工業(yè)鍋爐2013年第6期(總第142期)文章編號:10048774(2013)06005203生物質(zhì)鍋爐的燃燒裝置劉英(河北華林機械設(shè)備有限公司,河北黃驊061100Combustion Device for Biomass-fired BoilerLIU YirngHebei Hualin Mechanical Equipment Co. Ltd, Huanghua 061100, China)摘要:通過對生物質(zhì)燃料的分析與研究,對現(xiàn)有的燃燒裝置進行改進,使其能更好地適作者簡介:劉英應(yīng)生物質(zhì)燃料的燃燒,既簡化了設(shè)備,又降低了生物質(zhì)燃料燃燒帶來的負(fù)面影響,實現(xiàn)了節(jié)能減(1979-),工程師排的目標(biāo)。電子科技大學(xué)計算關(guān)鍵詞:生物質(zhì);燃燒裝置;改進;節(jié)能減排機專業(yè),目前主要從中圖分類號:TK223.2文獻標(biāo)識碼:B事鍋爐產(chǎn)品的設(shè)計與研發(fā)工作。0前言為最大,除去工業(yè)及生活等使用外,每年還會有隨著國家對節(jié)能環(huán)保要求的提高,以及不可再2.48億噸剩余量。由于農(nóng)作物剩余物是最易取得的生能源的不斷消耗,燃煤鍋爐的使用有所限制,并逐資源,所以我們主要討論這部分生物質(zhì)的燃燒利用步向大容量、潔凈燃料鍋爐方向發(fā)展。水煤漿鍋爐、1生物質(zhì)燃料的成分與特性垃圾焚燒鍋爐、余熱及廢氣利用鍋爐、燃生物質(zhì)鍋爐生物質(zhì)一直是人類賴以生存的重要能源,是僅等正受到越來越多的重視和發(fā)展,尤其是燃生物質(zhì)次于煤炭、石油和天然氣,位居世界第四的能源。生鍋爐更受到廣泛重視。因為擁有生物質(zhì)能的生物質(zhì)物質(zhì)燃料中的生物質(zhì)是由多種可燃質(zhì)、不可燃的無燃料可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料,是一種機礦物質(zhì)及水分混合而成的,由于來源廣泛,成分較可再生能源。為復(fù)雜,其主要元素成分為多種復(fù)雜的高分子有機生物質(zhì)燃料主要來自農(nóng)作物剩余物、林業(yè)剩余化合物的混合物,主要由C、H、O、N和S等元素所物能源林等,而其中農(nóng)作物剩余物的產(chǎn)量所占比例組成,主要成分與熱值參數(shù)見表1。表1生物質(zhì)燃料與煤炭的分析對比類型C0(kJ·kg2)/(t·m3)生物質(zhì)41~54.95.24~6.736.93~51.950.3~1.590.01~0.2270.707.36.9515910.60.47~0.64燃煤47.433.216.570.8742.8431.327.6188500.8~1.00*按鍋爐設(shè)計代表性煤種山東新汶Ⅱ類煙煤成分。根據(jù)表Ⅰ可見,生物質(zhì)燃料的各項指標(biāo)與燃煤殼等,所占體積較大,密度較小,如果單純按其原始的成分相當(dāng),而且0的含量高,N、S的含量少,這樣狀態(tài)運輸和用來燃燒,必然會帶來較大的資源浪費,既能保證生物質(zhì)燃料容易被引燃,可實現(xiàn)低溫燃燒,而且還會形成二次污染。為此,現(xiàn)在生物質(zhì)燃料都還能使生物質(zhì)在燃燒時產(chǎn)生較少的NO,和SO4,減是通過專業(yè)設(shè)備,將生物質(zhì)進行壓縮,使其形成一定少空氣的污染和對燃燒設(shè)備金屬表面的腐蝕。