链条锅炉炉拱优化强化燃烧技术

一、链条炉排燃烧特性：

1. 燃烧特性：

链条炉排属于移动层燃，其工作方式是由链条炉排驮载着一定厚度的煤层进入燃烧室，从前至后（沿炉排长度方向）连续移动；燃烧所需要的空气通过炉排的间隙自下而上与移动着的煤层垂直相交；燃烧和热能由煤层表面垂直向下传播，由此形成如下燃烧特性。

（1）燃料层单向引燃特性。随炉排移动进入燃烧室的燃料，主要是靠其上方的热源来点燃，它包括前拱及炉墙辐射传热；燃烧室前部空间高温烟气辐射传热；由后拱导向燃烧室中部高温烟气的对流传热及其夹带的炽热炭粒的热量。

（2）随炉排连续移动的燃料，依次完成燃烧的热力准备阶段、燃烧阶段和燃尽阶段。

①进入燃烧室的燃料在上方热源加热下立即进入干燥预热升温过程，当燃料达到一定温度时，开始析出挥发分，这个过程的长短，也就是燃料进入燃烧室后延续的时间和距离，一方面取决于燃煤湿度大小和挥发分的性质，另一方面取决于空间热源强化程度。

②当析出的挥发分与空气组成的可燃混合物达到一定浓度时立即出现着火，挥发分的燃烧是整个燃烧过程的开始和发动，释放大量的热能使固定碳得以充分预热。这个阶段的放热强度，除通风因素外，主要取决于挥发分含量的多少和性质。

③固定碳得到充分预热达到一定温度时，使整个燃烧过程进入了活泼的固定碳燃烧阶段并放出大量热能。这个阶段的进行，除了要有充分的氧气供给外，还取决于温度水平。

④大部分固定碳燃烧后，煤层的温度急剧下降。煤层中残余的固定碳缓慢燃尽形成灰渣，随着炉排移动到末端排出。

这几个阶段沿着炉排移动方向依次连续进行，由于煤层的运动方向与垂直向下的热能传递方向合成的结果，使得不同燃烧阶段的分区界限不是垂直线，而是形成相当倾斜的界限。链条炉排上煤层燃烧区域分布见图：

1—新燃料区；2—挥发分析出并燃烧区；3—焦炭燃烧区（3a为氧化层，3b为还原层）

（3）沿着炉排运动方向的燃料层处于不同的燃烧阶段，各需不同的空气量，并产生相应的气体生成物向燃烧室扩散。

垂直于移动煤层的空气流，在沿炉排长度方向的不同位置，流经着不同的燃烧阶段，不同的可燃成分，不同的温度、厚度、阻力的煤层，离开煤层的气体生成物也必然呈现各不相同、不均匀的特性，但从总体看表现出十分严谨的规律性。气体成分及分布见图：

链条炉排煤层表面的气体成分及分布

火床前后两端出现过剩氧，而在中部存在大量可燃气体，二氧化碳分布曲线呈马鞍形。这种气化产物分布规律与燃烧强度无关，只是分布长度有所改变，燃烧强度升高，曲线范围缩短，反之扩大。

（4）燃烧过程中煤层的气化特性。

进入燃烧室的燃煤，当完成热力准备阶段达到一定温度时析出挥发分，形成气相可燃物，与空气混合实现着火，这是燃煤气化的第一种形式。接下来燃煤进入了固定碳直接氧化区域，由于在高温下氧化反应进行得非常快，大大超过空气的供给与燃料的混合速度，因此在实际上仅仅与炉排接触不太厚的煤层范围内进行着真正的氧化过程。而煤层的绝大部分因氧气不足而出现还原反应 。这种性质与通风强度无关。因此，该区域燃烧过程，实质是煤的气化产物的气相燃烧，这是燃煤气化的第二种形式。所以，链条炉排燃烧既有煤颗粒表面的燃烧，也有燃煤气化生成物的燃烧，也就是燃烧既在燃料层中进行，也同时在燃料层上方的空间进行。因此既要组织好炉排上煤层的燃烧，又要组织好炉膛空间的燃烧。

