一、引 言
新疆哈密石油基地所運行DZL型角管式熱水鍋爐是由丹麥沃倫（Volund）公司引進，由上海四方鍋爐廠試制的熱水鍋爐，本鍋爐為組裝式角管結構、燃煤鏈條爐排、層燃熱水鍋爐，強制循環。1#鍋爐房共有7臺14MW（20t/h）的單鍋筒縱置式鏈條鍋爐。于1994年11月份投產5臺，1996年12月份投產2臺，全部用于采暖和基地居民生活熱水供給。
新疆哈密石油基地所運行DZL型角管式熱水鍋爐是由丹麥沃倫（Volund）公司引進，由上海四方鍋爐廠試制的熱水鍋爐，本鍋爐為組裝式角管結構、燃煤鏈條爐排、層燃熱水鍋爐，強制循環。1#鍋爐房共有7臺14MW（20t/h）的單鍋筒縱置式鏈條鍋爐。于1994年11月份投產5臺，1996年12月份投產2臺，全部用于采暖和基地居民生活熱水供給。
二、DZL型角管式熱水鍋爐爐排的特點
（一）優點
1、鏈條爐排運行可靠，環保性能好，燃燒熱效率高，使用壽命長，鍋爐出力及效率均能達到設計要求；
2、燃燒設備采用鱗片式鏈條爐排結構，具有結構緊湊，爐排間隙小，漏煤很少；爐排面較薄，冷卻條件好；維修方便，能夠在不停爐的條件下更換爐排片等特點。
（二）缺點
1、鍋爐爐排有效面積為13.32m2（寬3.7m，長3.6m），爐排面積熱負荷為111.87
kW／m2，接近設計標準的上限，這就意味著煤及其燃燒產物在爐膛內的停留時間短，致使燃料未完全燃燒，飛灰多、爐渣含碳量高，致使鍋爐在實際運行過程中受熱面換熱能力下降，降低了鍋爐的熱效率。
2、由于爐排的有效長度短（僅為3.6m），燃煤燃燒穩定性差。隨近幾年不斷應用分層給煤裝置和犁式分煤器等新的燃燒技術，但爐渣可燃物含量仍居高不下。煤層底部的大粒徑煤在火床的有效燃燒區域內無法得到充分燃燒，增加了燃煤的固體不完全燃燒熱損失和飛灰熱損失，增加了鼓、引風機的耗電量，不利于節能環保。
2008年委托吐哈油田鍋爐壓力容器節能監測站對所用鍋爐進行了熱效率測試，結果顯示，爐渣含碳量：1#、2#鍋爐在12%以上、5#、6#鍋爐均在15%以上（超標）；燃煤燃燒穩定性差，爐渣含碳量高。
（一）優點
1、鏈條爐排運行可靠，環保性能好，燃燒熱效率高，使用壽命長，鍋爐出力及效率均能達到設計要求；
2、燃燒設備采用鱗片式鏈條爐排結構，具有結構緊湊，爐排間隙小，漏煤很少；爐排面較薄，冷卻條件好；維修方便，能夠在不停爐的條件下更換爐排片等特點。
（二）缺點
1、鍋爐爐排有效面積為13.32m2（寬3.7m，長3.6m），爐排面積熱負荷為111.87
kW／m2，接近設計標準的上限，這就意味著煤及其燃燒產物在爐膛內的停留時間短，致使燃料未完全燃燒，飛灰多、爐渣含碳量高，致使鍋爐在實際運行過程中受熱面換熱能力下降，降低了鍋爐的熱效率。
2、由于爐排的有效長度短（僅為3.6m），燃煤燃燒穩定性差。隨近幾年不斷應用分層給煤裝置和犁式分煤器等新的燃燒技術，但爐渣可燃物含量仍居高不下。煤層底部的大粒徑煤在火床的有效燃燒區域內無法得到充分燃燒，增加了燃煤的固體不完全燃燒熱損失和飛灰熱損失，增加了鼓、引風機的耗電量，不利于節能環保。
2008年委托吐哈油田鍋爐壓力容器節能監測站對所用鍋爐進行了熱效率測試，結果顯示，爐渣含碳量：1#、2#鍋爐在12%以上、5#、6#鍋爐均在15%以上（超標）；燃煤燃燒穩定性差，爐渣含碳量高。
三、原因分析
1、爐排結構設計分析：設計爐排燃燒有效長度短，造成熱負荷低，使燃燒不良。要想使煤（包括揮發分和焦炭成分）在爐膛中完全燃盡必須具備適當的爐排長度：鏈條爐排的長度，隨著鍋爐額定容量的大小不同，應選取為5~6m為宜。而此鍋爐爐排有效長度僅為3.6m，是造成煤的燃燒時間短、燃煤燃燒穩定性差而燃不盡的主要原因。
