第三节 链条锅炉配风强化燃烧技术
一、配风的基本概念与标志
锅炉合理配风是提高燃烧效率、节约燃料、保证出力的重要条件。合理配风就是在确保燃料充分燃烧前提下，实现最低空气系数；既要保持一定的空气量，满足燃烧过程对氧气的需求，又要达到与燃料充分接触并混合，使空气得到有效利用。合理配风就是寻求最佳的“量”与“质”的技术手段。
链条锅炉合理配风的标志：一是确保燃料的充分燃烧，合理控制火段（火床长度），炉膛出口空气系数控制在1.3左右；二是火焰致密均匀，燃烧不偏斜，具有良好的火焰充满度；三是燃烧中心位置适当。良好的配风要有良好的通风设备、较高的操作水平，通过炉膛出口空气系数来检验。因此，搞好链条炉排一次风的分配，是提高链条炉燃烧效率的关键技术之一。
二、链条炉排燃烧方式对配风的基本要求
链条炉排燃烧所具有的分段燃烧，以及燃烧在炉排与空间同时进行的特性，决定了沿炉排纵向配风的适应性、沿炉排横向配风的均匀性和二次风配置的要求。
1.沿炉排纵向风量分配的适应性要求
链条炉排的燃烧特性决定了沿炉排纵向不同位置的燃煤处于不同的燃烧阶段，对于氧气量（通风量）有不同的要求。炉排前端的新燃料区处于煤的干燥预热阶段，炉排末端的燃料层处于燃尽阶段，都只需要相对少量的空气供给。而炉排中部的燃煤分别处于挥发分燃烧、炭的激烈氧化反应以及还原生成一氧化碳的燃烧阶段，需要供给大量空气。因此要求沿炉排纵向风量的分配必须适应煤层各燃烧阶段所需要的风量。通常采取分段风室配风方法，在炉排中部多送空气，而炉排前后两端少送空气，链条炉排炉燃烧空气供、需关系如图3-22所示。按锅炉容量不同，可配备5～9个风室或多风斗的结构，分别调控以满足燃烧不同要求的空气量。
图3-22 链条炉排炉燃烧空气供、需关系示意图
1—统仓送风下沿炉排长度的空气量分布；2—沿炉排长度上燃烧所需空气量的分布；3—挥发分燃烧所需空气量；4—焦炭燃烧所需空气量；5—分室送风条件下空气供应量
分室送风系统中，空气可从炉排前部或侧向输入。炉侧送风又有单侧和双侧送风之分，如图3-23、图3-24所示，大容量锅炉多为双侧送风。同一个风室有单风室、双风室或三风室等不同结构，还有大风仓小风斗结构，见图3-25。
图3-23 单侧进风
图3-24 双侧进风
图3-25 大风仓小风斗送风结构图
2.沿炉排横向配风的均匀性要求
（1）为了达到沿炉排横向燃烧工况的一致，需由沿炉排横向配风均匀性来保证。然而，横向配风不均匀在运行中较为普遍，给燃烧带来不良后果。
①在通风量小的弱风区域，一方面减慢氧化反应，另一方面又使还原反应加剧，致使CO和其他碳氢化合物增加，化学不完全燃烧损失增大，q3可达3％以上；通风量大的强风区域，易形成火口、火龙，大量空气未参加燃烧就直接窜入炉膛，不仅降低了炉膛温度，而且使排烟热损失q2增加。同时因过量空气加大，使引风机电耗上升。
②横向配风不均匀使煤层中许多焦炭难以燃尽，造成q4增加。
③横向配风不均匀，导致炉膛两侧炉温不均匀，甚至单侧结焦，影响安全运行，易损坏炉排。
（2）影响炉排横向配风均匀性的因素
①燃烧设备结构及其制造精度，如侧密封与炉排运动部分间隙过大，造成炉排两侧风量偏大，而中部风量偏小。
②进风形式影响。对于单侧进风的炉排，易出现进风侧风量偏小，而相对一侧风量较大，个别情况也有进风侧风量较大而相对一侧风量较小的现象，使火床出现“阴阳脸”状况。对于两侧进风的炉排，易出现中间风量偏大的现象。火线呈倒马蹄形。
③炉排阻力及煤层阻力增加有利于配风均匀。由于煤斗中煤颗粒大小的自然离析，多见炉排两侧煤块多，中部煤末多，造成煤层横向通风阻力差异较大。火线呈马蹄形。