2.燃料特性对链条炉排燃烧过程的影响

燃料特性对燃烧状况产生极其重大的影响，它是确定炉膛结构的依据，即一定的煤种对应着一种炉膛结构，或者说炉膛结构一旦确定，就适用于一定的煤种。

（1）挥发分的影响　在煤的各项特性中，挥发分的性质含量占有特殊的地位，它决定着火的难易程度和整个焦炭燃烧过程。挥发分是燃煤分解出来的气体和煤的成分中含有的凝结性物质蒸气的混合物。不同化学年代的燃料，挥发分析出温度不同，含挥发分高的烟煤挥发分在170℃即可析出。而炭化程度较深、挥发分较少的无烟煤则在400℃才开始析出。前者500～600℃即可起燃，而后者则需700～800℃才能起燃。由于链条炉排燃烧方式固有的燃料单向引燃特性，使得挥发分含量较高的煤易于起火，且燃烧稳定。此外挥发分析出区域的宽度也有很大差异，图3-1中bK与cL之间距离，含挥发分较高的烟煤，这个区域较为宽广，而无烟煤变得非常狭窄。燃料特征在燃烧区段表现出来的这一特点对整个燃烧过程的完全程度带来极为重大的影响。挥发分析出和燃烧区愈宽广，则放出的热量愈大，加热固定碳的过程愈长，加热愈强烈，这就大大改善了难以燃烧的固定碳的燃烧条件，促进其强烈地气化和燃烧；反之，挥发分析出和燃烧区段愈狭窄，则为固定碳提供的热量、伴随的时间愈短，固定碳完全燃烧趋于困难，降低了完全燃烧程度。挥发分含量越高的煤，挥发分燃烧后，剩下的焦炭量越少，且焦炭比较疏松，燃尽时间也越少，易于燃尽。可见，煤中挥发分含量的多少是决定炉膛结构及通风条件的关键因素。燃用烟煤的链条炉排锅炉适宜燃用Vdaf≥22％的煤种，对于Vdaf<22％的煤炭以至挥发分含量更低的无烟煤，则需要特殊的炉膛结构、通风配置和其他强化燃烧的措施。

（2）灰分的影响　煤中灰分增加使得可燃物含量减少，对煤的着火和燃烧带来不利影响。当燃用多灰的煤种时，在焦炭周围覆盖了过多灰渣，阻碍了与空气的接触，延长了燃烧时间，加大了不完全燃烧热损失。燃用灰分高的劣质煤，焦渣特征大，很容易在炉排上结焦，破坏燃烧过程，严重时还可能堵塞炉排通风间隙，造成炉排过热烧坏。大块的焦渣堵塞灰渣通道，危及正常运行。链条炉排锅炉用煤灰分最好小于25％，不宜超过30％，焦渣特征2～4号为宜。燃用灰分较多的煤种时，应配置强化引燃的炉膛结构，使用热风，并采取碎渣措施。

（3）水分的影响　煤中水分增加使燃煤入炉后干燥时间加长，水分的蒸发需要吸收热量，这对煤的着火不利。蒸发了的水与可燃气体混合，既增加了可燃气体的热容量，又降低了其浓度，对可燃气体燃烧也不利，这些都促使燃烧室温度下降，不利于燃烧的强化。但煤中水分也不宜过低，尤其是对于煤末多的燃煤，煤中适当的水分能使碎煤屑粘接在一起，使漏煤和飞灰减少。适当的水分也可使煤层不致过分结焦；煤层中水分蒸发后能使煤层疏松利于燃烧。链条炉排燃烧要求煤中全水分不得超过12％。对于高水分的煤，要求强化引燃的炉膛结构。

（4）发热量的影响　发热量是煤的综合性指标，发热量低的煤，水分或灰分的含量必然高，因此当Qdaf低于16.50MJ/kg（3940kcal/kg）时，炉内的燃烧温度、拱的温度和辐射的热量低，使煤的着火和燃尽困难。同时在燃用发热量低的煤时，燃煤量增加，煤层厚，链排速度加快，这对着火和燃尽是不利的。因此当燃用Qdaf低于16.50MJ/kg的煤种时，在炉拱的设置、热风温度、炉排的有效面积等方面均需采取相应的措施。

