生物質(zhì)燃料鍋爐的運(yùn)行與管理

陳廷秀

（鄭州鐵路局鄭州房屋修建中心，河南 鄭州 450052）

1 概述

鄭州隴海院鍋爐房原有在用鍋爐額定蒸發(fā)量為一臺(tái)4t／h的燃煤蒸汽鍋爐一臺(tái)，主要為鄭州隴海院鐵路招待所、鐵路運(yùn)輸檢察院、鐵路運(yùn)輸法院等辦公房屋和北側(cè)三棟職工住宅樓提供冬季采暖用蒸汽。由于燃煤鍋爐除了產(chǎn)生煙塵污染大氣環(huán)境之外，還會(huì)產(chǎn)生二氧化硫并引起酸雨污染，這種污染危害極大，是燃煤鍋爐污染防治的重點(diǎn)。2009年根據(jù)鄭州市人民政府辦公廳《關(guān)于推進(jìn)燃煤鍋爐潔凈燃料改造的通知》鄭政辦文〔2007〕69號(hào)文件“建成區(qū)內(nèi)10蒸噸以下燃煤鍋爐按計(jì)劃逐步拆除、改用清潔能源或潔凈燃料；在本市市區(qū)內(nèi)，集中供熱與天然氣無(wú)法滿(mǎn)足需要的用戶(hù)，其燃煤鍋爐可改用生物質(zhì)燃料替代燃煤?！钡扔嘘P(guān)要求，將原鍋爐房?jī)?nèi)安裝的一臺(tái)4t／h燃煤蒸汽鍋爐拆除，安裝二臺(tái)2t／h的生物質(zhì)燃料蒸汽鍋爐（一用一備），以取代原有的燃煤蒸汽鍋爐，用于冬季供暖用汽。

2 生物質(zhì)顆粒燃料的原料來(lái)源、加工工藝流程和特點(diǎn)

生物質(zhì)顆粒燃料的原料來(lái)源主要是以木屑、秸稈為原料，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)機(jī)械、特殊工藝，在無(wú)任何化學(xué)添加劑的情況下，高壓低溫壓縮加工成型的顆粒狀燃料。目前使用比較廣泛的生物質(zhì)顆粒燃料是秸桿顆粒燃料。

加工工藝流程為：粉碎-干燥-攪拌-輸送-成型-冷卻-檢測(cè)-包裝-成品入庫(kù)-銷(xiāo)售。

生物質(zhì)顆粒燃料的特點(diǎn)：成型后的燃料體積是原料體積的1/30～40；比重是原料的10～15倍，水分在12%～18%之間（一般煤的水分在10%以下）；低位發(fā)熱量可達(dá)3500～4500大卡（二類(lèi)煙煤的低位發(fā)熱量是3700-4700大卡/千克）；灰分小于10%（煤的灰分在20%以上）；揮發(fā)分≥65.62%（二類(lèi)煙煤的揮發(fā)分≥20%）。生物質(zhì)燃料屬可再生清潔能源,與風(fēng)能、太陽(yáng)能等同屬可再生能源,資源豐富,可保證能源的永續(xù)利用。生物質(zhì)燃料的硫含量、氮含量低，燃燒過(guò)程中生成的SOX、NOX較少。