規(guī)則形狀、密度較大的固體成型燃料,如顆粒狀、塊2生物質(zhì)燃料成型狀、棒狀等(如圖1),便于運輸、貯存,同時也提高了生物質(zhì)燃料由于來自天然的植物莖桿葉、根、燃料的熱值廠葉出木度較大的原料,如棉桿、玉中國煤化剌成小塊,直接收稿日期:201340704使用。目前日},工以斯主要是顆粒狀和塊狀燃料。節(jié)能與改造·生物質(zhì)鍋爐的燃燒裝置顆粒狀塊狀棒狀圖1生物質(zhì)壓塊3生物質(zhì)燃料燃燒特性4生物質(zhì)燃燒裝置及其改進由于生物質(zhì)燃料本身的結(jié)構(gòu)特點,可燃部分主我們首先采用傳統(tǒng)的鏈條爐排燃燒方式,對生要為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素按質(zhì)量計量,纖維素物質(zhì)燃料進行了燃燒。燃燒的結(jié)果不是很滿意,因,占40%~50%,半纖維素占20%-40%,木質(zhì)素占為生物質(zhì)燃料的灰渣比較松散很容易變成較小的10%-20%,而木質(zhì)素等的可壓縮性不高所以與煤顆粒,這就造成了大量的灰塵被引風(fēng)機引至風(fēng)道及炭化石燃料特性不同,生物質(zhì)燃料的密度(如表1)除塵器,由于生物質(zhì)燃料的灰渣中成分較多,灰塵很約為煤炭的1/2,熱值在同體積情況下,僅為煤炭的多都滯留到了翼型煙道中,爐膛內(nèi)的水冷壁管上則1/2。這就造成生物質(zhì)燃料的燃燒機理、反應(yīng)速度及沾滿了灰塵,嚴(yán)重影響了管壁的傳熱。不僅如此,由燃燒產(chǎn)物成分與化石燃料相比有較大的差別。生物于鏈條爐排爐排片之間的間隙較大,燃料在燃燒后質(zhì)燃料的燃燒過程主要分為揮發(fā)分析出、燃燒和殘灰渣較為松散,細(xì)小的灰塵就落入風(fēng)室中,一方面影余焦炭的燃燒、燃盡兩個獨立階段。其燃燒過程有響風(fēng)室的通風(fēng),使?fàn)t排的布風(fēng)受到影響,另一方面,以下特點:無形增大了司爐工人清除灰塵的工作量。1)由于壓塊的原料含水量較高,加上壓塊本身大量的灰塵進入到除塵器中,很快將除塵器堵密實性也不好,很容易造成水分含量多所以燃料需塞,造成清理周期縮短,被水過濾后的泥漿也比使用要較高的干燥溫度和較長的干燥時間,產(chǎn)生的煙氣煤作燃料前要多,對污水的過濾和沉淀工作形成了體積較大,排煙損失較高。負(fù)擔(dān),這和節(jié)能減排、降低污染的設(shè)計初衷相悖。通2)因為燃料本身是由原始生物質(zhì)壓縮而成,結(jié)過分析和討論,考慮到生物質(zhì)燃料的燃燒特性,我們構(gòu)很松散,在燃燒時,造成迎風(fēng)面積大,易吹起,懸浮根據(jù)實際情況,對燃燒裝置進行了改進,此次改進是段燃燒份額較大基于在用的“制氣復(fù)合燃燒鏈條爐”,將主要結(jié)構(gòu)保3)發(fā)熱量低,爐內(nèi)溫度水平低,組織穩(wěn)定的燃留,將鏈條爐排的鏈帶去掉,采用固定式燃燒結(jié)構(gòu),燒比較困難,長時間停爐就會出現(xiàn)熄滅的問題。通風(fēng)方式改為自然通風(fēng)結(jié)構(gòu),無引風(fēng)機和鼓風(fēng)機。4)由于揮發(fā)分高,燃料著火溫度較低,一般在燃料的燃燒主要依靠燃料的自身重量下落,灰燼依250~350℃溫度下?lián)]發(fā)分便大量析出并開始劇烈靠底部的刮板式除灰機構(gòu)將燃盡的灰渣清除。