燃煤工業(yè)鍋爐改燒成型木屑案例分析

上 海 電 力 學(xué) 院 王文歡 李明 胡建華 何健 王凈凈

中電投江西核電有限公司 張華平

上海市青浦區(qū)某鉛筆廠在生產(chǎn)鉛筆板的過程中，需要利用工業(yè)鍋爐產(chǎn)生的蒸汽蒸煮原材料，同時生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的木屑。該廠通過技術(shù)改造，增設(shè)木屑壓縮成型設(shè)備，利用成型木屑替代燃煤，既節(jié)約能源，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，又減少了CO2、SO2等污染物的排放，取得節(jié)能減排雙重效益。

1 鍋爐設(shè)備簡介

上海市青浦區(qū)某鉛筆廠的工業(yè)鍋爐為上海工業(yè)鍋爐廠生產(chǎn)的角管式組裝蒸汽鍋爐，型號為DZL10-1.25-AⅢ，鍋爐蒸發(fā)量為10t/h，額定蒸汽壓力為1.25MPa，額定蒸汽溫度為194℃，鍋爐給水溫度為60℃。

2 燃料燃燒特性

表1 煤與木屑的燃料特性

通過對鍋爐燃燒使用的燃煤和木屑顆粒的取樣分析，得到表1所示的檢驗(yàn)結(jié)果。

為了更好的了解木屑的燃料特性，如圖1所示，采用熱重分析儀，對木屑進(jìn)行了熱重分析。圖中綠色實(shí)線為熱重曲線（TG），虛線為微商熱重曲線（DTG），藍(lán)線為差熱分析曲線（DTA）。由圖可分析整個燃燒過程質(zhì)量和熱量的變化。

首先是脫水階段，燃料中水分漸漸減少，TG曲線的明顯下降是燃料脫水的結(jié)果。DTG曲線87.9℃達(dá)到的峰值表示脫水速率最高點(diǎn)，也是在這一階段質(zhì)量減少最快的點(diǎn)。99.4℃之前燃料水分蒸發(fā)吸熱的過程在DTA曲線上有所表現(xiàn)。

接下來是揮發(fā)分燃燒階段。由DTG曲線可知，脫水完成后燃料質(zhì)量減少緩慢，到200℃左右時開始加快，揮發(fā)分析出越來越迅速，揮發(fā)氣體到達(dá)一定濃度時，燃料點(diǎn)火完成，揮發(fā)分仍然迅速析出并燃燒，在290.4℃達(dá)到最快失重速率。由DTA曲線，揮發(fā)分析出燃燒放出的熱量不斷增加，且非常迅速，達(dá)到341.9℃峰值，即升溫最快點(diǎn)，此過程是主要燃燒階段，也是主要放熱階段，木屑燃燒的大部分重量損失及放出熱量都是在這一階段完成的。

大量揮發(fā)分析出后，燃料的失重速率減緩，此時燃料損失重量除了由于一部分揮發(fā)分析出外，還包含了碳的燃燒反應(yīng)，燃料的燃燒反應(yīng)轉(zhuǎn)為擴(kuò)散燃燒。這一階段反應(yīng)在圖上的大概340℃之后，由于大部分揮發(fā)分已析出，DTG曲線明顯降低，燃料以低于之前揮發(fā)分析出過程的一個速率損失重量。而由于固定碳和殘余揮發(fā)分的燃燒，燃料溫度繼續(xù)上升，放熱。DTA曲線上487.9℃達(dá)到單位時間和質(zhì)量的放熱量的峰值。

在大約540℃以后，燃料無揮發(fā)分析出，只有極少量碳和其它可燃物仍然在燃燒，重量損失和放熱都很慢，燃料進(jìn)入燃盡階段。TG，DTA曲線可以看到，在這一階段仍然有極少量物質(zhì)在燃燒，放出微少熱量。在可燃物基本燃燒完全后，燃料燃盡。

通過燃料的成分分析得出木屑的揮發(fā)份較煤粉高出3-4倍，而木屑的熱分析也顯示揮發(fā)分的析出是木屑主要的燃燒放熱過程，這就決定了燃煤鏈條爐改燒木屑燃料時，首先要考慮生物質(zhì)的揮發(fā)份偏高特性，燃料入爐后著火快，迅速燃燒釋放熱量，致使?fàn)t膛前部受熱較多，因此改燒生物質(zhì)燃料時，需要先將木屑壓縮成型，提高木屑燃料的密度，再適當(dāng)調(diào)整鏈條爐速度，加快鏈條轉(zhuǎn)速，使成型燃料燃燒產(chǎn)生的熱量均勻地在爐內(nèi)分布。

3 經(jīng)濟(jì)性對比

該廠并未對鍋爐設(shè)備進(jìn)行較大改動，主要是增設(shè)兩臺木屑壓縮成型設(shè)備，將生產(chǎn)過程的木屑壓縮成型，供給鍋爐燃燒。當(dāng)生產(chǎn)木屑量滿足燃料需求時，鍋爐改燒成型木屑，通過燃燒過程中的調(diào)整滿足燃燒條件，實(shí)驗(yàn)證明鍋爐效率與燃煤時基本相同，如表2所示。

該廠年需要蒸汽量為87600t，改造前年消耗燃煤量為8400t，年產(chǎn)木屑8760t，現(xiàn)將木屑全部利用，可減少燃煤量7963t。按照目前市場煤價700元/噸，節(jié)約燃料費(fèi)557.41萬元，其中去除木屑成型壓縮機(jī)初期投資約100萬元，運(yùn)行所需電費(fèi)、人工、機(jī)械折舊約100萬元/年，不僅當(dāng)年收回投資成本，而且能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益300多萬元。

表2 燃煤與燃燒成型木屑的鍋爐效率

4 污染物減排

應(yīng)用木屑燃燒替代燃煤不僅具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，還能夠減少污染物的排放。木屑的含硫量為0.14%，煤的含硫量為1.03%，采用壓縮成型木屑燃燒可年減少SO2排放156t，同時木屑屬于零碳排放燃料，所以每年可減少CO2排放16695t。

5 結(jié)論

充分利用工業(yè)生產(chǎn)生物質(zhì)型廢料，壓縮成型后替代煤等化石燃料，既可保障燃料來源，節(jié)約能源，又能減少污染物排放，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

[1]宋永利，楊麗華.工業(yè)鍋爐生物質(zhì)燃燒技術(shù)[J]. 節(jié)能技術(shù)，2003，21(3)：

[2]劉洪龍，商桂新，牛國蕾 工業(yè)鍋爐生物質(zhì)與燃煤混燃技術(shù).煤氣與熱力，2008，28（6）：1-3.