（5）煤粒度的影响　链条炉排适合燃用洗选煤，其粒度为6～25mm，当燃用未经洗选的原煤时，小于3mm不得超过30％，最大颗粒度不大于40mm。链条炉排上的煤层相对于炉排是静止的，在燃烧过程中，没有拨火作用，所以不适用黏结性强以及煤灰的熔融软化温度ST≤1250℃（当煤中灰分小于18％时，ST允许降低到1150℃）的煤种。

3.链条炉排燃烧的基本要求和基本方法

为了满足链条炉排上述燃烧特性，使燃烧能够正常稳定进行，达到充分燃尽的基本要求：一是要有足够高的引燃热源温度的提供和可靠的热传递；二是要有符合不同燃烧阶段的合理配风和调控措施；三是要有满足空间烟气充分混合的燃烧室结构以及空间气流组织手段。采用的基本方法：一是配置适合于燃料特性的炉拱结构；二是沿炉排长度方向的分室配风和二次风的合理配置等方法来实现链条炉排的燃烧要求。

二、炉拱特性与功能：

1. 炉拱特性

为了适应链条炉排燃烧特性要求，燃烧室需设置特有的结构——炉拱。它起着新燃料引燃和促进炉内烟气混合等作用。炉拱特性一是辐射传热。炉拱通常由耐火砖或耐火混凝土筑成，炉拱本身不产生热量，属于灰体，其表面法线方向上的辐射黑度约为0.8左右。来自火床上燃料燃烧产生的热量和燃烧室炽热烟气的热量，被炉拱所吸收，提高了炉拱的温度，炽热的炉拱把热量再辐射到炉排的燃料上。前拱主要功能是通过辐射传热实现新燃料的引燃；后拱通过辐射传热保持高温，促进燃料的燃尽。其辐射功能的强化程度决定于温度水平的高低和辐射面积的大小。炉拱辐射特性取决于炉拱在炉排上投影面积而与其形状无关，因此炉拱在炉排上的投影长度是炉拱结构的主要参数之一。二是促进炉内烟气混合。由于链条炉排分段燃烧的特性，即使采取分室送风，燃料层区段所放出的气体成分仍然各不相同。在炉排头尾两端存在着过量空气而在炉排中部，燃烧层始终存在着还原区，不断产生大量可燃气体。前后炉拱迫使这些平行气流相互接触混合，由前后炉拱组成的喉口提升了烟气流速，强化了烟气扰动，利于可燃气体充分燃烧。三是组织炉内烟气流动。组织高温烟气对新燃料和着火区炉拱的冲刷，形成强烈的对流传热，将大量高温烟气输入着火区，提高了炉拱温度，强化了炉拱引燃功能。炉拱之间的有机配合，构成良好的烟气动力场，延长了烟气在燃烧室的路径，有效分离出烟气携带的颗粒物，利于引燃和降低烟尘排放。对于低矮燃烧室，炉拱还利于促进燃烧区高温环境，加速燃烧的进行。

2.前拱功能

前拱的主要功能是组织辐射引燃，包括前拱对新燃料直接辐射传热引燃以及前拱和相邻的炉墙围成空间的火焰和高温气体对新燃料的辐射引燃；有效地吸收后拱导入的烟气热量，提高前拱温度辐射给新燃料；与后拱相配合组织空间烟气形成涡旋，促进空间气体混合，并促使烟气携带的炽热炭粒分离出来落在新燃料上加速引燃。

3.后拱功能

后拱的主要功能是导流引燃和维持燃烧区高温水平，促进燃料的燃尽。后拱组织引导火床中部强燃烧区和后部烟气流涌向前拱区，提供新燃料着火的热源，是稳定前拱区的关键因素。一方面使前拱区提升温度强化辐射引燃，另一方面促使高温烟气中携带的炽热炭粒散落在火床前端新燃料上，形成高温覆盖层直接点燃新燃料；后拱的有效覆盖和辐射传热维持了后拱区的高温，利于主燃区的形成和燃料的燃尽；与前拱相呼应，促进空间气体的混合并强化了气体的燃烧。

