一、引 言
新疆哈密石油基地所运行DZL型角管式热水锅炉是由丹麦沃伦（Volund）公司引进，由上海四方锅炉厂试制的热水锅炉，本锅炉为组装式角管结构、燃煤链条炉排、层燃热水锅炉，强制循环。1#锅炉房共有7台14MW（20t/h）的单锅筒纵置式链条锅炉。于1994年11月份投产5台，1996年12月份投产2台，全部用于采暖和基地居民生活热水供给。
二、DZL型角管式热水锅炉炉排的特点
（一）优点
1、链条炉排运行可靠，环保性能好，燃烧热效率高，使用寿命长，锅炉出力及效率均能达到设计要求；
2、燃烧设备采用鳞片式链条炉排结构，具有结构紧凑，炉排间隙小，漏煤很少；炉排面较薄，冷却条件好；维修方便，能够在不停炉的条件下更换炉排片等特点。
（二）缺点
1、锅炉炉排有效面积为13.32m2（宽3.7m，长3.6m），炉排面积热负荷为111.87 kW／m2，接近设计标准的上限，这就意味着煤及其燃烧产物在炉膛内的停留时间短，致使燃料未完全燃烧，飞灰多、炉渣含碳量高，致使锅炉在实际运行过程中受热面换热能力下降，降低了锅炉的热效率。
2、由于炉排的有效长度短（仅为3.6m），燃煤燃烧稳定性差。随近几年不断应用分层给煤装置和犁式分煤器等新的燃烧技术，但炉渣可燃物含量仍居高不下。煤层底部的大粒径煤在火床的有效燃烧区域内无法得到充分燃烧，增加了燃煤的固体不完全燃烧热损失和飞灰热损失，增加了鼓、引风机的耗电量，不利于节能环保。
2008年委托吐哈油田锅炉压力容器节能监测站对所用锅炉进行了热效率测试，结果显示，炉渣含碳量：1#、2#锅炉在12%以上、5#、6#锅炉均在15%以上（超标）；燃煤燃烧稳定性差，炉渣含碳量高。
新疆哈密石油基地所运行DZL型角管式热水锅炉是由丹麦沃伦（Volund）公司引进，由上海四方锅炉厂试制的热水锅炉，本锅炉为组装式角管结构、燃煤链条炉排、层燃热水锅炉，强制循环。1#锅炉房共有7台14MW（20t/h）的单锅筒纵置式链条锅炉。于1994年11月份投产5台，1996年12月份投产2台，全部用于采暖和基地居民生活热水供给。
二、DZL型角管式热水锅炉炉排的特点
（一）优点
1、链条炉排运行可靠，环保性能好，燃烧热效率高，使用寿命长，锅炉出力及效率均能达到设计要求；
2、燃烧设备采用鳞片式链条炉排结构，具有结构紧凑，炉排间隙小，漏煤很少；炉排面较薄，冷却条件好；维修方便，能够在不停炉的条件下更换炉排片等特点。
（二）缺点
1、锅炉炉排有效面积为13.32m2（宽3.7m，长3.6m），炉排面积热负荷为111.87 kW／m2，接近设计标准的上限，这就意味着煤及其燃烧产物在炉膛内的停留时间短，致使燃料未完全燃烧，飞灰多、炉渣含碳量高，致使锅炉在实际运行过程中受热面换热能力下降，降低了锅炉的热效率。
2、由于炉排的有效长度短（仅为3.6m），燃煤燃烧稳定性差。随近几年不断应用分层给煤装置和犁式分煤器等新的燃烧技术，但炉渣可燃物含量仍居高不下。煤层底部的大粒径煤在火床的有效燃烧区域内无法得到充分燃烧，增加了燃煤的固体不完全燃烧热损失和飞灰热损失，增加了鼓、引风机的耗电量，不利于节能环保。
2008年委托吐哈油田锅炉压力容器节能监测站对所用锅炉进行了热效率测试，结果显示，炉渣含碳量：1#、2#锅炉在12%以上、5#、6#锅炉均在15%以上（超标）；燃煤燃烧稳定性差，炉渣含碳量高。
三、原因分析
1、炉排结构设计分析：设计炉排燃烧有效长度短，造成热负荷低，使燃烧不良。要想使煤（包括挥发分和焦炭成分）在炉膛中完全燃尽必须具备适当的炉排长度：链条炉排的长度，随着锅炉额定容量的大小不同，应选取为5~6m为宜。而此锅炉炉排有效长度仅为3.6m，是造成煤的燃烧时间短、燃煤燃烧稳定性差而燃不尽的主要原因。
