一、合理配風(fēng)與鍋爐熱效率的關(guān)系：

1. 燃料的完全燃燒與最佳空氣系數(shù)的選擇

燃料在鍋爐內(nèi)良好燃燒，包括四個基本環(huán)節(jié)，即燃料加工處理、合理配風(fēng)、創(chuàng)造高溫燃燒環(huán)境和恰當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。此四者除各自具備所要求的條件外，還必須密切配合，相互協(xié)調(diào)，精心調(diào)整，方可連續(xù)穩(wěn)定燃燒，正常運(yùn)行，保證出力，取得節(jié)能減排效果。

燃料的完全燃燒需要合理配風(fēng)，盡力減少氣體不完全燃燒熱損失q3和固體不完全燃燒熱損失q4，才能提高燃燒效率。由于燃料中可燃物質(zhì)的組成與數(shù)量不同，所需要的助燃空氣量應(yīng)有差異。在理論上要達(dá)到完全燃燒所需要的空氣量稱為理論空氣量，但在實(shí)際條件下，根據(jù)燃料品種、燃燒方式及控制技術(shù)的優(yōu)劣，往往需要多供給一些空氣量，稱為實(shí)際空氣量。實(shí)際空氣量與理論空氣量之比，稱為空氣系數(shù)，常用α表示。

空氣系數(shù)的大小直接影響燃料的完全燃燒程度，需要通過合理配風(fēng)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果空氣系數(shù)太小，空氣量不足，則燃燒不完全，q3熱損失加大，燃燒效率降低，鍋爐熱效率不高；如若空氣系數(shù)超過某一限度，危害更為嚴(yán)重，不僅增加煙氣量，加大排煙熱損失q2，而且還會降低火焰溫度，影響鍋爐出力，甚至造成燃料層穿火，增加煙氣中的氧量，帶來金屬腐蝕和NOx排放超標(biāo)等問題。這就是說，空氣系數(shù)太大或太小均不合理，必然有一個最佳值。最佳空氣系數(shù)是一個范圍，而不是固定值，如圖2-4所示。只有合理配風(fēng)，控制最佳空氣系數(shù)，鍋爐熱效率最高，方可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。在一般情況下，燃煤鍋爐空氣系數(shù)每超最佳值0.1，浪費(fèi)燃料0.84％，可見空氣系數(shù)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)系至關(guān)重要。

2.最佳空氣系數(shù)的確定方法

鍋爐燃燒調(diào)整、合理配風(fēng)的目標(biāo)，就是要根據(jù)負(fù)荷要求，恰當(dāng)?shù)毓┙o燃料量，不斷尋求并力爭控制最佳空氣系數(shù)，達(dá)到完全燃燒，提高燃燒效率。但是，這一最佳值無法從理論上進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，只能依靠試驗(yàn)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來優(yōu)選。因而燃燒調(diào)整、合理配風(fēng)是鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的中心內(nèi)容。

最佳空氣系數(shù)一般可通過現(xiàn)場熱力試驗(yàn)來確定，以某燃煤鏈條鍋爐為例，其步驟如下：

保持負(fù)荷、溫度、壓力穩(wěn)定。然后調(diào)整燃燒，測定在不同空氣系數(shù)下鍋爐的各項(xiàng)熱損失，并畫出各項(xiàng)熱損失與空氣系數(shù)之間的關(guān)系曲線。將各曲線相加，得到一條各項(xiàng)熱損失之和與空氣系數(shù)的關(guān)系曲線。然后再選定一個負(fù)荷，重復(fù)上述步驟。可擇優(yōu)確定在不同負(fù)荷下的最佳空氣系數(shù)范圍值。

最佳空氣系數(shù)通常隨負(fù)荷的降低而略有升高，但在負(fù)荷率75％～100％時基本相近。當(dāng)各項(xiàng)熱損失之和為最小值時，鍋爐熱效率最高，所對應(yīng)的空氣系數(shù)即為最佳燃燒區(qū)域。 最佳空氣系數(shù)的優(yōu)選，主要與q2、q4有關(guān)，而q3、q5影響程度很小。

