层燃炉的工作特性

5.2.1　层燃炉的工作特性

1.层燃炉的燃烧过程

层燃炉的特点是有一个金属栅格——炉排（或炉篦子），燃料在炉排上形成均匀的、有一定厚度的燃料层进行燃烧。层燃燃烧有时也叫做“火床”燃烧，“火床”二字形象地表达了这种燃烧方式的特点。这是人类最早采用的一种燃烧方式。

层燃炉中煤的燃烧过程同样也划分为预热干燥阶段、挥发分析出并着火阶段、燃烧阶段和燃尽阶段。

层燃炉工作过程中，一般要进行如下三项主要操作：加煤、除渣和拨火。所谓拨火就是拨动火床，其目的在于平整和松碎燃料层，使火床的通风均衡、流畅，并能除去燃料颗粒外部包裹的灰层，从而使燃料迅速而完全地燃烧。

按照燃料层相对于炉排的运动方式的不同，层燃炉可分为三类：①燃料层不移动的固定火床炉，如手烧炉和抛煤机炉；②燃料层沿炉排面移动的炉子，如倾斜推饲炉和振动炉排炉；③燃料层随炉排面一起移动的炉子，如链条炉和抛煤机链条炉。

2.层燃炉的热负荷

表征层燃炉工作热强度的指标有炉排面可见热负荷和炉膛容积可见热负荷。

（1）炉排面可见热负荷

由于火床炉中绝大部分燃料是在炉排上燃烧的，也就是说炉排面积是保证火床燃烧的根本条件，所以用一个所谓的“炉排面可见热负荷”q_lp来表示燃烧的强烈程度。炉排面可见热负荷是炉排单位面积在单位时间内燃烧燃料所放出的热量，单位为kW/m²。

式中：B为单位时间内进入炉子的燃料量；A_1p为炉排有效面积；Q_ar，net为燃料的收到基低位发热量。

对于某一种炉子型式，燃烧某一种燃料，炉排面可见热负荷有一合理的限值。过分地提高炉排面热负荷，一味追求过小的炉排面积，必然会使空气流经燃料层时的速度过高，并使燃料的燃烧时间过短。前者会导致飞走的未燃煤量增大，后者则引起燃烧的不完全。

（2）炉膛容积可见热负荷

虽然火床炉中的绝大部分燃料是在火床上燃烧的，但仍有一部分可燃物是在炉膛容积中燃烧掉的。因此与炉排面热负荷相对应，还有一个炉膛容积可见热负荷q_V，单位为kW/m³。

式中V_l为炉膛容积。

炉膛容积热负荷表示了在单位炉膛容积和单位时间内的燃烧放热量。显然，过分提高炉膛容积热负荷，同样也会急剧增大不完全燃烧热损失，因而也应有一个合理的限值。不过，在火床炉中，炉膛容积热负荷的限值范围是比较宽的。例如，具有燃尽室的锅炉，其燃烧室的容积热负荷就可以较高；而对于小型的火管锅炉来说，由于其炉膛容积的利用率可较高，q_V值可取得更大些。火床炉的实际q_V值相差很大（例如水管锅炉和火管锅炉这二者的q_V值可相差达4倍之多），因此，炉膛容积在一定程度上是由炉膛的结构布置来确定的。这样一来，炉膛容积可见热负荷q_V作为一个指标就显得有些勉强了。一般说来，推荐的q_V值主要是作为炉膛设计参考之用的，而且主要是对水管锅炉而言的。

火床炉的热负荷都冠以“可见”二字。这是因为在火床炉中要分别测出燃料在火床上和炉膛容积中的燃烧放热量是非常困难的，所以在炉排面和容积热负荷中，都是有条件地把燃料燃烧的全部热量作为比较基础，而以“可见”二字来区别于其它。在实际使用过程中，也可以不加“可见”二字，因为这是不言而喻的。

3.炉排片的工作特性

炉排是火床炉最主要的工作部件。为了保证炉排能有效而可靠地工作，组成炉排的炉排片必须满足通风和冷却的要求。

表征炉排片工作特性的指标主要有炉排通风截面比和炉排片冷却度。

（1）炉排通风截面比f_tf

这是炉排的一个重要的工作特性指标。它等于炉排面上通风孔（或缝）的总面积与整个炉排面积的比值，即

减小炉排通风截面比能使燃烧层中的高温层远离炉排面（参见图5.12），而使炉排片本身的温度降低，从而改善了它的工作条件。减小通风缝（孔）的数量和尺寸，能减少炉排的漏煤面积，还能提高空气射流的进口速度而使煤粒不易漏落。但是，减小炉排通风截面会增大炉排的通风阻力。尽管这可提高火床面大范围的、主要是沿炉排横向的通风均匀性，但却增大了送风能耗。这对于自然通风的炉子是难以实现的。所以，炉排通风截面比是一个影响大、涉及因素多、而且颇为敏感的炉排特性指标。它必须根据所用煤种、炉排型式、通风方式等情况来加以选择。例如，在燃用低挥发分的煤种（如无烟煤）时，由于这类煤主要在火床中放出热量，火床温度高，炉排片处于不利的工作条件，因此选用较小的炉排通风截面比是十分必要的。对于依靠自然通风的炉子，为了减小火床的通风阻力，不得不将炉排通风截面比增加到20%～25%。此时由于燃料层阻力比炉排阻力大得多，火床中容易出现“火口”和风量分配不均匀。这就需要提高加煤和拨火的操作质量。在现代机械送风的火床炉中，炉排的通风截面比选得较小，f_tf在7%～10%以下，因而大大地提高了风量分配的均匀性。目前，即使燃用高挥发分燃料，也采用通风截面比较小的炉排。这样有利于调节燃烧，保持较低的过量空气系数，漏煤损失也较小。

（2）炉排片冷却度

冷却度是炉排片工作可靠性的指标。炉排片是一种高温工作部件，它的工作条件很差。尽管炉排片和正在燃烧的燃料间一般都有一层灰渣，形成所谓“灰渣垫”，可以遮蔽来自燃烧层的一部分热量，但炉排面的工作温度仍较高，可达600～700℃。特别是在燃用非粘结性煤，或燃用灰分过少的煤（A_ar＜5%～10%）时，不易形成“灰渣垫”，此时炉排面的温度更高，可能高达850～950℃。实际工作中，炉排片主要依靠通过炉排片缝隙间的空气流来进行冷却。所以，应该保证炉排片具有一定的高度，以使其有足够的侧面积被空气冲刷冷却。空气冷却炉排片的程度用冷却度ω来表示。冷却度ω是被空气冲刷的炉排片侧面积与同燃料层接触的炉排片表面积之比，即

由于炉排片侧面积的冷却效果随其高度的增加而降低，因此炉排片冷却度ω是一个比较粗略的指标。对于不同的炉排型式，其炉排片所处的冷却环境不同，因而所需要的炉排片冷却度也有所不同。

图5.11　手烧炉

1－炉排；2－燃烧层；3－炉室；4－落灰室；5－炉门；6－灰门