2008年第8期ENERGY CONSERVATION(總第313期)生物質(zhì)鍋爐的性能論述李海英(聯(lián)美(中國)投資有限公司,北京10006摘要:討論并比較用于生物質(zhì)燃燒發(fā)電的各種鍋爐技術(shù)。著重介紹聯(lián)美集團公司開發(fā)的循環(huán)固定床鍋爐特點,為企業(yè)選擇生物質(zhì)鍋爐提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);鍋爐技術(shù);循環(huán)固定床鍋爐中圖分類號:TK2291K6文獻標識碼A文章編號:1004-7948(200608-0052-03引言干燥的燃料中加入水分來控制燃燒。生物質(zhì)能是地球上最普遍的一種可再生能源,(2)給料機式燃燒鍋爐。量大面廣,開發(fā)利用潛力巨大,同時具有CO2零排給料機式燃燒鍋爐可以分為以下幾類:固定傾放特性,是潛在的可再生能源資源。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為斜爐排、移動爐排、振動爐排。這種鍋爐燃料的給料電能傳統(tǒng)上大多采用直接燃燒的方法,即采用的是系統(tǒng)與堆狀燃燒器相比,能將一層燃料相對更均勻蒸汽循環(huán)。地散布在爐排上。生物質(zhì)燃料和其他化石燃料相比,最重要的不固定傾斜爐排系統(tǒng)的早期設計的典型問題是爐同點是:燃料特性的多變性,髙水分和低氮、硫含量。排上燃料的崩塌和難以控制蒸汽負荷、燃燒率2,在燃燒過程中,必須考慮燃料中的水分。燃燒故目前較少采用。而振動爐排式系統(tǒng)通過爐排頂部髙水分的生物質(zhì)燃料之前需要消耗能量來干燥生物的螺旋式給料機能夠機械式地散布燃料,可以將爐質(zhì)所以髙水分會降低燃燒效率。水分含量越大,燃排上形成的小堆攤平。和移動爐排相比,振動爐排料燃燒需要的時間就越長。鍋爐的效率是隨著水分式系統(tǒng)活動部件少,因此,設備的維修工作量少。鍋含量而變化。當燃料水分含量超過40%后,水分含爐采用了水冷式振動爐排,允許爐底空氣的溫度高量稍有增加將會使鍋爐效率大大降低l些,過量空氣量大一些,這樣就能夠降低燃燒溫1常見生物質(zhì)燃燒鍋爐概述度控制氮氧化物的形成。降低爐底送入的空氣量燃生物質(zhì)發(fā)電站主要的不同之處是:鍋爐的設可以避免夾帶走未燃顆粒。爐排與振動單元相連計、燃料的組成和環(huán)境的規(guī)范要求。根據(jù)生物質(zhì)燃能夠確保灰和爐渣向爐渣除去系統(tǒng)的輸送。水冷式料特性的不同和鍋爐系統(tǒng)的要求來設計燃料的預處爐排能夠提高底部燃燒空氣的溫度,這樣就能夠燃理設備煙氣的凈化系統(tǒng)是依據(jù)環(huán)境要求和鍋爐煙燒高水分的燃料。氣排放物的差別來設計。在不同電站中除了凝汽(3)懸浮式燃燒鍋爐。和熱電聯(lián)供應用方式存在不同之外,使用的蒸汽輪懸浮式燃燒鍋爐與煤粉爐很相似。懸浮式燃燒機和發(fā)電機沒有大的差別。鍋爐的種類有:堆狀燃鍋爐優(yōu)點是:由于燃料比較干燥,所以爐膛尺寸小。燒鍋爐、給料機式燃燒鍋爐、懸浮燃燒鍋爐和流化床可用于產(chǎn)生蒸汽的兩種基本懸浮燃燒器為:旋風燃燃燒鍋爐。燒器和固體燃料燃燒器。旋風燃燒器的設計要求以(1)堆狀燃燒鍋爐。