煤燃烧室设计指南：炉箅面积比例及空气量控制

1.人工加煤燃烧室

煤在固定的炉箅（或称炉排）上燃烧，通过人工间断加煤和出渣。炉箅由梁式炉条或板式蜂窝炉箅组成，如图12-95所示。由梁式炉条组成的炉箅适于燃烧块煤；由板式蜂窝炉箅组成的炉箅适于燃烧碎煤及劣质煤。煤层厚度（不包括渣层）一般取：

图12-95 人工加煤燃烧室

a）梁式炉条燃烧室 b）板式蜂窝炉箅燃烧室

对于烟煤和无烟煤 100～200mm

对于褐煤 150～250mm

炉箅下灰（渣）坑目前多采用水封结构，水封高度h视炉箅下风压而定，一般取h=120～180mm。

炉箅面积按式（12-42）计算。

式中 A——炉箅面积（m²）；

B——燃料消耗量（kg/h）；

P——炉箅强度[kg/（m²·h）]，见表12-24。

表12-24 炉箅强度P [单位：kg/（m²·h）]

注：炉箅强度是指单位炉箅面积的燃烧能力，灰分熔点低、发热量低的煤，采用表内数据的下限。

设计中常按炉箅面积占炉底面积（或炉室容积）的百分数确定炉箅面积，见表12-25。

表12-25 炉箅面积（m²）占炉底面积（或炉室容积）的百分比

注：发热量高的煤或半煤气燃烧室取表内数据的下限。

燃烧室高度H_r按式（12-43）计算。

式中 H_r——燃烧室高度（m）；

V_r——燃烧室容积（m³）；

B——燃烧消耗量（kg/h）；

Q_d——煤的低位发热量（kJ/kg）；

E——燃烧室容积热强度[kJ/（m³·h）]，E=（15～30）×10⁵kJ/（m³·h），干燥炉与热处理炉取低限。

人工加煤燃烧室多采用薄煤层燃烧，煤在燃烧室内已实现完全燃烧，因此燃烧室温度高，燃烧室与炉膛间温差大，不易获得稳定和均匀的炉温。

2.半煤气燃烧室

半煤气燃烧室增加了煤层厚度，一般达500～600mm。燃烧所需空气量的70%～60%由炉箅下供入，与煤中固定碳进行燃烧反应为

C+O₂→CO₂

煤燃烧后的部分CO₂与炽热的煤层发生还原反应为

CO₂+C→2CO

由水封除灰室进入煤层的一次空气中带入部分水蒸气，水蒸气与碳发生反应为

H₂O+C→CO+H₂

煤一次燃烧后的产物是带有部分可燃成分的气体，通常称为半煤气，一般可获得如下成分（体积分数）：

CO₂10%～14%，CO12%～18%，H₂8%～10%，C_mH_n2%～4%，N₂46%～68%。

煤气低位发热量Q_d=2520～3780kJ/m³。

半煤气燃烧室目前多采用阶梯蜂窝炉箅，结构示意图如图12-96所示。

半煤气燃烧室的加煤数量、煤层厚度和燃烧时间的有关操作数据见表12-26。

图12-96 人工加煤半煤气燃烧室结构示意图

1—阶梯蜂窝炉箅 2—水封灰坑 3—一次风口 4—加煤室 5—二次风口

表12-26 半煤气燃烧室有关操作数据

为了除渣方便，阶梯蜂窝炉箅的水平部分可做成翻动式的（图12-97）。

由于半煤气燃烧需在燃烧室上部辅助送入二次空气进行二次燃烧，从而半煤气与二次空气的混合过程和燃烧过程由燃烧室转移到炉膛内部，因此降低了燃烧室温度，减小了燃烧室与炉膛间温差，易获得稳定而均匀的炉温。

图12-97 翻动式蜂窝炉箅

1—拉杆 2—套管 3—翻动炉箅

为了提高燃烧室的炉墙寿命及减轻炉墙的粘渣现象，可在燃烧室炉箅上方的侧墙上设置水冷套（图12-98），水冷套高度取200～250mm。

3.煤气化燃烧室

煤气化燃烧室为一简易煤气发生炉，结构示意图如图12-99所示。

图12-98 燃烧室水冷套(www.xing528.com)

1—加煤口或除渣口 2—一次风口 3—水冷套

图12-99 煤气化燃烧室示意图

1—加热室 2—二次风管 3—煤气出口 4—加煤口 5—煤气发生室 6—除渣口 7—水套 8—炉箅 9—水封灰池 10—一次风管

煤气化燃烧室可把数小时燃烧用的煤一次投入燃烧室内，煤层厚度800～1000mm。煤在燃烧室内进行干燥、干馏和气化过程，自正常气化产生煤气开始至碳燃尽为止，往往历时5h左右，燃烧所需空气量的40%～50%由炉箅下供入。