此外，空氣系數(shù)還可以通過安裝于爐膛煙氣出口處的氧量計(jì)或CO2測試儀，經(jīng)計(jì)算后選定；也可以不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)選取，將在以后的敘述中加以說明。

3.選擇空氣系數(shù)的利弊問題

空氣系數(shù)應(yīng)在一個合理區(qū)間內(nèi)，但對某臺確定的鍋爐與所使用的燃料，在進(jìn)行燃燒調(diào)整時，應(yīng)選取一個確定的空氣系數(shù)值，以便提高燃燒效率，降低不完全燃燒熱損失q4；同時還應(yīng)盡力降低排煙中的殘氧量，減小排煙體積與溫度構(gòu)成的排煙熱損失q2。要緊緊把握以滿足負(fù)荷要求與提高鍋爐熱效率為核心，借助儀器儀表與實(shí)際觀察，不斷探求爐膛內(nèi)最佳燃燒狀況，使q2與q4處于交匯點(diǎn)，從中優(yōu)選各自的最佳參數(shù)。從圖2-5得知，空氣系數(shù)與排煙熱損失的關(guān)系是一條向上傾斜較大的直線，而與不完全燃燒熱損失的關(guān)系卻是一條中間凹底，兩端緩慢向上的曲線。由于調(diào)整直線的效果比調(diào)整曲線效果明顯的多，權(quán)衡二者利弊，便可優(yōu)選一個比較合理的空氣系數(shù)值，也就是供給合理的風(fēng)量，因此提倡低氧燃燒技術(shù)。由于調(diào)整供風(fēng)量方便、快捷，能看到爐內(nèi)燃燒狀況，在理論上有“過量”供風(fēng)要求，而且灰渣含碳量指標(biāo)有規(guī)定，所以多年以來形成了鍋爐燃燒供風(fēng)“寧大勿小”的操作習(xí)慣，偏離了q2與q4的最佳交匯點(diǎn)，影響鍋爐熱效率的提高。

實(shí)施低氧燃燒可取得如下效果：

①提高鍋爐熱效率，節(jié)省燃料消耗，并可降低鼓、引風(fēng)機(jī)電耗；

②降低排煙殘氧含量，減輕鍋爐受熱面的氧腐蝕，并可降低NOx的生成量，有利于環(huán)保；

③可降低SO2的遇水蒸氣生成SO3，形成硫酸蒸氣，造成鍋爐受熱面的酸腐蝕。

4.爐膛出口最佳空氣系數(shù)

通常對于氣體燃料，由于它能與助燃空氣達(dá)到良好的混合，空氣系數(shù)小點(diǎn)便可實(shí)現(xiàn)完全燃燒；而對于固體燃料，因?yàn)樗c助燃空氣多在表面接觸燃燒，不能直接進(jìn)到內(nèi)部混合，空氣系數(shù)需要大一點(diǎn)；對于液體燃料，一般為霧化燃燒，霧化微粒與空氣混合較好，但比氣體燃料稍差一點(diǎn)，因而空氣系數(shù)略大于氣體燃料。

即使同一種燃料，由于可燃成分、燃燒方式與控制技術(shù)的差異，空氣系數(shù)也不完全相同。比如，燃煤手燒鍋爐燃燒方式應(yīng)比機(jī)械爐排燃燒方式空氣系數(shù)大一點(diǎn)，同樣為固體燃料的煤粉爐，屬于懸浮燃燒方式，空氣系數(shù)相對較小。而對于高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣，可燃成分較少，發(fā)熱量低，難于著火，空氣系數(shù)應(yīng)小一點(diǎn)。