正確的比例混合燃料和空氣,使得燃料顆粒在到達堆狀燃燒鍋爐的缺點是:需要周期性地停爐清耐火燃燒室之前能夠完全燃燒。固體燃料燃燒器以理小室的灰;燃燒過程很難準確控制。給料的方式正確的比例混合木材燃料和空氣,點燃可燃的混合有床下給料和床頂給料。床下給料的配置能夠提供物,有比較好的燃燒控制。其缺點是系統(tǒng)的復雜性和低的中國煤化工料顆粒燃盡?？煽啃浴Ｏ啾戎?頂部給料系統(tǒng)則簡單可靠,但是CNMH吹入的一次風速新的原料覆蓋在工作堆燃燒區(qū)上,使得燃燒過程難度很高,使爐內(nèi)物料變成沸騰和鼓泡狀,沸騰的物料以控制。當采用頂部給料系統(tǒng)時,運行人員通常向中包括燃料和粒狀惰性物料。當鍋爐啟動時惰性2008年第8期節(jié)(總第313期)ENERGY CONSERVATION物料被加熱到燃料著火點溫度,燃料從鼓泡床體的過熱器及低溫過熱器。穿過高低溫過熱器的煙氣折上方進入爐內(nèi)。由于系統(tǒng)的流動性燃料和惰性物轉(zhuǎn)向下進入后部煙道,后部煙道是由側(cè)后水壁、省煤料在整個床體內(nèi)很快地混合,這樣床料間傳熱效果器及爐膛后水冷壁的背面構(gòu)成。好,穩(wěn)定的燃燒就能夠進行。因此,流化床系統(tǒng)燃燒鍋爐的燃料循環(huán)為:造粒生物質(zhì)燃料由料斗被所需的過量空氣數(shù)值小,燃燒的溫度低(800~往復的進料爐排片推動進入爐內(nèi),在往復爐排上被900℃),能夠和給料機式燃燒鍋爐相比3?？焖贌岱共⒈粺煔夂娓?著火;跌落到水平布置的橫梁鏈傳遞的另一個好處是:較小的裝置體積有相對高的條爐排上后,料層的上中下都存在著火的顆粒,橫梁容量。循環(huán)流化床的其他優(yōu)點是:可以采用吸收劑鏈條爐排上的料層呈立體燃燒方式,不斷發(fā)生氧化對二氧化硫和其他酸性氣體進行吸收;不需要對燃還原一氧化反應。爐排的后段設置了燃盡區(qū)、焙料進行復雜的預處理,而且可以消除一些給料問題。燒區(qū)和冷卻區(qū)。穿過擋渣器后跌入落渣口。循環(huán)固循環(huán)流化床鍋爐共同的缺點是:為了維持空氣通過定床鍋爐結(jié)構(gòu)如圖1所示。床體時的較高速度,需要較大功率的風機。和鼓泡流化床相比,機組容量在15~30MW時,投資成本也較大;循環(huán)流化床爐管的磨損和與燃料相關(guān)問題即燃料的污染問題。2新型生物質(zhì)燃燒鍋爐2.1循環(huán)固定床鍋爐工作原理循環(huán)固定床鍋爐是由聯(lián)美集團公司開發(fā)研制的生物質(zhì)燃燒鍋爐,其燃燒系統(tǒng)由復合爐排、組合中拱第二燃燒室構(gòu)成。復合爐排是由往復爐排和橫梁鏈條爐排組成。復合爐排是燃料的烘干、著火及胞二次翻倒區(qū)域,煙氣沿組合中拱對燃料強制沖擊加熱,大大提高了燃料的烘干和著火速度。組合中拱構(gòu)成了一個高溫環(huán)境,著火的燃料跌落到水平布置的復合爐排上,在煙氣和空氣的混合一次風作用下,燃料處冷空氣進口于高溫缺氧狀態(tài),造成不完全燃燒環(huán)境,以控制料層燃燒溫度,實現(xiàn)低溫燃燒;部分燃料發(fā)生熱解反應,燃料層中的碳也不斷發(fā)生氧化→還原→氧化反應,產(chǎn)生的可燃氣體在組合中拱內(nèi)及第二燃燒室內(nèi)發(fā)生圖1循環(huán)固定床鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖單相燃燒。