2、層燃爐燃燒特性分析：
分布圖中：
（Ⅰ）區域l表示新煤干燥和加熱區；
（Ⅱ）從MA斜面開始析出揮發分，到達一定溫度時揮發分著火燃燒；
（Ⅲ）從NB開始，煤層進入焦炭燃燒區。焦炭燃燒分為氧化區和還原區：由爐排下面進入煤層的空氣中的氧，在氧化區中很快耗于焦炭燃燒并放出大量熱量，因此氧化區的溫度是煤層中最高的；燃燒產物中的CO2上升進入還原區，與熾熱焦炭進行還原反應，生成的CO和剩余CO2一同逸出煤層進入爐膛；
（Ⅳ）鏈條爐排的最末端是煤的燃盡區和灰渣區。
煤的燃燒順序依次為：受熱干燥、揮發分析出并著火燃燒、焦炭燃燒和燃盡，最后形成灰渣；由于爐排速度過快，前部煤塊在爐中停留時間就縮短，造成燃燒不透而燃不盡，同時后部引燃區溫度降低，使著火點前移，從而使燃燒中心前移，灰渣中的可燃物就更多了，也是造成爐渣含碳量高的原因；從飛灰損失來看，爐排速度過快，有效燃燒面積減小，造成爐膛溫度降低，這些都會使飛灰熱損失增加。因此，爐排速度過快，煤在爐排上的有效燃燒時間不充足，致使燃料未完全燃燒，爐渣含碳量超標，鍋爐受熱面換熱能力下降，嚴重影響鍋爐燃燒的經濟性。既降低了鍋爐燃燒效率，又增加了司爐人員勞動強度，不利于安全、環保、經濟運行。
對層燃爐來說，機械不完全燃燒熱損失（Q4）是最大的熱損失項，占鍋爐熱損失的15%～20%以上，主要取決于爐渣含碳量的比例。爐渣含碳量主要用于反應鍋爐的機械不完全燃燒熱損失，它是指一部分固體顆粒燃料進入鍋爐以后，在爐內未能燃盡就經爐排落入灰坑被排放出爐外而造成的熱能損失。要使煤在鏈條爐中燃燒更完全，以獲得最佳的經濟效益，保持燃燒狀態的穩定性尤為重要。維持燃燒穩定的必備條件之一就是要保證煤在爐膛內有足夠的停留時間。據資料：煤的燃盡時間至少需要20分鐘以上。
1、爐排結構設計分析：設計爐排燃燒有效長度短，造成熱負荷低，使燃燒不良。要想使煤（包括揮發分和焦炭成分）在爐膛中完全燃盡必須具備適當的爐排長度：鏈條爐排的長度，隨著鍋爐額定容量的大小不同，應選取為5~6m為宜。而此鍋爐爐排有效長度僅為3.6m，是造成煤的燃燒時間短、燃煤燃燒穩定性差而燃不盡的主要原因。
2、層燃爐燃燒特性分析：
分布圖中：
（Ⅰ）區域l表示新煤干燥和加熱區；
（Ⅱ）從MA斜面開始析出揮發分，到達一定溫度時揮發分著火燃燒；
（Ⅲ）從NB開始，煤層進入焦炭燃燒區。焦炭燃燒分為氧化區和還原區：由爐排下面進入煤層的空氣中的氧，在氧化區中很快耗于焦炭燃燒并放出大量熱量，因此氧化區的溫度是煤層中最高的；燃燒產物中的CO2上升進入還原區，與熾熱焦炭進行還原反應，生成的CO和剩余CO2一同逸出煤層進入爐膛；
（Ⅳ）鏈條爐排的最末端是煤的燃盡區和灰渣區。
煤的燃燒順序依次為：受熱干燥、揮發分析出并著火燃燒、焦炭燃燒和燃盡，最后形成灰渣；由于爐排速度過快，前部煤塊在爐中停留時間就縮短，造成燃燒不透而燃不盡，同時后部引燃區溫度降低，使著火點前移，從而使燃燒中心前移，灰渣中的可燃物就更多了，也是造成爐渣含碳量高的原因；從飛灰損失來看，爐排速度過快，有效燃燒面積減小，造成爐膛溫度降低，這些都會使飛灰熱損失增加。因此，爐排速度過快，煤在爐排上的有效燃燒時間不充足，致使燃料未完全燃燒，爐渣含碳量超標，鍋爐受熱面換熱能力下降，嚴重影響鍋爐燃燒的經濟性。既降低了鍋爐燃燒效率，又增加了司爐人員勞動強度，不利于安全、環保、經濟運行。