4.目前炉拱存在的主要问题

炉拱特性理论研究和实践探索，使炉拱结构优化取得了显著进展，效果明显。但是仍有相当数量原有锅炉炉拱结构不理想，炉拱覆盖率偏小，特别是后拱覆盖率偏小尤为突出；前后炉拱坡度较大，喉部截面积较大；前拱距炉排距离较大，尤其是与煤闸板相邻拱段位置过高。这样的炉膛结构，不利于燃煤点燃，削弱了炉拱混合作用，缩短了烟气流程，造成燃烧不稳定，灰中可燃物高，浪费煤炭，影响出力。

三、炉拱优化原则、主要结构参数及细部结构：

1. 炉拱优化原则

①在炉拱长度和炉拱高度相同的情况下，辐射传热性能与其形状无关，前后炉拱应有足够的覆盖长度。炉拱形状取决于燃烧室空气动力场性能的要求。前拱一般设计成凹面形，包括人字形，不必刻意将前拱做成抛物线形，因为炉拱辐射传热并不遵循光的反射原理。后拱一般设计成直线形或人字形。

②炉拱的动量原则。主要是指烟气在后拱出口应具有足够的动量，才能使其达到火床前端，实现引燃并形成烟气涡旋，改善火焰充满度，强化烟气的混合。关键是使烟气在后拱出口达到一定的速度，特别是燃用无烟煤或劣质煤要达到较高的烟气流速。

③前后拱相协调原则。前后拱应形成一个有机的整体，才能实现炉拱对新燃料引燃以及烟气的混合功能。

④对燃料特性广泛适应的原则。对煤种变化适应性的强、弱是评价炉拱优劣最主要的依据之一，也是锅炉工作者为之长期探索的方向。

        2.炉拱主要结构参数

链条炉的前后拱结构

①炉排有效长度l值大，则取h1、h2偏大值。

②对多灰或灰熔点低的煤，h取大值。对Vdaf小的煤，h取小值。

③对水分高的褐煤，h1、[插图]取大值，[插图]、a取小值。

④对难着火的Ⅱ类烟煤，[插图]取大值。

⑤h1主要取决于与后拱的配合。

⑥Vdaf高的贫煤，按Ⅱ类烟煤设计。Vdaf偏低的贫煤按无烟煤设计。

（1）后拱至炉排面的最小高度h　h值的大小直接影响到后拱出口烟气流速以及后拱与炉排面的距离，是炉拱的重要结构参数。减小h值有利于提高后拱出口烟气流速，并可利于挥发分较低煤种的引燃。但h值不可过小，以免造成检修出入困难，也不利于多灰易结焦灰渣的顺利排除。

（2）后拱的倾角α　后拱倾角α的确定，应能确保后拱区燃烧所产生的烟气能顺利流出并使烟气在其出口具有足够的流速。后拱改进的趋势是压低，加长、减小倾角，以适应包括较差煤质在内的煤炭资源燃烧。燃用烟煤的链条炉，原后拱倾角大多15°～30°，后来一般采用15°。大量改造实践证明，后拱倾角α取12°为宜，可以使烟气在后拱出口获得足够的流速，引燃和燃烧都可以达到很好的效果。但倾角α不可太小，因后拱区从炉排尾部至后拱出口烟气量是逐渐增加的，在不同断面烟气流速逐渐加大，因此烟气在后拱下的流动阻力也将随之增大。要使烟气顺利流出后拱，炉排尾部至后拱出口必然要有一定的压差，这个压差由引风产生的炉膛负压提供，当后拱倾角α过小时，可能造成后拱下出现正压。采用低长后拱时，后拱倾角α不宜小于8°。

（3）后拱覆盖炉排的长度a2a2值是炉拱结构最重要的参数。它既影响后拱辐射传热量的大小，关系后拱区温度水平，又决定着导向前拱区烟气量的大小和深入前拱区的程度，是实现后拱功能的关键，也是决定炉拱优劣的主要参数。后拱覆盖炉排长度a2增大趋势明显，燃用烟煤以及挥发分偏低的煤种时，a2值应不小于炉排长度的50％，燃用劣质烟煤时，可取值为60％左右，燃用无烟煤时a2值为60％～70％。应注意，a2值过大会引发结焦的出现。