第二燃燒室內(nèi)加入適量二次風對煙氣流2.2循環(huán)固定床鍋爐性能與特點進行擾動,并促使可燃氣態(tài)物質(zhì)的燃盡。另外,秸稈循環(huán)固定床鍋爐不僅克服了現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋類燃料的自帶氧含量較髙,煙氣的混入可調(diào)配燃燒爐設備磨損嚴重、防磨措施不力等缺點,而且大大地所需的氧量,更利于實現(xiàn)低溫燃燒。提高了鍋爐的燃燒效率。并且鍋爐排煙塵量大大地煙氣進入爐膛后,將受到燃盡風的擾動,延長煙降低減小了環(huán)境的污染,也節(jié)省了燃料的破碎等設氣在爐膛內(nèi)的燃燒行程,增加煙氣在爐膛內(nèi)的停留備。各種生物質(zhì)燃燒鍋爐性能比較如表1所示。時間。鍋爐設計中選擇了較小的斷面及較高的爐膛經(jīng)生產(chǎn)實踐證明,循環(huán)固定床鍋爐具有以下特高度,使得造粒后的生物質(zhì)高揮發(fā)分燃料得以充分點:燃盡。同時由于燃料中富含堿性元素K,為防止堿(1)采用直徑30~50mm原料粒入爐,大大地改性元素高溫下對鋼材的腐蝕,較高的爐膛可使煙氣善中國煤化工斗層大幅加髙提高到達爐膛出口時的溫度降到允許的范圍內(nèi)。了單CNMHG的調(diào)整,可產(chǎn)生不煙氣從鍋爐爐膛前出口流出進入設置在爐膛前同量的粒內(nèi)扎隙,生成殫萵狀爐渣,進一步改善原料部的第二爐膛,穿過屏式過熱器后經(jīng)凝渣管進入設粒內(nèi)通風性,保證了粒內(nèi)碳的徹底燃燒,得到殘?zhí)紭O置在爐頂?shù)乃綗煹?。水平煙道中依次設置了高溫少的蜂窩狀爐渣,爐渣含碳量可<3%能2008年第8期ENERGY CONSERVATION總第313期)表1生物質(zhì)燃燒發(fā)電鍋爐性能比較鍋爐類型燃料的要求排放物堆狀燃燒鍋爐能夠處理高水分的木材燃料和混有大量雜質(zhì)的燃運行效率低。特別是原來設計的堆狀高運行溫度的缺點是容易料;和其他燃燒系統(tǒng)相比,堆狀燃燒鍋爐的燃料成燃燒鍋爐,鍋爐效率通常低于50%-生成NOx型不是關(guān)鍵問題。料機式燃燒鍋爐水分應該控制在設計值的10%之內(nèi)能夠共燃固移動爐排式鍋爐的效率是84%(基于采用分級燃燒過程可滿足體燃料低位發(fā)熱量),振動爐排式的效率是氮氧化物的排放要求96%(基于低位發(fā)熱量)。懸浮式燃燒鍋爐要有復雜的燃料預處理過程和給料系統(tǒng)生物質(zhì)鍋爐的效率高,可以達到80%(基于可以調(diào)整燃燒器避免產(chǎn)燃料的水分應該少于15%,燃料的尺寸小于高位發(fā)熱量生燃燒溫度的高峰區(qū)流化床鍋爐對燃料的水分、灰分和尺寸適應性強鍋爐效率可以達到89%(基于低位發(fā)低燃燒溫度對排放物的控熱量),流化床鍋爐需要較大功率的風制有很多好處循環(huán)固定床鍋爐對燃料的水分和灰分適應性強燃料的尺寸為30鍋爐效率可以達到88%6(基于低位發(fā)低溫、分級供風的燃燒能0mm原料粒熱量),節(jié)省破碎等許多設備。夠抑制NOx的生成(2)原料首先進入往復爐排預熱區(qū),在進入主爐后鏈輪都可加潤滑,減少阻力,為增加鏈條長度創(chuàng)造排前,料層溫度已接近引燃值,大大提前了引燃位了條件。