對層燃爐來說，機械不完全燃燒熱損失（Q4）是最大的熱損失項，占鍋爐熱損失的15%～20%以上，主要取決于爐渣含碳量的比例。爐渣含碳量主要用于反應鍋爐的機械不完全燃燒熱損失，它是指一部分固體顆粒燃料進入鍋爐以后，在爐內未能燃盡就經爐排落入灰坑被排放出爐外而造成的熱能損失。要使煤在鏈條爐中燃燒更完全，以獲得最佳的經濟效益，保持燃燒狀態的穩定性尤為重要。維持燃燒穩定的必備條件之一就是要保證煤在爐膛內有足夠的停留時間。據資料：煤的燃盡時間至少需要20分鐘以上。
四、優選參數
依據2009年11月8日-11月10日吐哈油田節能監測站對我中心鍋爐進行熱平衡測試數據。以下為1#鍋爐爐排電機轉速測試數據：
表4數據計算方法：
1、在某一爐排電機轉速（如：650r/min）下，爐排減速箱傳動主軸轉速為10.99min/r，測得爐排傳動主軸（Φ516）周長為C=πd=516π=1.62m（即：1.62m/r）。則：爐排行程每前進1.62m需10.99min；同理，每分鐘爐排前行1.62/10.99=0.147m，爐排前行1m需要10.99/1.62=6.78min。在爐排有效長度（3.6m）下，爐排運動時間為：3.6×6.78=24.42min。即：煤在爐排上的有效燃燒時間為24.42min。
2、爐排全長：62×0.2=12.4m，爐排前行1m需要10.99/1.62=6.78min。爐排總行程時間：6.78×12.4/60=1.40（h/r）。
（注：整個爐排共有62塊邊夾塊，每塊邊夾塊長：200mm）
同理可得：在不同爐排電機轉速下煤在爐排上的有效燃燒時間（停留時間）以及爐排總行程時間。
由此可見，爐排調速電機轉速在達到750 r/min以上時，煤在爐排上的有效燃燒時間不充足（小于20分鐘），嚴重影響鍋爐燃燒的經濟性。
通過計算論證采用在調整燃燒時依據熱負荷的變化，將爐排電機轉速調節在750r/min以下運行，并控制好爐排速度快慢和煤層厚度的均勻程度，改善鏈條鍋爐運行工況，合理均勻配風，使之與燃燒狀況相適應，保證燃煤得到完全燃燒。
以上對照圖表為冬、夏季爐排檢查、檢修提供了理論參考數據，增強了現場操作的準確性和時效性，減少了盲目性和隨意性，有效地降低了調節和檢修的難度，大大提高了爐排檢查、檢修效率，節省了不必要的電耗，減輕了司爐人員的勞動強度，對今后鍋爐爐排的檢修工作具有指導意義和參考價值。
上表為輸煤系統煤計量的準確性提供了強有力的理論依據，還可在煤計量儀器設備因故障停用后，按照爐排轉速和煤層厚度數據計算出鍋爐耗煤量。
依據2009年11月8日-11月10日吐哈油田節能監測站對我中心鍋爐進行熱平衡測試數據。以下為1#鍋爐爐排電機轉速測試數據：
表4數據計算方法：
1、在某一爐排電機轉速（如：650r/min）下，爐排減速箱傳動主軸轉速為10.99min/r，測得爐排傳動主軸（Φ516）周長為C=πd=516π=1.62m（即：1.62m/r）。則：爐排行程每前進1.62m需10.99min；同理，每分鐘爐排前行1.62/10.99=0.147m，爐排前行1m需要10.99/1.62=6.78min。在爐排有效長度（3.6m）下，爐排運動時間為：3.6×6.78=24.42min。即：煤在爐排上的有效燃燒時間為24.42min。
2、爐排全長：62×0.2=12.4m，爐排前行1m需要10.99/1.62=6.78min。爐排總行程時間：6.78×12.4/60=1.40（h/r）。
（注：整個爐排共有62塊邊夾塊，每塊邊夾塊長：200mm）
同理可得：在不同爐排電機轉速下煤在爐排上的有效燃燒時間（停留時間）以及爐排總行程時間。
由此可見，爐排調速電機轉速在達到750 r/min以上時，煤在爐排上的有效燃燒時間不充足（小于20分鐘），嚴重影響鍋爐燃燒的經濟性。