3 生物質(zhì)燃料鍋爐的基本原理

生物質(zhì)燃料鍋爐是采用高密度的壓縮成型生物質(zhì)作為鍋爐的燃料，由于燃料的壓縮密實(shí)，限制了揮發(fā)分溢出速度，所以生物質(zhì)燃料燃燒主要由下面幾個(gè)條件控制:一定的溫度；一定量的空氣(氧氣)；燃料與空氣(氧氣)的混合程度；燃料中的可燃物與空氣中的氧氣進(jìn)行劇烈的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間。由于生物質(zhì)燃料的燃點(diǎn)比煤低。煤的燃點(diǎn)為400～500℃，生物質(zhì)燃料的燃點(diǎn)為250℃，其溫度的提高由點(diǎn)火熱供給。生物質(zhì)燃料的燃燒過(guò)程是燃料中的可燃成分與空氣中的氧劇烈化合并放出熱量的過(guò)程。因而氧氣的供給量決定燃燒反應(yīng)的過(guò)程，通過(guò)對(duì)供氧量的控制，可以很好地控制燃燒反應(yīng)。另外，生物質(zhì)燃料含有一定的水分，并且生物質(zhì)燃料是經(jīng)過(guò)壓縮成型的，它的壓縮密實(shí)，限制了揮發(fā)分溢出速度，不易著火燃燒和形成黃色明亮的火焰，容易冒黑煙。所以現(xiàn)運(yùn)行的生活及工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)不適合直接使用生物質(zhì)顆粒燃料，若不加改造直接使用生物質(zhì)顆粒燃料，鍋爐將出現(xiàn)嚴(yán)重冒黑煙、效率低、有粉塵污染等現(xiàn)象。因此，燃用生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐需要加裝專(zhuān)門(mén)的送風(fēng)設(shè)施，在充分保證燃燒生物質(zhì)“顆粒”供氧量的要求下，鍋爐進(jìn)風(fēng)量可以進(jìn)行調(diào)整。生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的技術(shù)關(guān)鍵是：高密度生物質(zhì)“顆?！眽嚎s成型加工設(shè)備與連續(xù)性生產(chǎn)的自動(dòng)生產(chǎn)線、鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒方式、換熱方式、送風(fēng)方式突破傳統(tǒng)模式。

4 生物質(zhì)燃料鍋爐的運(yùn)行

生物質(zhì)燃料鍋爐的運(yùn)行與燃煤鍋爐的運(yùn)行一樣，根據(jù)不同的鍋爐規(guī)格和型號(hào)設(shè)置不同的燃燒設(shè)備。但由于生物質(zhì)顆粒燃料是是經(jīng)過(guò)壓縮成型的，水分大、密度高、揮發(fā)分溢出速度慢，不易著火燃燒，容易冒黑煙。所以要保證生物質(zhì)燃料燃燒完全，即：要使燃燒設(shè)備與所用燃料相適應(yīng)；要從提高爐膛溫度、改善燃燒來(lái)減少不完全損失；要從燃料空氣比例，煤層厚度，爐排速度，爐膛負(fù)壓和過(guò)量空氣系數(shù)等來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制；在運(yùn)行中要加強(qiáng)檢查、維護(hù)和保養(yǎng)。

因此，可以采取以下措施以提高鍋爐最大的熱效率。為了提高爐膛溫度，便于生物質(zhì)燃料的揮發(fā)分迅速溢出，對(duì)所安裝的生物質(zhì)燃料鍋爐加裝了專(zhuān)門(mén)的送風(fēng)設(shè)施，在充分保證燃燒生物質(zhì)“顆粒”供氧量的要求下，鍋爐進(jìn)風(fēng)量可以進(jìn)行調(diào)整。在將生物質(zhì)燃料加入到鍋爐爐膛內(nèi)時(shí)，為了便于往料斗里進(jìn)料，采用了不同于以往燃煤鍋爐的上煤方式。燃煤鍋爐的上煤方法是由上煤機(jī)或傳送煤裝置直接將煤倒入煤斗里，經(jīng)由煤閘門(mén)和鏈條爐排進(jìn)入到爐膛里進(jìn)行燃燒。而生物質(zhì)燃料在經(jīng)由煤斗和煤閘門(mén)時(shí)，由于生物質(zhì)燃料顆粒比煤大，在通過(guò)煤閘門(mén)時(shí)，由于顆粒之間相互碰撞阻力較大，而且燃料顆粒由于體積比煤大，進(jìn)入煤閘門(mén)時(shí)容易被擋住，所以在燃料斗里通過(guò)煤閘門(mén)的燃料層厚度不均勻，不利于燃燒。所以為了解決這個(gè)問(wèn)題，把原來(lái)進(jìn)燃料斗用的敞口式料斗制作成密閉式料斗，在料斗里直接加裝一個(gè)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)燃料層厚度的閘門(mén)。燃料經(jīng)由地面下儲(chǔ)料斗→螺旋式上料機(jī)→輸料管→密閉式料斗→煤閘門(mén)→鏈條爐排→鍋爐。在經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)燃料層厚度的閘門(mén)時(shí)，燃料也遇到相互碰撞的阻力、顆粒燃料體積大容易被煤閘門(mén)擋住的現(xiàn)象。但由于燃料在輸料管內(nèi)輸送的過(guò)程中，是在螺旋上料機(jī)的螺旋軸外力的轉(zhuǎn)動(dòng)下進(jìn)入料斗的，在螺旋軸外力的推動(dòng)下可以克服燃料相互碰撞的阻力，以使燃料順利進(jìn)通過(guò)煤閘門(mén)，在鏈條爐排的轉(zhuǎn)動(dòng)下進(jìn)入到鍋爐內(nèi)而進(jìn)行燃燒。