（4）h2值及后拱出口烟气流速w2　当选用直线形后拱，在确定了h、α、a2值之后，h2值经计算可得，不须选定。它是后拱布置合理性的重要指标，h2值的大小直接影响着后拱出口烟气流速w2的大小。w2值大，后拱下的烟气射得远，火焰中心向前移，为前拱提供更多的热量，同时强化了火焰对新燃料的辐射传热，并促使后拱射出烟气中所携带的炽热炭粒子更多地撒落在新煤层上。增大w2值是强化后拱引燃功能的主要手段。w2值一般为5～10m/s。烟煤着火比较容易，采用小值，无烟煤着火困难，则采用大值。

（5）前拱覆盖炉排的长度a1及h1值　前拱的辐射引燃功能通过前述三个作用来实现。要提高前拱辐射功能，应维持一定的a1值，一般可取炉排有效长度的15％～25％；为实现与后拱的配合，应突出前拱对后拱射入气流的吸纳和包容。因此h1值应高于h2值，直至h1值为h2值的2倍。对于小型锅炉h1值不宜过大，此外还应兼顾前后拱形成的喉口对空间气体混合功能的要求。前拱的拱形还应防止出口烟气直达出烟窗，造成烟气短路。

（6）喉口烟气流速wh　前拱与后拱之间的最小距离（前拱烟气出口端点与后拱鼻突之间的距离）称为喉口，是促使燃烧室气体混合的特有结构。喉口处烟气流速wh的大小是体现炉拱混合功能强弱的重要参数。喉口大，wh值偏小，混合功能减弱；喉口小，wh值增大，混合功能增强。因此应尽量减小喉口尺寸，增大喉口烟气流速wh。但是喉口太小，烟气阻力增加，会造成燃烧室正压，冒烟喷火。燃用烟煤时wh值可取5～7m/s，燃用无烟煤时wh值可取7.5～9m/s。

3.炉拱细部结构

①拱前端与煤闸板相邻部分的拱段与炉排的距离[插图]以及此拱段出口形状，与煤层的起火点位置有极其密切的关系。早些时候设计的炉拱，此拱段与炉排距离偏大，[插图]约为400mm，拱段长度[插图]最长不超过500mm，且出口为较大曲率半径R的弧形结构，当燃用挥发分较高的煤种（Vr>30％）、链条速度较低时，煤斗中的煤起火冒烟，甚至煤斗、炉排局部结构过热变形的现象屡见不鲜。这是此拱段位置较高、出口圆弧大，炉膛炽热烟气辐射热深入传递到煤层前端，促使起燃点前移所造成的后果。其次，前端烟气有沿拱面流动的趋势，出口圆弧半径太大，烟气易直接导向出烟窗，缩短了烟气流程。特别是紧贴拱面烟气中挥发分与空气得不到充分混合，造成燃烧不完全，易冒黑烟。再次，易造成漏风，尤其是两侧，对于分层给煤装置，小拱过高引起漏风更为突出。

②前拱出口凸型单曲拱（突台）结构。图3-6为凸型单曲拱结构，能使紧贴拱面的烟气气流脱离拱面，改变流向，具有部分二风的作用，促进气流的扰动，在炉膛形成强烈旋涡，有利于可燃气体、炭粒与空气良好混合；有利于延长烟气流程，改善充满度，以使可燃物得到充分燃烧。凸型单曲拱结构，还可促使烟气中所携带的炭粒分离并落在前拱下方，利于新燃料引燃，减少飞灰排出量。

③后拱折线结构（人字形拱）。人字形炉拱是将后拱出口段由直线形改变成折线形，将其做成水平段或反向倾斜段。实质上是压低后拱出口高度，这样的结构既保持了后拱中部强烈燃烧区具有足够的燃烧容积，又利于提高后拱出口烟气流速，使之具有冲入火床前端的动量。后拱出口折线段长度一般在500mm左右，反倾角为0°～20°。后拱出口折线段长度过长或反倾角太大，会造成高温烟气所携带的炽热炭粒碰到反向倾斜拱时过早地掉落下来，而削弱引燃作用。