燃燒燃燒,這時會需要大量的空氣,如果此時空氣量不裝置主要工作原理如圖2。足,便會增大化學(xué)不完全燃燒損失。5)生物質(zhì)燃料因含有較多的堿金屬(K、Na)導(dǎo)致灰熔點低,當(dāng)揮發(fā)分析出燃盡后,受到灰燼包裹和空氣滲透困難的影響焦炭顆粒燃盡困難,燃燒過度緩慢,如不采取適當(dāng)?shù)谋匾胧?將會導(dǎo)致灰燼中殘留較多的余碳,增大機械不完全燃燒損失。6)秸稈等部分生物質(zhì)燃料含氯量較高,因此需要對床層部分結(jié)構(gòu)和運行工況加以特殊考慮,防止其對床層部分的金屬腐蝕由此可見,生物質(zhì)燃燒設(shè)備的設(shè)計和運行方式1一燃料人口風(fēng)口3一預(yù)熱百葉窗4-燃盡中國煤化工累紋煙管的選擇應(yīng)從不同種類生物質(zhì)燃料特性出發(fā)才能保證CNMHG生物質(zhì)燃料設(shè)備運行的可靠性和經(jīng)濟性,提高生物生物質(zhì)燃料由燃料入口1進入,依靠自身重力進質(zhì)能開發(fā)利用的效率。人爐膛,附著于預(yù)熱百葉窗3上,空氣通過通風(fēng)口2工業(yè)鍋爐2013年第6期(總第142期)穿過預(yù)熱百葉窗3的縫隙,給爐膛內(nèi)的燃料供氧,使煙氣在進入煙管前,與爐膛中的二次配風(fēng)裝置混合燃料劇烈燃燒,燃盡后下落,成為燃燼灰渣4,可以并劇烈燃燒,從而使進入煙管中的髙溫?zé)煔廨^為清利用刮板式除灰機構(gòu)清除。燃燒后的高溫?zé)煔鈩t通潔。與同期燃燒的鏈條爐相比,表面積灰?guī)缀鯖]有,過螺紋煙管6進行換熱,然后經(jīng)過煙囪排至大氣,煙可以長時間不用清灰和疏通煙管氣在經(jīng)過煙氣回轉(zhuǎn)室5時,由于改變方向,其中含有3)燃料隨著重力不斷下降,使其在燃燒中形成的的煙塵經(jīng)過沉降,二次分離,可以使排出煙氣中的灰空洞結(jié)構(gòu)不斷被破壞燃料燃燒后的灰渣沒有結(jié)焦的塵含量非常稀少,節(jié)省了除塵裝置,又降低了污染。情況發(fā)生,也就不需要專門打焦,減輕了勞動強度通過改進,并全部采用生物質(zhì)燃料進行燃燒試4)燃燒裝置底部不裝設(shè)爐排,不需要定期疏通驗。經(jīng)過長時間的燃燒之后,與普通鏈條爐排燃燒爐排通風(fēng)孔,亦不會發(fā)生爐排燒損,從而不會出現(xiàn)影裝置相比該燃燒裝置結(jié)構(gòu)完全適合生物質(zhì)燃料的響鍋爐使用的情況發(fā)生。燃燒,并具有明顯的優(yōu)勢,主要如下:為進一步檢驗該改進后的燃燒裝置效果,我們1)因為爐渣采用重力自然下降原理,使?fàn)t渣下請環(huán)境監(jiān)測部門對該鍋爐進行了環(huán)保測試,測試的降速度較鏈條爐緩慢,這就可以使?fàn)t渣殘存的熱量依據(jù)是GB13271-2001《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)大部分散發(fā)到爐內(nèi),而且還可以給爐膛內(nèi)的燃料提準(zhǔn)》表1中自然通風(fēng)燃煤鍋爐二、三類地區(qū)Ⅱ時段供衛(wèi)燃作用。通過底部除灰裝置淸除的灰渣溫度很與表2中燃煤鍋爐Ⅱ時段數(shù)值,如表2。測試結(jié)果低,既減少了傳統(tǒng)除渣機需要大量使用的水,又能使如表3清出的灰渣便于轉(zhuǎn)運。