生物質(zhì)燃料鍋爐改造技術(shù)的應(yīng)用

陳廷秀

(鄭州鐵路局鄭州北建筑段，河南鄭州 450052)

鄭州鐵路局管內(nèi)鄭州地區(qū)各鐵路單位用于生產(chǎn)和生活供熱的鍋爐多為4 t以下的燃煤鍋爐。為改善環(huán)境，減少污染，鄭州鐵路局于2009年和2010年各將1臺(tái)2 t/h鏈條爐排燃煤蒸汽鍋爐改造為生物質(zhì)燃料蒸汽鍋爐，用于冬季供暖用汽和日常生產(chǎn)用汽。

1 生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)

生物質(zhì)燃料是可再生的碳源，具產(chǎn)量巨大、分布廣泛、低硫、低氮、生長(zhǎng)快、CO2排放低的特點(diǎn)〔1〕。

生物質(zhì)燃料燃燒主要由下面幾個(gè)條件控制〔1〕:

(1)一定的溫度;

(2)一定量的空氣(氧氣);

(3)燃料與空氣(氧氣)的混合程度;

(4)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。

生物質(zhì)燃料的著火溫度為250～400℃，比煤低(煤的著火溫度為400 ～500℃)〔2〕，其溫度的提高由點(diǎn)火熱供給。生物質(zhì)燃料的燃燒過程是其可燃成分與空氣中的氧劇烈化合并放出熱量的過程，因而氧氣的供給量決定燃燒反應(yīng)的過程。通過對(duì)供氧量的控制，可以很好地控制其燃燒反應(yīng)。

現(xiàn)運(yùn)行的生活及工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)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門的二次送風(fēng)設(shè)備，增強(qiáng)進(jìn)氧，使其能充分燃燒，有效提高爐堂溫度，減少一氧化碳和煙塵的排放及熱量的流失。

2 鍋爐改造方案

(1)利用原有或閑置的鏈條爐排燃煤鍋爐本體以及鍋爐附屬設(shè)備:鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、出渣機(jī)、省煤器、減速器、除塵器、鍋爐控制柜以及儀表閥門等等，減少鍋爐以及附屬設(shè)備的投資費(fèi)用。

(2)把原來進(jìn)燃料用的煤斗改制作成密閉式料斗。

(3)安裝1個(gè)生物質(zhì)顆粒燃料輸送儲(chǔ)料斗。

(4)安裝1套螺旋式生物質(zhì)顆粒燃料上料機(jī)，并在螺旋式上料機(jī)最上端與密閉式料斗連結(jié)的輸料管最上端位置開一個(gè)檢查孔，并安裝一個(gè)行程開關(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。螺旋式上料機(jī)安裝時(shí)，輸料管與地面輸送儲(chǔ)料斗連接要有一定的傾斜角度。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，輸料管的傾斜角≤60°為宜。螺旋式上料機(jī)安裝如圖1。

圖1 螺旋式上料機(jī)安裝示意圖

(5)在鍋爐側(cè)部安裝1套二次送風(fēng)設(shè)備及二次送風(fēng)管。二次送風(fēng)管一根通向鍋爐爐膛，一根通向密閉式料斗，以保證燃料燃燒所需足夠的氧氣，達(dá)到完全燃燒的目的。二次送風(fēng)設(shè)備安裝如圖2。

圖2 二次送風(fēng)設(shè)備安裝示意圖

(6)鍋爐改造應(yīng)注意的問題

①鍋爐前端凈距不得小于3 m。因?yàn)槁菪缴狭蠙C(jī)安裝后，地面輸送儲(chǔ)料斗與鍋爐前段之間的距離為1.9 m(以2 t/h鏈條爐排燃煤蒸汽鍋爐為例)，如果小于3 m，不便于操作和檢修。

②生物質(zhì)燃料不宜露天存放，應(yīng)有防雨、防風(fēng)、防腐等措施。另外，生物質(zhì)燃料在儲(chǔ)存過程中，要經(jīng)常檢查燃料的溫度，以防溫度過高引起自燃。

3 生物質(zhì)燃料鍋爐的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

(1)生物質(zhì)燃料鍋爐燃燒穩(wěn)定，起火快、火焰高、上氣快，運(yùn)行狀態(tài)良好，鍋爐熱效率高。

(2)改變以往的燃燒方式，SO2、煙塵和氮氧化物的排放量小，燃料的燃燼率比煤的燃燼率高，渣排量小。

(3)生物質(zhì)燃料為可再生能源產(chǎn)品，有利于國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能環(huán)保政策的落實(shí)。

3.2 缺點(diǎn)