④后拱出口端部（鼻突）结构。以往的后拱出口都做成曲率半径很大的圆弧，目的是使烟气很顺畅地流出。然而，实践证明，这样的结构不利于空间气体的混合，后拱区高温烟气容易沿后拱壁导向出口烟窗，不利于涌向前拱区，削弱了引燃功能。

四、中拱强化燃烧机理和结构优化：

前后拱结构具有强化引燃，组织空间气流混合，创造高温条件等作用。目前小型燃煤锅炉在运行中，燃料引燃并不是关键，炉膛结构的不适应表现在大量焦炭不能充分燃尽，造成燃烧效率低，影响锅炉热效率。固定碳的燃烧，属于扩散燃烧范围，反应过程中氧化速度大大超过氧气的供给速度。因此固定碳的完全燃烧不但需要创造一个高温条件，而且还在于组织好炉排上的一次混合和空间的二次混合过程。前者取决于炉排通风的合理组织，而后者则取决于空间混合作用的强化程度。

在燃煤挥发分低于设计煤种时，固定碳燃烧区相对扩展，原有的炉膛结构在强化混合作用方面显得钝化，增加中拱结构使固定碳燃烧得以改善，从而强化了整个燃烧过程。

1. 中拱强化燃烧的机理分析

（1）强化空间混合作用　中拱位于原有燃烧室喉口中前部，即固定碳的燃烧带，这里进行着炭的直接氧化和还原过程，是一个包括完全氧化生成CO2及不完全氧化生成还原产物CO的过程。这里的“中拱”把CO以及挥发过程残存的少量H2、CH4可燃气体分成两股，使之与前后拱汇拢来的过剩氧充分混合，迫使原来不同气体组分的平行气流相互接触混合，得以充分燃烧。

（2）强化固定碳燃烧区辐射传热，创造高温条件。固定碳的燃烧较困难，是灰渣中可燃物的主要来源。当温度在750℃以下时燃烧速度缓慢；到1200℃以上时，反应速度急剧加快，整体燃烧进程取决于扩散速度。因此固定碳完全燃烧除了具备良好的混合条件外，最主要的是创造一个高温环境。

（3）“中拱”具有很大的蓄热能力，可以促进空间可燃气体和炭粒的燃尽，稳定燃烧工况。“中拱”由耐火材料筑成，具有很大的蓄热能力，是一个热载体，比其占有的同体积的烟气高千倍，因此它不仅可以增强对燃料层的辐射传热，而且迫使周围空间的可燃气体和炭粒充分燃烧。可以观察到气流中的炭粒在“中拱”附近形成明亮的颗粒燃烧。此外这种蓄热能力对负荷波动还有稳定燃烧工况的作用。

（4）对于低矮炉膛，特别是卧式内燃炉膛，“中拱”的遮冷卫燃、强化燃烧作用更加突出。卧式内燃锅炉燃烧室的特征为：

①水冷程度高，整个燃烧室几乎为全水冷圆筒形，燃烧热很快被水冷面吸收，难以维持较高炉温，虽然已采取了容积热强度较一般锅炉高两三倍，以维持燃烧过程持续进行的措施，但机裓及化学不完全燃烧热损失仍然较大，对于挥发分低的煤种尤甚，表现出对煤种适应性很差。

②炉膛容积小，不仅造成混合空间小，而且受热面对燃料层吸热能力强，使整个温度水平下降，从而固定碳的燃烧更趋困难。

③烟气沿燃烧室纵向流动，从前至后流速逐步提高。在这类炉膛中布置“中拱”在于发挥它的遮热能力，有效地提高炉膛温度。同时中拱不接触炉胆，并保持一定距离，留出一个烟气通道。这样不仅能扰动纵向气流加强混合作用，而且不至于过多地影响辐射受热面的吸热。此外由于提高了烟气流速，还利于增强受热面对流换热效果。实地观察与测试发现，加中拱后炉膛温度可维持在1300℃左右，火焰均匀充满炉膛。

2.中拱结构参数的优化

（1）中拱位置的确定　中拱应布置在固定碳起燃的位置，即固定碳气化区的上方。对于不同炉型，可按以下具体情况选定：①原喉口宽度前起1/3处；②炉排有效长度前起40％处；③距煤闸板1.5m处；④开式炉膛，中拱前沿距前拱不小于250mm，卧式内燃炉膛，中拱前沿距前拱500～700mm。