表2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的污染物排放限值2)由于燃料在燃燒過程中不斷沉降,新的燃料項目再次補充進行小幅度地混合使燃燒更加容易,因煙塵排放濃度120mg/m3(標(biāo)態(tài))未采用鼓風(fēng)裝置就能使燃料燃燒前期的溫度較低,煙氣黑度林格曼黑度1級沒有大量的燃燒粉末浮起,不會隨大量鼓入的空氣SO2排放濃度900mg/m3(標(biāo)態(tài))進入煙管并粘結(jié)在受熱面上,僅有燃燒后的火焰和表3生物質(zhì)鍋爐改進前后實際運行排放測試結(jié)果改進前測試結(jié)果(除塵后)改進后測試結(jié)果(無除塵器)煙塵排放濃度40.1mg/m3(標(biāo)態(tài))3.8mg/m3(標(biāo)態(tài))煙氣黑度林格曼黑度1級林格曼黑度<1級SO2排放濃度25mg/m3(標(biāo)態(tài)82mg/m3(標(biāo)態(tài)NO2排放濃度30mg/m3(標(biāo)態(tài))5mg/m3(標(biāo)態(tài))爐渣可燃物含量10.2%4.7%飛灰可燃物含量14.7%5.3%通過改進該生物質(zhì)鍋爐解決了原有燃燒裝置地燃燒帶來的能源浪費,降低對環(huán)境污染造成的影大量積灰、爐渣結(jié)焦、堵塞煙管等受熱面、污染環(huán)境、響。浪費水、勞動強度大等缺點。在整個燃燒過程中鍋5問題與不足爐煙囪無黑煙排出,進料口不冒煙,加料過程也不影響燃燒,灰渣燃燒充分(為灰色粉末,見圖3),達(dá)到限于目前的研發(fā)條件,有些問題尚未深入研究,有待進一步完善。由于對生物質(zhì)燃料的使用還只停了預(yù)期的效果結(jié)果令人滿意可以在秸稈較為豐富留在試驗階段,很多地方仍有改進的空間。通過這次的平原地區(qū)推廣,減少當(dāng)?shù)剞r(nóng)民大量廢棄秸稈并就試驗,雖然積累了很多數(shù)據(jù),但也發(fā)現(xiàn)了不少的問題。1)燃燒棒狀和塊狀秸稈壓塊時,由于其自身形狀的制約,很多情況下不能依靠自身的重量自然下降,這就造成燃料不能很好地連續(xù)燃燒,需要進行人工干預(yù),用鐵中國煤化工決。為此,我們考慮在合CNMHG置,以便于燃圖3生物質(zhì)燃燒后的灰渣料能夠很好地連續(xù)給入,保持爐膛燃燒穩(wěn)定。(下轉(zhuǎn)第64頁)工業(yè)鍋爐2013年第6期(總第142期)大小以及配比,在保證鍋爐正常運行的情況下使?fàn)t參考文獻膛內(nèi)保持負(fù)壓并盡量降低過量空氣系數(shù)。[]張科,余德祖我國工業(yè)鍋爐行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展分析[J](3)檢查鍋爐密封措施,防止漏入空氣,并增設(shè)中國鍋爐壓力容器安全,2004,20(2):17-2防爆措施。特別需要注意的是原爐門處,采用噴入2】.齊建才工業(yè)鍋爐安全環(huán)保與節(jié)能等新技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)木屑粉末的鍋爐通常在此處開洞將木屑噴入,此處展[J].中國鍋爐壓力容器安全,2001,17(5):2方面要做好密封措施,防止空氣進入爐膛,另一方[3]勞動部職業(yè)安全衛(wèi)生與鍋爐壓力容器監(jiān)察局編.工業(yè)防爆實用技術(shù)手冊[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1996面也要做好防爆處理,讓其保持活動狀態(tài)不能卡死,是A∏、AⅢ,并未設(shè)計防爆4]向夏楠頓玉環(huán)稻殼與木屑制取富氫燃?xì)獾脑囼炑芯縖J].