2、层燃炉燃烧特性分析：
分布图中：
（Ⅰ）区域l表示新煤干燥和加热区；
（Ⅱ）从MA斜面开始析出挥发分，到达一定温度时挥发分着火燃烧；
（Ⅲ）从NB开始，煤层进入焦炭燃烧区。焦炭燃烧分为氧化区和还原区：由炉排下面进入煤层的空气中的氧，在氧化区中很快耗于焦炭燃烧并放出大量热量，因此氧化区的温度是煤层中最高的；燃烧产物中的CO2上升进入还原区，与炽热焦炭进行还原反应，生成的CO和剩余CO2一同逸出煤层进入炉膛；
（Ⅳ）链条炉排的最末端是煤的燃尽区和灰渣区。
煤的燃烧顺序依次为：受热干燥、挥发分析出并着火燃烧、焦炭燃烧和燃尽，最后形成灰渣；由于炉排速度过快，前部煤块在炉中停留时间就缩短，造成燃烧不透而燃不尽，同时后部引燃区温度降低，使着火点前移，从而使燃烧中心前移，灰渣中的可燃物就更多了，也是造成炉渣含碳量高的原因；从飞灰损失来看，炉排速度过快，有效燃烧面积减小，造成炉膛温度降低，这些都会使飞灰热损失增加。因此，炉排速度过快，煤在炉排上的有效燃烧时间不充足，致使燃料未完全燃烧，炉渣含碳量超标，锅炉受热面换热能力下降，严重影响锅炉燃烧的经济性。既降低了锅炉燃烧效率，又增加了司炉人员劳动强度，不利于安全、环保、经济运行。
对层燃炉来说，机械不完全燃烧热损失（Q4）是最大的热损失项，占锅炉热损失的15%～20%以上，主要取决于炉渣含碳量的比例。炉渣含碳量主要用于反应锅炉的机械不完全燃烧热损失，它是指一部分固体颗粒燃料进入锅炉以后，在炉内未能燃尽就经炉排落入灰坑被排放出炉外而造成的热能损失。要使煤在链条炉中燃烧更完全，以获得最佳的经济效益，保持燃烧状态的稳定性尤为重要。维持燃烧稳定的必备条件之一就是要保证煤在炉膛内有足够的停留时间。据资料：煤的燃尽时间至少需要20分钟以上。
1、炉排结构设计分析：设计炉排燃烧有效长度短，造成热负荷低，使燃烧不良。要想使煤（包括挥发分和焦炭成分）在炉膛中完全燃尽必须具备适当的炉排长度：链条炉排的长度，随着锅炉额定容量的大小不同，应选取为5~6m为宜。而此锅炉炉排有效长度仅为3.6m，是造成煤的燃烧时间短、燃煤燃烧稳定性差而燃不尽的主要原因。
2、层燃炉燃烧特性分析：
分布图中：
（Ⅰ）区域l表示新煤干燥和加热区；
（Ⅱ）从MA斜面开始析出挥发分，到达一定温度时挥发分着火燃烧；
（Ⅲ）从NB开始，煤层进入焦炭燃烧区。焦炭燃烧分为氧化区和还原区：由炉排下面进入煤层的空气中的氧，在氧化区中很快耗于焦炭燃烧并放出大量热量，因此氧化区的温度是煤层中最高的；燃烧产物中的CO2上升进入还原区，与炽热焦炭进行还原反应，生成的CO和剩余CO2一同逸出煤层进入炉膛；
（Ⅳ）链条炉排的最末端是煤的燃尽区和灰渣区。
煤的燃烧顺序依次为：受热干燥、挥发分析出并着火燃烧、焦炭燃烧和燃尽，最后形成灰渣；由于炉排速度过快，前部煤块在炉中停留时间就缩短，造成燃烧不透而燃不尽，同时后部引燃区温度降低，使着火点前移，从而使燃烧中心前移，灰渣中的可燃物就更多了，也是造成炉渣含碳量高的原因；从飞灰损失来看，炉排速度过快，有效燃烧面积减小，造成炉膛温度降低，这些都会使飞灰热损失增加。因此，炉排速度过快，煤在炉排上的有效燃烧时间不充足，致使燃料未完全燃烧，炉渣含碳量超标，锅炉受热面换热能力下降，严重影响锅炉燃烧的经济性。既降低了锅炉燃烧效率，又增加了司炉人员劳动强度，不利于安全、环保、经济运行。