④风道、风室结构对横向配风均匀性影响较大。当风室断面积Ff减小，空气流速增大，则气流动压头增大致使风量分配更趋不均匀；当风室进口窗截面ff减小，在进口处由于流通断面突然扩大，在风室进口后拐角处形成更强的涡流区，静压降低，空气流量不均匀性更为突出。此外风室调风门的开度方向、大小和调风门转轴位置等因素也会引起气流偏斜、分布不均。
三、改善横向配风均匀性的技术措施
1.横向配风规律
进风口截面积f总是小于风室横截面积F，二者的比S=f/F总是小于1。气流从进风口进入风室，由于截面积突然扩大，造成流体局部阻力损失加大；而后，气流在向前流动过程中，逐步分流部分气体穿过炉排和煤层进入炉内，致使流体流速大小和方向发生变化，反映在流体动压和静压的转换、损失加大与不均匀性。风室内静压沿炉排宽度方向分布见图3-26，上升气流动压分布见图3-27。
图3-26 风室内静压沿炉排宽度方向分布图
图3-27 炉排上升气流动压沿炉排宽度方向分布图
（1）单侧进风沿炉排横向压力分布 由进口至末端压力逐渐增大，末端大到最高值，进口附近有一小高值，是因炉排侧密封漏风所致，如图3-28所示。
图3-28 单侧进风沿炉排横向压力分布图
（2）双侧进风沿炉排横向压力分布 双侧进风时，两进口压力偏小，炉排中部压力最高，如图3-29所示。
图3-29 双侧进风沿炉排横向压力分布图
（3）风压的不均匀性与风室进口断面积大小和进口流体速度有关，进口窗截面越小，压力分配越不均匀；进口流体速度越大，压力分配越不均匀。
2.提高横向配风均匀性的技术措施
（1）改进风室结构
①风室加装均压阻挡件、导流板（节流孔板、多孔风箱等），风室加装均风孔板，如图3-30（a）、（b），风室加装均风阻挡件，如图3-31（a）、（b），风室加装垂直均风挡板，如图3-32。
图3-30 风室加装均风孔板示意图
图3-31 风室加装均风阻挡件示意图
图3-32 风室加装垂直均风挡板示意图
②尽量采用双侧进风。
③尽量扩大风室断面面积。
④扩大风室进口截面积，既可减少局部阻力损失，又可降低流体流速，如图3-30（b）所示，当f/F≥0.7时，进风口的影响可忽略。
图3-33 进风门格栅结构示意图
1—Ⅳ号插板式风门；2—格栅；3—前直挡板
图3-34 进风门活动百叶挡板结构示意图
⑤改进进风口结构。对于小容量链条炉，进风门加装格栅、活动百叶挡板，结构如图3-33、图3-34所示，可以纠正通风偏移，改善通风的均匀性。
（2）减少侧密封漏风，选用良好密封结构件
①加装防漏挡铁，图3-35；
图3-35 防漏挡铁的安装简图
②鳞片炉排两侧密封装置及导轨间浇注耐火混凝土密封，如图3-36（a）；
图3-36 两侧密封装置
③链带式炉排两侧密封装置如图3-36（b）。
（3）合理增加炉排通风阻力和燃料层阻力
四、典型配风结构
①进风窗喇叭口结构。为了提高f/F数值，改进风室进口，在进口处用喇叭口连接，消除涡流，如图3-30（b）所示。
②单侧送风风室加布风板，如图3-30、图3-31；双侧送风风室中间加装隔板，每侧加布风板。较宽炉排应采用双侧送风，因风室较长，两侧进风的风量、风压不尽相同，所以沿炉排横向配风更容易出现不均匀的问题，在中部加装隔板，变成两个独立的单侧风室便于调控，如图3-31（b）。单侧送风风室加装不同形式的布风板，使空气沿风室长度方向保持相同流速，静压基本一致，实现均匀配风。