由于生物質(zhì)燃料是經(jīng)過(guò)高壓低溫壓縮加工成型的顆粒狀燃料，水分大，體積大，燃料之間相互碰撞阻力大，所以在安裝螺旋式上料機(jī)時(shí)要注意以下幾個(gè)方面：螺旋式上料機(jī)安裝時(shí)，輸料管與地面下儲(chǔ)料斗連接時(shí)要有一定的傾斜角度。但為了節(jié)約鍋爐房占地面積，同時(shí)又符合鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范的工藝布置要求，所以輸料管的傾斜角≤60°為宜。在燃料經(jīng)過(guò)螺旋式上料機(jī)的螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)下通過(guò)輸料管進(jìn)入到密閉式料斗時(shí)，由于燃料層厚度受煤閘門(mén)的限制。因此，為了避免燃料進(jìn)入的太多，造成燃料在密閉式燃料斗和輸料管內(nèi)積壓，并影響燃料通過(guò)煤閘門(mén)。可以在螺旋式上料機(jī)最上端與密閉式料斗連結(jié)的輸料管最上端位置開(kāi)一個(gè)檢查孔，并安裝一個(gè)行程開(kāi)關(guān)對(duì)螺旋式上料機(jī)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)密閉式料斗和輸料管內(nèi)的燃料積壓時(shí)，可以自動(dòng)切斷螺旋式上料機(jī)電動(dòng)機(jī)電源，而使螺旋式上料機(jī)停止工作；當(dāng)密閉式燃料斗和輸料管內(nèi)的燃料缺少時(shí)，自動(dòng)連接螺旋上料機(jī)電動(dòng)機(jī)電源，使螺旋上料機(jī)開(kāi)始工作，往輸料管和密閉式料斗內(nèi)輸送燃料。由于生物質(zhì)燃料是高揮發(fā)分燃料，燃料的燃燒速度比煤快，并且燃料所含的灰分比煤低，燃料的燃盡率比煤高。生物質(zhì)燃料的燃盡率可達(dá)到96%，而煤的燃盡率在85～94%之間。所以生物質(zhì)燃料在燃爐中的燃燒溫度能達(dá)到1060℃以上。因此，根據(jù)鍋爐負(fù)荷情況，正確調(diào)整生物質(zhì)燃料層的厚度及爐排的轉(zhuǎn)速，是為了最大的提高鍋爐熱效率的一項(xiàng)措施。一般燃煤鍋爐的煤層厚度控制在100～140毫米之間，負(fù)荷高時(shí)加高煤層厚度，負(fù)荷低時(shí)減低煤層厚度。爐排機(jī)轉(zhuǎn)速一般情況下可控制在250～400轉(zhuǎn)／分鐘，最高不超過(guò)450轉(zhuǎn)／分鐘，以維持煤燃料的足夠燃燼時(shí)間。而生物質(zhì)燃料的燃點(diǎn)低、揮發(fā)分高，燃燒速度快、燃盡率高、燃燒溫度高。所以根據(jù)鄭州隴海院鍋爐房所安裝的生物質(zhì)燃料鍋爐經(jīng)過(guò)一個(gè)采暖期運(yùn)行來(lái)看，我們認(rèn)為生物質(zhì)燃料鍋爐的煤層厚度一般控制在130～150毫米之間，負(fù)荷高時(shí)可加高燃料層厚度，負(fù)荷低時(shí)減低燃料層厚度。爐排機(jī)轉(zhuǎn)速一般情況下可控制在300～500轉(zhuǎn)／分鐘，最高不超過(guò)550轉(zhuǎn)／分鐘。以便維持生物質(zhì)燃料足夠的燃燼時(shí)間。如果爐排機(jī)的轉(zhuǎn)速過(guò)慢，容易引起倒燃而使燃料斗里的燃料著火。所以在鍋爐運(yùn)行時(shí)要隨時(shí)觀察爐排上燃料燃燒的情況，如發(fā)現(xiàn)燃料斗里的燃料有著火現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)加大爐排機(jī)轉(zhuǎn)速，以消除燃料斗里的燃料著火情況。