对层燃炉来说，机械不完全燃烧热损失（Q4）是最大的热损失项，占锅炉热损失的15%～20%以上，主要取决于炉渣含碳量的比例。炉渣含碳量主要用于反应锅炉的机械不完全燃烧热损失，它是指一部分固体颗粒燃料进入锅炉以后，在炉内未能燃尽就经炉排落入灰坑被排放出炉外而造成的热能损失。要使煤在链条炉中燃烧更完全，以获得最佳的经济效益，保持燃烧状态的稳定性尤为重要。维持燃烧稳定的必备条件之一就是要保证煤在炉膛内有足够的停留时间。据资料：煤的燃尽时间至少需要20分钟以上。
四、优选参数
依据2009年11月8日-11月10日吐哈油田节能监测站对我中心锅炉进行热平衡测试数据。以下为1#锅炉炉排电机转速测试数据：
表4数据计算方法：
1、在某一炉排电机转速（如：650r/min）下，炉排减速箱传动主轴转速为10.99min/r，测得炉排传动主轴（Φ516）周长为C=πd=516π=1.62m（即：1.62m/r）。则：炉排行程每前进1.62m需10.99min；同理，每分钟炉排前行1.62/10.99=0.147m，炉排前行1m需要10.99/1.62=6.78min。在炉排有效长度（3.6m）下，炉排运动时间为：3.6×6.78=24.42min。即：煤在炉排上的有效燃烧时间为24.42min。
2、炉排全长：62×0.2=12.4m，炉排前行1m需要10.99/1.62=6.78min。炉排总行程时间：6.78×12.4/60=1.40（h/r）。
（注：整个炉排共有62块边夹块，每块边夹块长：200mm）
同理可得：在不同炉排电机转速下煤在炉排上的有效燃烧时间（停留时间）以及炉排总行程时间。
由此可见，炉排调速电机转速在达到750 r/min以上时，煤在炉排上的有效燃烧时间不充足（小于20分钟），严重影响锅炉燃烧的经济性。
通过计算论证采用在调整燃烧时依据热负荷的变化，将炉排电机转速调节在750r/min以下运行，并控制好炉排速度快慢和煤层厚度的均匀程度，改善链条锅炉运行工况，合理均匀配风，使之与燃烧状况相适应，保证燃煤得到完全燃烧。
以上对照图表为冬、夏季炉排检查、检修提供了理论参考数据，增强了现场操作的准确性和时效性，减少了盲目性和随意性，有效地降低了调节和检修的难度，大大提高了炉排检查、检修效率，节省了不必要的电耗，减轻了司炉人员的劳动强度，对今后锅炉炉排的检修工作具有指导意义和参考价值。
上表为输煤系统煤计量的准确性提供了强有力的理论依据，还可在煤计量仪器设备因故障停用后，按照炉排转速和煤层厚度数据计算出锅炉耗煤量。
依据2009年11月8日-11月10日吐哈油田节能监测站对我中心锅炉进行热平衡测试数据。以下为1#锅炉炉排电机转速测试数据：
表4数据计算方法：
1、在某一炉排电机转速（如：650r/min）下，炉排减速箱传动主轴转速为10.99min/r，测得炉排传动主轴（Φ516）周长为C=πd=516π=1.62m（即：1.62m/r）。则：炉排行程每前进1.62m需10.99min；同理，每分钟炉排前行1.62/10.99=0.147m，炉排前行1m需要10.99/1.62=6.78min。在炉排有效长度（3.6m）下，炉排运动时间为：3.6×6.78=24.42min。即：煤在炉排上的有效燃烧时间为24.42min。
2、炉排全长：62×0.2=12.4m，炉排前行1m需要10.99/1.62=6.78min。炉排总行程时间：6.78×12.4/60=1.40（h/r）。
（注：整个炉排共有62块边夹块，每块边夹块长：200mm）
同理可得：在不同炉排电机转速下煤在炉排上的有效燃烧时间（停留时间）以及炉排总行程时间。