（2）中拱的宽度和数量　中拱总有效宽度，对于开式炉膛，可按加装中拱后，喉口处的烟气流速按5～7m/s的条件计算而得。对于卧式内燃炉膛，按照中拱遮蔽辐射受热面积的50％～60％来计算。

（3）中拱高度的选定　开式炉膛中拱净高（中拱底面最高点至炉排距离）500～600mm；第二段中拱可比第一段低100mm，可采取水平布置，也可与后拱采取同样角度，以提高对烟气的扰动作用。

五、燃用无烟煤、劣质煤、挥发分较高煤的炉拱特点：

1. 无烟煤的特征

（1）无烟煤的形成、成分与分类　古代植物经地壳运动埋藏于地下，隔绝空气长期经受高温高压以及微生物的综合作用，发生复杂的物理化学变化，不断分解出二氧化碳、水、甲烷等气体，碳含量逐渐增加，这就是煤形成的炭化过程。随着地质条件和埋藏年代长短不同，炭化程度不同，形成了煤的成分和性质的各不相同，可依次分为褐煤、烟煤和无烟煤，并具有不同的燃烧特性。

（2）无烟煤的燃烧特性　无烟煤的形成和成分决定了它的燃烧特性，由于埋藏年代久远、炭化程度深、固定碳含量高、挥发分含量低，Ⅱ类无烟煤挥发分Vr<6.5％，使得无烟煤燃烧化学反应性能很差，着火温度高达700～900℃（Ⅰ类约800℃，Ⅱ类约900℃，Ⅲ类约700℃）。在燃烧初期释放出的可燃气体极少，产生的热量较少，难于着火和维持稳定的燃烧，因此解决新煤的点燃在炉拱设计中居于首位。另外，燃烧时呈青蓝色的短火焰，颗粒中气孔少，空气不易与煤的表面接触，因此燃烧速度缓慢，燃尽需要时间更长。

2.燃用无烟煤炉拱的特点

如上所述，无烟煤着火非常困难，因此燃用无烟煤炉拱首先应保证无烟煤的可靠点燃，还应保证良好的燃烧工况。由于无烟煤挥发分极低，火焰短，炉拱辐射引燃作用有所减弱，而炉拱导流引燃起着极其重要的作用。

后拱长，其出口更接近火床前端，可以有效地将燃烧区的火焰和高温烟气导入并将炽热炭粒撒落在新燃料上，提供充分的热源，促进着火的稳定。后拱较低的倾角，提高了后拱出口烟气流速，维持在w2值为7～10m/s左右，使高温烟气获得足够的动量得以冲入新煤区，强化对流传热，尽快引燃着火。燃用无烟煤前拱应与后拱相呼应，密切配合才能形成强化引燃并促使燃尽。前拱的特点是短而高，包括炉墙形成一个高温烟气空间，强化对新煤的热辐射；吸收后拱导入的高温烟气热量，提高了前拱温度，同样可强化对新煤的辐射；与后拱组成良好的空气动力场，以组织高温气流对新煤对流传热并分离炽热炭粒，保证新煤能尽快起燃。

3.强化无烟煤在链条炉排上燃烧的其他措施

①燃料层前部区域采取高温烟气下抽。将炉排下第一风室单独密封，专门设置风机，将燃烧室高温烟气向下穿过煤层抽出。利用1000℃左右烟气将入炉新煤加热，使其迅速升温、干燥、预热、析出挥发分，完成热力准备阶段，有效地解决无烟煤着火迟缓的难题。吸风机机前要有除尘装置，抽出的气体排空。

②采用较高预热空气温度。为了改善无烟煤引燃和燃尽条件，燃用无烟煤的锅炉必须加装空气预热器。热管式空气预热器体积小，传热效率高，布置简单方便，近年来得到了广泛采纳。有关热管技术，详见第九章论述。它通过液体的相变进行热量的传递，冷、热端温度比较均匀，壁温高，可避免低温腐蚀，用于无烟煤燃烧热风温度应在150℃以上。