煤气化燃烧室的特点是：

1）将煤转化为煤气并转移到炉膛内燃烧。

2）煤气与空气混合条件较好，空气系数小，燃烧较完全，能基本消除烟尘危害。

3）煤气发生室与炉膛靠近，能充分利用煤气的物理热（煤气温度达400℃以上）。

4）由于仍然属于间断式加煤，煤气成分及其燃烧过程带有一定程度的周期性变化，除渣时的劳动条件也较差。

5）要求使用不粘结或弱粘接性煤。煤的块度5～60mm，含碳（质量分数）大于60%，灰质量分数小于10%，灰熔点>1250℃。

燃烧室炉箅分为活动式和固定式两种。活动炉箅除渣方便，如图12-100～图12-102所示。固定炉箅多用铸铁梁式炉条，或用ϕ25～ϕ35mm圆钢代替，炉条间隙10～20mm。

炉箅面积按下式计算

式中 A_b——炉箅面积（m²）；

B——单位时间气化用煤量（kg/h）；

P_q——气化强度[kg/（m²·h）]，P_q=70～150kg/（m²·h）。

煤气化燃烧室各计算区段的划分如图12-103所示。

图12-100 机械除渣炉箅

1—转动炉条 2—齿轮 3—主动轮

图12-101 方形活动炉箅

1—支架 2—拉杆 3—连杆 4—连板 5—炉条

图12-102 圆形活动炉箅

1—齿状炉箅 2—转轴 3—连板 4—支架 5—轴承 6—连接轴

图12-103 煤气化燃烧室计算区段的划分

燃烧室全高H为

H=h₁+h₂+h₃+h₄ （12-45）

式中 h₁——灰坑高度（m）；

h₂——炉渣垫层高度（m），h₂=0.08～0.15m；

h₃——煤层厚度（m），h₃=0.8～1.0m；

h₄——煤层上部空间高度（m），h₄=0.3～0.5m。

炉渣垫层起保护炉条作用，还可促使穿过炉箅的空气流均匀分散流动，选用炉渣块度20～80mm。

4.机械加煤燃烧室

（1）水平往复炉排燃煤机　水平往复炉排燃煤机完善了人工加煤燃烧室的燃烧方法，其结构示意图如图12-104所示。煤从煤斗落下，由活动炉排片和固定炉排片组成燃烧炉排。活动炉排片由连杆连接通往电动机构或液压缸在滚轮上作往复运动，煤在S形炉排片上向前翻滚运动，借助燃烧室前拱、反射拱和后拱的变化，燃烧过程分成三个区段：预热干馏段、燃烧段和燃尽段。同时，相应在炉排下面分成前、中、后三个风室，前风室设在煤的干馏段，一般不进风；中风室设在燃烧段下，助燃风由炉排片缝隙进入燃烧室；后风室在燃尽段下，进风方式同中风室。燃烧室与加热室之间设有挡火墙，该型燃煤机适于布置在炉膛的侧面。

图12-104 水平往复炉排燃煤机示意图

1—电动机构或液压缸 2—活动支架 3—输煤炉排 4—煤斗 5—固定炉排片 6—活动炉排片 7—护板 8—托轮

水平往复炉排燃煤机具有以下特点：

1）煤在燃烧过程中不断受到翻动，煤的燃烧速度快，燃烧较安全，消烟除尘效果好。

2）对煤种的适应性好，可燃烧各种粉煤或碎煤。用于高温加热炉时，宜选用挥发分高和灰熔点高的煤种。

3）可间断或连续使用，例如当炉子间断生产时可停炉压火待用。

图12-105 阶梯（倾斜）往复炉排燃煤机示意图

1—传动机构 2—煤斗 3—固定炉排片 4—活动炉排片 5—渣室 6—进风口

（2）阶梯往复炉排燃煤机　阶梯（或称倾斜）往复炉排燃煤机结构示意图如图12-105所示，固定炉排片和活动炉排片交错布置成阶梯状，煤从煤斗落下后由活动炉排向前推进。活动炉排由连杆架连成一体通过传动机构驱使作往复直线运动。煤的燃烧过程同样也分为三个区段进行；在预热干馏段煤被预热，水分开始蒸发，挥发分相继析出；挥发分及固定碳在燃烧段内进行燃烧；未燃尽的碳被推到水平炉排上即燃尽段进行完全燃烧。燃尽后的炉渣推入水池中由出渣机排至炉外。

阶梯往复炉排燃煤机适于布置在炉膛的端部或侧面。

（3）链条式炉排燃煤机　炉排示意图如图12-106所示，是由铸铁炉排片连成的链节组成一个封闭的履带式链条环，两端链轮旋转时带动链条炉排缓慢转动。煤斗设在链条环的前端，内有闸板可控制下煤量，由煤斗落下的煤随链条向前移动，同时在炉排上完成干馏、燃烧和燃尽过程，最后排出炉渣。

图12-106 链条式炉排燃煤机示意图

1—链轮 2—煤斗 3—链条护排 4—风室 5—炉排片1 6—炉排片2