可再生能源,2010,28(2):26-29裝置只能將此處設(shè)置為臨時防爆門釋放壓力,并在[5]趙衡陽氣體和粉塵爆炸原理[M].北京:北京理工大學(xué)附近設(shè)置人員安全警示。出版社,1996,93-102.5結(jié)論[6]胡雙啟,張景林燃燒與爆炸[M].北京:兵器工業(yè)出版本文通過對爆燃的理論分析,并結(jié)合實際情況,社,1992,62-6[7]來誠鋒,段滋華煤粉末的爆炸機理[J].爆炸與沖擊,實施以上三點措施,解決了燃用木屑粉末工業(yè)鍋爐2010,30(3):325-328爐膛產(chǎn)生爆燃的現(xiàn)象,為鍋爐安全運行提供了保證(上接第54頁)參考文獻[1]張力.鍋爐原理[M].北京:機械工業(yè)出版社,201l2)長期使用后爐膛受熱面和煙管內(nèi)部是否會2]李之光,牛全正,梁耀東,劉峰工業(yè)爐現(xiàn)代設(shè)計與開發(fā)粘結(jié)灰渣中的結(jié)膠物質(zhì)而堵塞,堵塞后如何清理,這[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011都是需要進行改進和注意的地方[3]丁崇功.工業(yè)鍋爐設(shè)備[M].北京:機械工業(yè)出版社3)該試驗裝置由于熱功率較低,采用固定燃燒裝置,如向大型化發(fā)展,必須要采用機械燃燒,但采[4]陳善軍,賴光楷鏈條爐排鍋爐全煤層著火同步燃燒技術(shù)開發(fā)[J].工業(yè)鍋爐,2010(5)用機械燃燒,就可能會影響鍋爐的密封性等問題,這還需要進行更好的設(shè)計和推敲。≯》3》》》》》》)}}}》》》》》》》》》》》}》}》》》》》》》》》}》》》》》》》》》》》}}》》》》》》》》》》》》】】》333》》》2》(上接第58頁)[2]吳劍恒福建無煙煤在循環(huán)流化床鍋爐中的優(yōu)化燃燒全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行。通過認(rèn)真全面分析、查找根本[J].鍋爐技術(shù),2004,35(6):39-42原因,針對性采取相應(yīng)措施,最終采取蘑菇型風(fēng)帽替3]馮冰瀟繆正清潘家泉等循環(huán)流化床鍋爐3種典型代r型定向風(fēng)帽進行改造。運行實踐表明采用蘑布風(fēng)板風(fēng)帽阻力特性的試驗[J].動力工程,2008,28菇型風(fēng)帽改造后布風(fēng)板布風(fēng)均勻、燃燒穩(wěn)定,提高了[4]浙江大學(xué)熱能工程研究所循環(huán)流化床鍋爐燃燒福建無鍋爐運行的安全可靠性,并且未發(fā)現(xiàn)風(fēng)帽磨損和脫煙煤的試驗研究[R].杭州:浙江大學(xué)熱能工程研究所,落、“漏渣”等現(xiàn)象,提高了風(fēng)帽的使用壽命,減少了1995,10.檢修費用,取得了較好的效果。[5]蔡宏偉,尹會坤,陳新循環(huán)流化床鍋爐定向風(fēng)帽磨損的參考文獻分析及應(yīng)對措施[J].工業(yè)鍋爐,2004,20(6):47-48[l]岑可法倪明江,駱仲泱,等循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計與運行[M].北京:中國電力出版社,1998中國煤化工CNMHG