5 生物質(zhì)燃料鍋爐的管理

由于生物質(zhì)燃料具有揮發(fā)分高，燃點(diǎn)低、燃盡率高、灰分少的特點(diǎn)，所以為了保證鍋爐燃燒正常運(yùn)行，在運(yùn)行時(shí)須注意以下幾點(diǎn)：根據(jù)鍋爐運(yùn)行時(shí)實(shí)際燃料的消耗量調(diào)整上料機(jī)的燃料供給量。高溫裂解室內(nèi)（爐膛內(nèi)）燃料未燃盡，鼓、引風(fēng)機(jī)不得停止運(yùn)行。運(yùn)行中突然停電時(shí)，必須及時(shí)清除高溫裂解室內(nèi)（爐膛內(nèi)）的燃料。停爐前，不得再添加生物質(zhì)燃料。停爐時(shí)，無(wú)需封火，爐排上燃料燃盡后，鼓、引風(fēng)機(jī)方可停止運(yùn)行。每班檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況及減速機(jī)內(nèi)的油位是否正常。定期清理折煙室內(nèi)和煙管內(nèi)積灰和灰渣。高溫裂解室內(nèi)（爐膛內(nèi)）的配氧參數(shù)在鍋爐安裝調(diào)試好后，請(qǐng)勿亂動(dòng)。鍋爐操作人員必須責(zé)任心強(qiáng)，按操作規(guī)程進(jìn)行作業(yè)。

6 生物質(zhì)燃料鍋爐與燃煤鍋爐的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

通過(guò)對(duì)生物質(zhì)燃料鍋爐與燃煤鍋爐的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析，可以對(duì)生物質(zhì)燃料鍋爐的主要技術(shù)性能有進(jìn)一步的了解，同時(shí)也為生物質(zhì)燃料鍋爐安裝選型提供一個(gè)具有科學(xué)價(jià)值的參考依據(jù)，以達(dá)到降低生物質(zhì)燃料鍋爐運(yùn)行成本、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目的。

說(shuō)明：該生物質(zhì)燃料鍋爐和燃煤鍋爐主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析以鄭州隴海院鍋爐房原安裝的燃煤鍋爐和在2009年改造安裝后的生物質(zhì)燃料鍋爐為例，鍋爐運(yùn)行時(shí)間為一個(gè)采暖期120日。燃料消耗量、熱效率、燃料發(fā)熱量、煙塵濃度以有關(guān)部門(mén)測(cè)試的評(píng)價(jià)報(bào)告數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

7 結(jié)論

從鄭州隴海院鍋爐房安裝的生物質(zhì)燃料鍋爐運(yùn)行一個(gè)采暖期情況來(lái)看，生物質(zhì)燃料鍋爐具有以下優(yōu)點(diǎn)：鍋爐燃燒穩(wěn)定，起火快、火焰高、上氣快，運(yùn)行狀態(tài)良好。鍋爐熱效率等指標(biāo)均達(dá)到和符合JB/T10094-2002《工業(yè)鍋爐通用技術(shù)條件》的要求。改變以往的燃燒方式，沒(méi)有異味、煙塵及大量的渣排量。燃燒生物質(zhì)燃料能使鍋爐房?jī)?nèi)環(huán)境潔凈，并且經(jīng)煙塵測(cè)試環(huán)保達(dá)標(biāo)。盡管生物質(zhì)燃料鍋爐的燃料費(fèi)用比燃煤鍋爐的燃料費(fèi)用高，但生物質(zhì)燃料的燃盡率比煤的燃盡率高，這樣可以增加一部分燃料發(fā)熱量進(jìn)行彌補(bǔ)。

由此可見(jiàn)，生物質(zhì)燃料作為鍋爐燃料，是替代天然氣、液化石油氣、電、煤等的理想燃料，使用前景廣闊，并具有良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

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