(1)由于生物質(zhì)燃料的著火溫度比煤低得多，鍋爐暫時(shí)停爐時(shí)不能壓火，鍋爐點(diǎn)火后需要連續(xù)運(yùn)行，鍋爐每日運(yùn)行的時(shí)間比燃煤鍋爐運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)，因此，燃料消耗量比煤多。

(2)當(dāng)接到減少用汽或暫停用汽的通知需要暫時(shí)停爐時(shí)，必須將爐排上的燃料燒盡，并排渣干凈，否則容易引起倒燃而使燃料斗里的燃料著火。

4 生物質(zhì)燃料鍋爐運(yùn)行時(shí)的注意事項(xiàng)

從生物質(zhì)燃料鍋爐運(yùn)行3年來的情況來看，生物質(zhì)燃料鍋爐運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)根據(jù)鍋爐運(yùn)行時(shí)實(shí)際燃料的消耗量調(diào)整螺旋式上料機(jī)的燃料供給量。

(2)爐膛內(nèi)的燃料未燃盡，鼓、引風(fēng)機(jī)不得停止運(yùn)行。

(3)運(yùn)行中突然停電時(shí)，必須及時(shí)清除爐膛內(nèi)的燃料。

(4)停爐前，不得再添加生物質(zhì)燃料。

(5)停爐時(shí)，無需封火，爐排上燃料燃盡后，鼓、引風(fēng)機(jī)方可停止運(yùn)行。

(6)由于生物質(zhì)燃料灰渣中含有較高的硅、氯及鉀、鈉等堿金屬，灰熔點(diǎn)較低，容易在爐膛內(nèi)結(jié)渣、結(jié)焦或沉積于受熱面，嚴(yán)重影響燃燒生物質(zhì)鍋爐的傳熱，甚至造成腐蝕，影響鍋爐的運(yùn)行。因此，需要定期清理爐膛、折煙室和煙管內(nèi)的積灰和灰渣。

5 費(fèi)用分析

生物質(zhì)燃料鍋爐改造就是利用原有或閑置的鏈條爐排燃煤鍋爐本體進(jìn)行改造，減少了鍋爐本體的投資費(fèi)用，其附屬設(shè)備如鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、出渣機(jī)、省煤器、減速器、除塵器、鍋爐控制柜以及儀表閥門等等與鏈條爐排燃煤鍋爐相同。

由于生物質(zhì)顆粒燃料是是經(jīng)過壓縮成型的，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，需要提高爐膛的溫度并充分供氧。因此，需要增加一些設(shè)備來提高爐膛溫度，便于生物質(zhì)燃料的揮發(fā)分迅速溢出，確保生物質(zhì)燃料燃燒充分，最大限度的提高鍋爐的熱效率。

表1為生物質(zhì)燃料鍋爐改造與購(gòu)置鍋爐費(fèi)用的比較。

表1 生物質(zhì)鍋爐改造與購(gòu)置鍋爐費(fèi)用分析(萬元)

表2為生物質(zhì)燃料鍋爐與燃煤鍋爐運(yùn)行費(fèi)用分析。

表2 生物質(zhì)燃料鍋爐與燃煤鍋爐運(yùn)行費(fèi)用分析(萬元)

表2數(shù)據(jù)燃料價(jià)格以2011年價(jià)格為準(zhǔn)，生物質(zhì)燃料鍋爐:每日運(yùn)行24 h，運(yùn)行時(shí)間為1個(gè)采暖期120 d，生物質(zhì)燃料價(jià)格600元/t;燃煤鍋爐每日運(yùn)行19 h，運(yùn)行時(shí)間為1個(gè)采暖期120 d，煤燃料價(jià)格:752元/t，水費(fèi)價(jià)格:5.10/m3，電費(fèi)價(jià)格:0.83元/kW·h，排污費(fèi)以2011年數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

6 結(jié)論

通過將原有或閑置的燃煤鍋爐改造為生物質(zhì)燃料鍋爐，一方面可以減少SO2的排放量，有效的保護(hù)大氣環(huán)境;另一方面可以減少鍋爐用煤和鍋爐設(shè)備的投資費(fèi)用。盡管生物質(zhì)燃料鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用比燃煤鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用稍高，但與燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐和電鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用相比較，還是較低的。

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。

［1］李海濱，袁振宏，馬曉茵．現(xiàn)代生物質(zhì)能利用技術(shù)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012:1 －2，186．

［2］劉福仁，鄭德生．鍋爐基礎(chǔ)知識(shí)［M］．北京:中國(guó)勞動(dòng)出版社，1991:36．