③大风仓小风斗配风系统。结构如图3-37所示，一次风从左右两侧炉墙进入炉排下部大风仓内。在炉排下部的纵向设置5组风斗，每组10只小风斗，均分两行。每组10只风斗的调风门用同一根转轴在炉侧操作，进行炉排纵向风量的分区调控。调风门在风斗底部，起着进风、调风、密封和放灰的作用。小风斗1与调风门2的结构如图3-38所示。每个小风斗都由以60°倾斜的四壁围成呈长方形的小斗，但每两个小风斗是由一整块铸铁构成的，风斗底部与调风门的接触面全部经过精加工，以保证密封性能和转动调节灵活。风斗组间有长密封，每组两行风斗间有短密封，风斗组及长短密封块布置如图3-39。炉排纵向风量的大小是利用小风斗的调风门来调节的。为使大风仓建立足够的风压，大风仓与炉排前后装有特殊的密封块，结构如图3-40。为了进一步减少炉前炉后窜漏风的现象，可将大风仓改成数个独立的中风仓来解决，如图3-37。试验证明，大风仓小风斗配风系统具有良好的炉排横向配风均匀性，不必采用其他均风措施就可以使炉排横向配风相当均匀，这主要源于大风仓的稳压和均风作用。由于密封性能和风门同步性能好，在用调风门调节风量时，对炉排横向配风均匀性影响不大。大风仓小风斗配风系统具有良好的调风性能，是较理想的配风装置，缺点是结构复杂，加工量大，制造成本高。
图3-37 锅炉供风系统结构示意图
1—小风斗；2—调风门；3—进风口；4—大风仓；5—密封件
图3-38 小风斗和调风门结构示意图
1—小风斗；2—调风门；3—整体铸铁件
图3-39 风斗组及长、短密封块布置示意图
1—1#风斗组；2—2#风斗组；3—3#风斗组；4—4#风斗组；5—5#风斗组；6—长密封块；7—短密封块
图3-40 炉排前、后密封块结构示意图
1—上密封块Ⅰ；2—下密封块Ⅰ；3—前密封块；4—炉排；5—上密封块Ⅱ；6—后密封块；7—下密封块Ⅱ
五、二次风的应用与强化燃烧
对于层燃炉，燃料集中在炉排上，主要是通过炉排通入的空气来实现燃料的燃烧，这部分空气称为一次风。同时燃烧过程中存在气化过程，即析出的挥发分、还原反应产生的一氧化碳以及少量的碳氢化合物形成的气体可燃物，这些气体可燃物的燃烧在炉膛空间进行，需要向空间送入一定量空气来满足。向炉膛空间通入的这部分空气称为二次风。二次风使空间气体混合流动，促进可燃物充分燃烧，具有部分炉拱的功能，是消除黑烟、提高燃烧效率的有效措施。
1.二次风改善燃烧机理与效果
（1）利用二次风改善燃烧的机理
①扰动烟气，使烟气与空气达到混合，促使空间不同区域、不同组分气体的搅拌混合；
②造成烟气旋涡，改善炉内充满度，延长烟气流程，使可燃物质在炉内停留较长时间，得到充分燃烧；
③依靠旋涡的离心作用，把烟气中颗粒分离出来，减少排烟中的飞灰量，同时未燃尽的炭粒被甩回火床得以充分燃烧，减少固体不完全燃烧损失，并有一定消烟除尘作用；
④帮助新煤着火和防止炉内局部结焦；
⑤当用空气作二次风时，补充炉膛空间可燃物燃烧所需空气量。
（2）合理布置和使用二次风，一般可提高锅炉热效率5％左右。尤其是对燃用挥发分含量较高的煤种，遏制黑烟效果十分明显。
2.二次风的设计与控制
二次风的作用，决定了二次风必须要具有足够的动量，它不是依靠增加风量，而应注重气流的冲击力；二次风的布置要与炉膛结构、燃用煤种、燃烧过程有机地配合，对布置方式、风量、风压、喷口等都有相应的要求，以形成理想的炉内空气动力场。
（1）二次风布置方式
①单侧布置（前墙或后墙）。单侧布置用于炉膛深度不大的场合，燃用挥发分较高的煤种时，二次风布置在前墙，此时有助于与挥发分混合燃烧；燃用无烟煤时，二次风布置在后墙，目的是把燃烧室中部火焰和高温烟气推向火床前端，有助于新燃料的引燃。布置在后墙时，一般将风口装设在后拱喉部鼻突处，如图3-41所示。
图3-41 后拱喉部鼻突处装设二次风示意图