4.劣质煤燃烧特性

劣质煤是指高灰分、低热质烟煤，发热量在12.979～17.585MJ/kg（3100～4200kcal/kg），挥发分Vdaf>20％。其燃烧特性：

①着火点后移。由于高灰分的存在，达到着火温度的热力准备阶段需要吸收更多的热量，导致着火点后移。

②燃烧缓慢。炭粒被更多的灰分包裹，氧气向炭粒内部扩散速度减小，燃烧速度减慢，燃尽困难。

③易结焦。灰分多，在炉排主燃区易形成低熔点的共晶体，熔融状态的灰将炭粒包裹，炭粒燃尽更加困难，多见黑心炉渣，灰中可燃物增高。严重时，在火床上形成大块或大片焦渣，破坏了通风，使燃烧状况恶化，危及正常运行。链条炉排不宜燃用灰的变形温度低于1200℃的煤。此外，为了输入额定热量，既要增加煤层厚度，增加炉排面积，又要加大通风，增加烟尘量，加大了排烟热损失。

④采用洗选煤措施。从源头上对其进行洗选，脱除灰分50％～80％，再专设炉拱，效果更好，详见第六章有关论述。

六、可调炉拱和卫燃带：

针对煤炭供应紧张、质量差、供应渠道多元化、燃用煤种多变的客观状况，在过去的二十多年中，一方面在提高炉拱适应性，开发新型宽煤种炉拱方面取得了显著成就；另一方面，运用“以变应变”思路来解决固定炉拱适应的单一性与煤种多变的矛盾方面也做出了有益的尝试，出现了“活动拱”和“可调节拱”等应用技术，都取得了很好的经济效益和环境效益，使炉拱技术有了新发展。

七、炉拱构筑和新型材料的应用：

1. 炉拱的设计与构筑

   
   

①利用楔形耐火砖，中部起拱，两侧承力，筑成炉拱，两侧支承面（拱脚）除承受垂直重力外，尚承受水平分力，砌筑时应注意结构上的这种要求。此种炉拱结构简单，易砌筑，但炉拱跨度受到一定限制，仅限于在小型锅炉上应用。具体做法是首先按拱形设计尺寸制作并架设拱胎，沿拱胎自两侧向中间砌筑，当最高点的一行砖用木锤敲入后，拱胎承力即大为减轻，便可抽出。

②借助于专用金属支架，来支撑或吊挂异型耐火砖组成炉拱，可以构成沿炉排等高度的平面或曲面，获得任意形状的炉拱。但这种炉拱金属支架复杂，全套异型砖种类繁多，需专门订制，因此近年来应用逐渐减少。

③将异型耐火砖挂装在水冷壁管子上组成炉拱，再通过水冷壁管子上的吊装件将炉拱重量传递到锅炉钢架上，此种炉拱的构筑形式应用较为广泛。

（2）耐热混凝土炉拱　以矾土水泥为结合剂的各种耐火骨料和粉料按比例配制，经水搅拌浇注成型后养护而成。耐火温度为1400℃左右，（耐火）强度为5.5×106Pa。矾土水泥耐热混凝土，采取现场支模捣制的办法来完成，施工制造方便，热稳定性、整体性、气密性好，比用耐火砖砌筑的炉拱经久耐用。

2.新型材料炉拱：

（1）新型碳化硅炉拱　传统炉拱多采用普通黏土质耐火材质炉拱，而新型碳化硅炉拱具有更高的耐压强度和耐火度、较低的热膨胀系数，同时附有较强的远红外辐射性能。因而碳化硅炉拱耐烟气流冲刷，使用寿命长，可提高炉膛温度，煤种适应性强，节能效果好。

（2）高温远红外辐射涂料的应用　改善炉拱性能的另一种常用方法，是在前后炉拱、侧墙及卫燃带表面上，涂刷高温远红外辐射涂层。由于涂料层直接暴露在燃烧室的表面，在高温下远红外辐射率增大（大于燃煤和火焰的辐射率），辐射传热量增大，强化了炉拱辐射传热功能，从而促进炉排上的煤和空间的可燃物比较充分地燃烧，利于燃料引燃，提高燃烧效率，对于难以着火的无烟煤尤为适用。