由此可见，炉排调速电机转速在达到750 r/min以上时，煤在炉排上的有效燃烧时间不充足（小于20分钟），严重影响锅炉燃烧的经济性。
通过计算论证采用在调整燃烧时依据热负荷的变化，将炉排电机转速调节在750r/min以下运行，并控制好炉排速度快慢和煤层厚度的均匀程度，改善链条锅炉运行工况，合理均匀配风，使之与燃烧状况相适应，保证燃煤得到完全燃烧。
以上对照图表为冬、夏季炉排检查、检修提供了理论参考数据，增强了现场操作的准确性和时效性，减少了盲目性和随意性，有效地降低了调节和检修的难度，大大提高了炉排检查、检修效率，节省了不必要的电耗，减轻了司炉人员的劳动强度，对今后锅炉炉排的检修工作具有指导意义和参考价值。
上表为输煤系统煤计量的准确性提供了强有力的理论依据，还可在煤计量仪器设备因故障停用后，按照炉排转速和煤层厚度数据计算出锅炉耗煤量。
五、运行效果
2009年12月份，中国石油天然气集团公司西北节能监测中心根据集团公司2009年节能监测计划，来吐哈油田进行锅炉节能监督监测：【监测内容：热效率，炉渣含碳量，排烟温度，排烟处空气系数，炉体外表面温度。执行标准：GB/10180《工业锅炉热工试验规范》，GB/T15317《工业锅炉节能监测方法》，GB/T3486《评价企业合理用热技术导则》】
哈密物业公司1#锅炉房燃煤锅炉指标监测结果如下：
1、经济效益：燃煤得到充分燃烧，减少了燃煤的固体不完全燃烧热损失和飞灰热损失，鼓、引风机开度同比下降10%，降低了风机的耗电量，提高了锅炉燃烧的经济性，利于节能环保。
采暖期单台锅炉节电：
（90+30）kW·h×10%×24h×180天×0.6712元=3.5万元。
2、社会效益：
降低了炉渣含碳量的比例，使之达到了标准要求。增强了锅炉燃烧的经济性，减轻了司炉操作人员的劳动强度，提高了锅炉燃烧效率，降低了排入大气中的烟尘浓度，有利于安全、环保、经济运行。
2009年12月份，中国石油天然气集团公司西北节能监测中心根据集团公司2009年节能监测计划，来吐哈油田进行锅炉节能监督监测：【监测内容：热效率，炉渣含碳量，排烟温度，排烟处空气系数，炉体外表面温度。执行标准：GB/10180《工业锅炉热工试验规范》，GB/T15317《工业锅炉节能监测方法》，GB/T3486《评价企业合理用热技术导则》】
哈密物业公司1#锅炉房燃煤锅炉指标监测结果如下：
1、经济效益：燃煤得到充分燃烧，减少了燃煤的固体不完全燃烧热损失和飞灰热损失，鼓、引风机开度同比下降10%，降低了风机的耗电量，提高了锅炉燃烧的经济性，利于节能环保。
采暖期单台锅炉节电：
（90+30）kW·h×10%×24h×180天×0.6712元=3.5万元。
2、社会效益：
降低了炉渣含碳量的比例，使之达到了标准要求。增强了锅炉燃烧的经济性，减轻了司炉操作人员的劳动强度，提高了锅炉燃烧效率，降低了排入大气中的烟尘浓度，有利于安全、环保、经济运行。
通过对上述的效果对比可以看出，通过炉排转速的合理调整，不仅能明显提高锅炉燃烧效率，还对炉排检查检修及煤计量效果提供了技术支持，达到了预期的目的。--新疆吐哈油田哈密物业公司供热中心 王开和 党 明 秦玉芳 张龙静 郭建元
参考文献
［1］车得福、刘银河 编著《供热锅炉及其系统节能》 机械工业出版社
［2］辛广路 主编《锅炉运行与操作指南》机械工业出版社
［3］杨宏志、熊祖仁 编著《工业锅炉维修与改造》 机械工业出版社
参考文献
［1］车得福、刘银河 编著《供热锅炉及其系统节能》 机械工业出版社
［2］辛广路 主编《锅炉运行与操作指南》机械工业出版社
［3］杨宏志、熊祖仁 编著《工业锅炉维修与改造》 机械工业出版社
