化层和还原层的中部燃烧区，最后为燃烬区。在热力准备区和燃烬区内氧气过剩，而中间燃烧区内氧气不足，通常采用分段送风和在炉膛加入二次风来减小燃烧区缺氧的影响。另外，链条炉炉拱的布置对炉膛内气体的混合和煤的着火有较大影响。煤在链条炉中的着火条件不是很好，在燃用高水分或高灰分的煤时应采取措施以保证及时着火。链条炉排上煤层厚度为60～160mm，煤的粒度应小于40mm，其中小于6mm的煤含量不宜大于50%～60%。链条炉排结构分为链带式、鳞片式和横梁式3种。

链条炉结构成熟运行可靠，应用广泛，主要用于工业炉和工业锅炉。中国生产的链条炉排锅炉容量一般在1～65t/h。但其炉排结构复杂，检修较难，投资和维修费较高。

将抛煤机与链条炉排结合起来，称为抛煤机链条炉。由抛煤机给煤，链条炉排排渣。煤在抛煤机链条炉中的着火条件较好，燃烧过程的区段性不十分明显。炉膛是开式的，布置有二次风，但不设炉拱。它的炉排面积热负荷比链条炉高，适用于容量较大的炉子。

往复炉炉排由相间布置的活动炉排片和固定炉排片组成 (图5)，活动炉排片做往复运动，将从煤斗落下的煤逐渐推向后方的层状燃烧装置。空气从炉排下穿过炉排和煤层与煤进行燃烧反应，灰渣落入炉排后的灰坑内。煤在往复炉中的着火条件稍好于链条炉，燃烧过程与链条炉相似，也具有区段性。往复炉采取分段送风，炉膛配置二次风和采用适当形式的炉拱等措施来减小区段性的影响。往复炉排一般布置成阶梯形式，此时活动炉排片在水平方向做往复运动，煤向下向后移动。有时炉排也呈水平布置，此时活动炉排片在倾斜方向做往复运动，煤向后移动。

往复炉主要用于小型工业炉和工业锅炉，中国生产的往复炉排工业锅炉容量为0.5～10t/h。

振动炉排锅炉炉排运行时以800～1400次/min的频率振动，振动方向与水平成20°～30°的层状燃烧装置(图6)。煤由煤斗落下，靠炉排振动产生的惯性向后移动;空气由炉排下穿过炉排和煤层，与煤发生燃烧反应;灰渣落入炉排后的灰坑内。煤在振动炉排炉中的着火与燃烧特点与链条炉相似，燃烧也具有区段性，故振动炉排炉也采取分段送风、炉膛设置二次风和炉拱等措施来减小区段性的影响。振动炉排炉的飞灰量比链条炉大，漏煤多。振动炉排有两种型式，固定支点振动炉排的振幅为2～8mm; 活动支点振动炉排的振幅为100～140mm。振动炉排炉结构简单，金属耗量少，要求运行操作水平较高，主要用于小型工业炉和容量在4t/h以下的工业锅炉。

下饲式燃烧煤和空气均自下而上运动，后加入的煤将先加入的煤向上推移，煤在运动中进行燃烧，燃烬后形成的灰渣落向两侧排出的层状燃烧。燃烧设备为下饲式燃烧炉。

下饲式燃烧炉又称下部加料锅炉，是由炉下部自动进煤的层状燃烧装置，通常由螺旋给煤机、煤槽、固定炉排片和渣板组成(图7)。煤由螺旋给煤机从煤斗送入煤槽并推挤到煤槽的上方。空气由炉排下送入与煤进行燃烧反应。煤在下饲式燃烧炉中的燃烧过程与双层炉排的上炉排中的燃烧过程类似，当煤逐渐向上运动时，被逐渐加热、干燥，并析出挥发分着火燃烧，而在燃料层表面的已是焦炭。挥发分和空气流经焦炭层并在其中燃烧，所以燃料层上火焰很短，挥发分不会分解成炭黑造成冒黑烟。未燃烬的焦炭在新燃料推动下向炉排两侧运动并继续燃烧，灰渣落在两侧的渣板上排出。下饲式燃烧炉中的着火条件较差，不宜燃用水分大和挥发分含量少的煤。下饲式燃烧炉主要用于小型工业炉和容量在4t/h以下的工业锅炉。2