二、空氣系數(shù)的檢測方法與剖析：

1. 爐膛出口空氣系數(shù)的檢測方法

大型工業(yè)鍋爐特別是電站鍋爐，一般在爐膛煙氣出口安裝有CO2自動分析儀或氧化鋯測氧儀，可直接顯示煙氣中的CO2或O2體積分?jǐn)?shù)，經(jīng)PLC或DCS控制系統(tǒng)自動運(yùn)算，并在CRT上顯示空氣系數(shù)，作為燃燒調(diào)整與合理配風(fēng)的依據(jù)。

鍋爐工作者和司爐工還可總結(jié)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，用目測法大致判斷風(fēng)煤配比情況與空氣系數(shù)是否適當(dāng)：如燃燒區(qū)的火焰呈亮橘黃色，煙氣呈灰白色，表明風(fēng)煤配比恰當(dāng)，空氣系數(shù)適合，燃燒正常；如火焰呈刺眼白色，煙氣呈白色，說明風(fēng)煤配比不當(dāng)，空氣量太大或煤量偏??；如火焰呈暗黃色或暗紅色，煙氣呈淡黑色，可看出風(fēng)煤配比不當(dāng)，煤量較多，空氣量不足。

對于鏈排爐，檢測計(jì)算的空氣系數(shù)表征的是鍋爐爐膛內(nèi)燃燒狀況的總體情況。而經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y法不但可以觀察到爐膛內(nèi)火床的全部狀況，而且還可以察明火床縱向長度控制是否合理，火床橫向燃燒斷面是否均稱，有無局部穿火或燃煤堆積現(xiàn)象，火焰的充滿度和高溫區(qū)域控制是否妥當(dāng)?shù)?。爐排距擋渣鐵500mm處無火苗，灰渣掉落無跑火現(xiàn)象，以便發(fā)現(xiàn)問題，及時進(jìn)行調(diào)整。由此可見，理論與實(shí)踐相結(jié)合，方能解決實(shí)際存在的問題。

2.燃料完全燃燒的評判依據(jù)

根據(jù)在線安裝的CO2或O2檢測儀表及便攜式氣體分析儀的測定結(jié)果，除了計(jì)算空氣系數(shù)之外，還可利用煙氣成分的分析結(jié)果來判斷燃燒的好壞，以便為燃燒調(diào)整合理配風(fēng)提供依據(jù)。

3.空氣系數(shù)對煙氣成分的影響

當(dāng)燃料種類、燃燒方式與燃燒裝置確定后，煙氣中各成分的含量，將隨空氣系數(shù)的大小而發(fā)生變化。如增大空氣系數(shù)，煙氣中的CO2含量隨之減小，而O2和N2含量必然增加。

鍋爐熱平衡測定與試驗(yàn)研究表明，不同燃料在相同的空氣系數(shù)下燃燒時，煙氣中CO2含量與最大值有明顯差別。但O2含量，除高爐煤氣與發(fā)生爐煤氣外，所有固體燃料與氣體燃料幾乎都是一致的。但如有系統(tǒng)漏風(fēng)或取樣漏氣，就沒有此種規(guī)律。

根據(jù)燃料燃燒時上述CO2和O2成分的變化規(guī)律，在爐膛煙氣出口處安裝CO2或氧化鋯氧量儀，檢測煙氣中的CO2和O2成分，作為控制配風(fēng)和燃燒調(diào)整的依據(jù)，使燃料達(dá)到完全燃燒，是一項(xiàng)非常有效的節(jié)能應(yīng)用技術(shù)，是實(shí)施低氧燃燒應(yīng)配備的主要儀器。

三、工業(yè)鍋爐合理配風(fēng)的標(biāo)志：

工業(yè)鍋爐燃燒調(diào)整、合理配風(fēng)，還可以從強(qiáng)化燃燒的角度進(jìn)行闡述，更能說明其重要性和操作技術(shù)。因此，把此部分內(nèi)容列入第三章燃煤鍋爐強(qiáng)化燃燒技術(shù)中講解更為適宜。