通過計算論證采用在調整燃燒時依據熱負荷的變化，將爐排電機轉速調節在750r/min以下運行，并控制好爐排速度快慢和煤層厚度的均勻程度，改善鏈條鍋爐運行工況，合理均勻配風，使之與燃燒狀況相適應，保證燃煤得到完全燃燒。
以上對照圖表為冬、夏季爐排檢查、檢修提供了理論參考數據，增強了現場操作的準確性和時效性，減少了盲目性和隨意性，有效地降低了調節和檢修的難度，大大提高了爐排檢查、檢修效率，節省了不必要的電耗，減輕了司爐人員的勞動強度，對今后鍋爐爐排的檢修工作具有指導意義和參考價值。
上表為輸煤系統煤計量的準確性提供了強有力的理論依據，還可在煤計量儀器設備因故障停用后，按照爐排轉速和煤層厚度數據計算出鍋爐耗煤量。
五、運行效果
2009年12月份，中國石油天然氣集團公司西北節能監測中心根據集團公司2009年節能監測計劃，來吐哈油田進行鍋爐節能監督監測：【監測內容：熱效率，爐渣含碳量，排煙溫度，排煙處空氣系數，爐體外表面溫度。執行標準：GB/10180《工業鍋爐熱工試驗規范》，GB/T15317《工業鍋爐節能監測方法》，GB/T3486《評價企業合理用熱技術導則》】
哈密物業公司1#鍋爐房燃煤鍋爐指標監測結果如下：
1、經濟效益：燃煤得到充分燃燒，減少了燃煤的固體不完全燃燒熱損失和飛灰熱損失，鼓、引風機開度同比下降10%，降低了風機的耗電量，提高了鍋爐燃燒的經濟性，利于節能環保。
采暖期單臺鍋爐節電：
（90+30）kW·h×10%×24h×180天×0.6712元=3.5萬元。
2、社會效益：
降低了爐渣含碳量的比例，使之達到了標準要求。增強了鍋爐燃燒的經濟性，減輕了司爐操作人員的勞動強度，提高了鍋爐燃燒效率，降低了排入大氣中的煙塵濃度，有利于安全、環保、經濟運行。
2009年12月份，中國石油天然氣集團公司西北節能監測中心根據集團公司2009年節能監測計劃，來吐哈油田進行鍋爐節能監督監測：【監測內容：熱效率，爐渣含碳量，排煙溫度，排煙處空氣系數，爐體外表面溫度。執行標準：GB/10180《工業鍋爐熱工試驗規范》，GB/T15317《工業鍋爐節能監測方法》，GB/T3486《評價企業合理用熱技術導則》】
哈密物業公司1#鍋爐房燃煤鍋爐指標監測結果如下：
1、經濟效益：燃煤得到充分燃燒，減少了燃煤的固體不完全燃燒熱損失和飛灰熱損失，鼓、引風機開度同比下降10%，降低了風機的耗電量，提高了鍋爐燃燒的經濟性，利于節能環保。
采暖期單臺鍋爐節電：
（90+30）kW·h×10%×24h×180天×0.6712元=3.5萬元。
2、社會效益：
降低了爐渣含碳量的比例，使之達到了標準要求。增強了鍋爐燃燒的經濟性，減輕了司爐操作人員的勞動強度，提高了鍋爐燃燒效率，降低了排入大氣中的煙塵濃度，有利于安全、環保、經濟運行。
通過對上述的效果對比可以看出，通過爐排轉速的合理調整，不僅能明顯提高鍋爐燃燒效率，還對爐排檢查檢修及煤計量效果提供了技術支持，達到了預期的目的。--新疆吐哈油田哈密物業公司供熱中心 王開和 黨 明 秦玉芳 張龍靜 郭建元
參考文獻
［1］車得福、劉銀河 編著《供熱鍋爐及其系統節能》 機械工業出版社
［2］辛廣路 主編《鍋爐運行與操作指南》機械工業出版社
［3］楊宏志、熊祖仁 編著《工業鍋爐維修與改造》 機械工業出版社
參考文獻
［1］車得福、劉銀河 編著《供熱鍋爐及其系統節能》 機械工業出版社
［2］辛廣路 主編《鍋爐運行與操作指南》機械工業出版社
［3］楊宏志、熊祖仁 編著《工業鍋爐維修與改造》 機械工業出版社