1—后拱；2—前拱；3—二次风箱
②双侧布置（前、后墙）。此时二次风常装设在前后拱形成的喉部，前后墙风口在不同高度射出，增大搅拌区域，有利于使烟气形成涡旋，可起到强化燃烧的作用，见图3-42。
图3-42 前、后拱喉部不同高度装设二次风示意图
（2）二次风占总风量的比例 二次风占总风量的5％～10％，挥发分含量较高时选用较高比值。
（3）二次风的风口
①风口形状。采用圆形风口时为ϕ40～60mm，采用矩形风口时短边8～20mm，风口长宽比3～5。风口形状的选择取决于安装的方便，无论何种形状气流喷出后，其截面都逐渐变成圆形。决定二次风效果的主要因素不是风口形状，而是风口出口气流的动量。
②风口数量，一般取2～7只。
③风口距火床高度取0.6～2.0m，二次风位置应尽可能低，使搅拌后的烟气能充分利用炉膛容积，保证足够的燃尽空间和时间。但不能布置得太低，风口太低易吹到炉排上扰乱煤层，破坏火床燃烧，风口太高失去二次风的功能。二次风应优先布置在喉口处。
④二次风吹入风口，通常向下倾斜一个角度（一般为10°～25°），与炉内上升气流形成更好的扰动效果。
（4）二次风出口风速 是确保二次风有效性的关键参数，为了使其能够对烟气产生足够的扰动，形成烟气流动有效组织，就必须具有一定的动能和穿透深度，即达到一定的风量和出口速度。对于链条炉排燃烧方式，二次风量受到一定限制，因此出口风速的主导作用更为突出。它主要决定于所需要的射程，二次风出口速度选用40～70m/s时，二次风的射程约为3～5m可以满足一般炉膛的要求。
（5）二次风的风压在风口前一般为2000～3500Pa。
（6）二次风可以是空气、蒸汽或蒸汽与空气的混合物（汽带风）。
3.二次风的应用
（1）蒸汽二次风 二次风是改善燃烧工况有效的技术途径，得到广泛应用，在小型立式锅炉、2～6t/h层燃炉应用蒸汽二次风都可收到明显效果，利用自身产生的蒸气作二次风时，立式炉可将二次风管安装在炉门两侧。小型层燃炉一般可采用ϕ40mm左右的钢管，将管头部砸扁使之形成矩形缝隙喷口，从燃烧室两侧墙中后部的炉门伸入炉膛，喷口朝炉膛前方，并调整喷口略向下倾斜，使蒸汽喷射至火床前中部，可以达到消烟助燃的效果。由于蒸汽的冷却作用，钢管不会被烧坏。蒸汽二次风管道要做好疏水，确保入炉蒸汽不带水。蒸汽二次风简单易行，利用蒸汽压力可以达到一定的射程，而且在低负荷时炉膛空气系数也不致太高，用于不具备二次风机及其送风系统的场合。其缺点是要耗用一定的蒸汽量。
（2）蒸汽引射二次风 为了克服蒸汽二次风蒸汽消耗量大的弊端，出现了用蒸汽引射空气作二次风的方法。20世纪60年代，浙江湖州发电厂在10t/h、20t/h链条锅炉上应用了蒸汽引射二次风，在后拱喉部安装三个喷口，向前下方（与水平成18°～20°），射向炉前距煤闸板500mm、距炉排面300mm左右的交线上。锅炉运行压力1.25MPa，用于蒸汽引射的蒸汽压力为0.8～1.0MPa。现场观察到，当二次风关闭时，炉膛火焰变为稀疏发红，火焰软弱；当二次风开启投运后，炉膛火焰立即转为明亮、均匀、充满度好、火焰有力，收到立竿见影的效果。一般情况下，蒸汽压力为0.3～1.0MPa，喷嘴ϕ3～4mm，空气套管ϕ51×4mm，喷嘴2～4只，喷嘴和空气套管均采用不锈钢材料，以提高耐热性能。应用蒸汽引射二次风省去了二次风机和二次风道系统，与蒸汽二次风相比，可以减少蒸汽耗量，在锅炉改造中应用较广。
（3）空气二次风。利用专门设置的二次风机通过风道、喷嘴将空气送入炉膛。空气二次风一般由二次风机直接吸入冷风而不经过空气预热器，广泛应用于大型锅炉。此外，还有以烟气为工质的二次风。