置,并且形成原料立體同時燃燒。在預熱區(qū)中,由于6)運行方便靈活,負荷調(diào)節(jié)范圍大。循環(huán)固定受高溫煙氣的作用,生物質(zhì)原料中的揮發(fā)分與產(chǎn)生床鍋爐負荷的調(diào)節(jié)較為靈活、迅速。在低負荷時鍋的一氧化碳被一起送入氣相燃燒室。氣相燃燒室由爐仍達到額定汽溫和壓力,在更低負荷下也能穩(wěn)定預熱區(qū)提供燃氣,由后部提供的高溫風及二次風、三運行,而無需增加輔助燃料。其最低的穩(wěn)燃負荷可次風、四次風將其燃盡。因原料粒中含有一定的水達額定負荷的30%左右,且從壓火停爐到升爐過程分,水分受熱汽化與燃料中揮發(fā)分混合形成燃氣,進都十分快速、方便。由于燃燒方式和燃燒機理的不入氣相燃燒室燃燒,將爐膛高溫區(qū)上移,同時降低爐同,專有技術(shù)循環(huán)固定床鍋爐燃料制備系統(tǒng)與循環(huán)床溫度。流化床鍋爐有本質(zhì)區(qū)別。節(jié)省破碎等許多設備,增(3)建立爐內(nèi)循環(huán)風,將尾部煙氣回送,爐內(nèi)循加設備運行的安全性,爐運行耗電量省,比循環(huán)流化環(huán)風量加大,配以合適的受熱面控制燃燒煤層溫度床鍋爐節(jié)電30%。在800~1000℃。由于燃燒溫度<1000℃,可實現(xiàn)3結(jié)語爐內(nèi)脫硫,不僅簡化了脫硫技術(shù),降低了脫硫成本堆狀燃燒鍋爐對燃料的可變性好,系統(tǒng)效率低。而且極大地提高了脫硫效果。采用低溫、分級供風懸浮燃燒鍋爐對燃料要求比較高,需要對燃料進行的燃燒能夠抑制№Ok的生成。冷空氣從后部風室預處理,系統(tǒng)效率卻高。流化床系統(tǒng)對燃料有較好經(jīng)爐渣預熱進入爐膛與燃氣相遇形成氣相高溫燃燒的適應性同時也有相對高的效率它能夠避免產(chǎn)生區(qū)。爐渣經(jīng)冷風冷卻降溫變成低溫爐渣,渣溫在60熱力氮氧化物但對爐管的磨損比較嚴重。循環(huán)固定200℃左右,由于控制燃燒過程不超過1000,.床鍋爐可以解決爐管的磨損問題,并綜合了給料機超過灰熔點溫度,不會形成焦渣無需打渣設備。由式燃燒鍋爐的特點于采用固定床燃燒技術(shù),爐內(nèi)飛灰大大減少,鍋爐尾參考文獻部煙氣排塵量約為循環(huán)流化床鍋爐的1/5,環(huán)保效1 R Hollenbacher. Biomass combustion technologies in UnitStates. Biomass Combustion Conference, Reno, Nevada果顯著。1992(4)由于通風改善、起燃區(qū)提前,因此燃料厚度[2] B Schwieger. Power from wood [J].Powe.1980,124(2)可大大增加,這樣就可燃燒低熱值煤(無煙煤、煙煤、中國煤化工系統(tǒng)性能的研究[D褐煤、煤矸石)及生物質(zhì)等固體燃料,并且可以達到CNMHG較高的燃燒效率。作者簡介:李海英(1979-),女,河北廊坊人,碩士,工程師,(5)出渣溫度低于20℃,后部鏈輪可改成主動主要從事生物質(zhì)熱電理論及其應用等方向的研究工作輪,上爐排變成拉力改善了爐排運行狀態(tài),并且前收稿日期:2008-03-26;修回日期:2008-06-29