關(guān)于燃煤工業(yè)鍋爐改燒谷殼的探討

周慧強(qiáng)

江西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測研究院九江分院，江西 九江，332000

關(guān)于燃煤工業(yè)鍋爐改燒谷殼的探討

周慧強(qiáng)

江西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測研究院九江分院，江西 九江，332000

作為一種常見且廉價(jià)的燃料，谷殼被廣泛應(yīng)用于工業(yè)鍋爐中。通過對改燒谷殼的鍋爐進(jìn)行能效測試，指出改燒谷殼是節(jié)能、可行的，并對運(yùn)行中普遍出現(xiàn)的問題提出相應(yīng)的整改措施。

工業(yè)鍋爐 谷殼 能效測試 節(jié)能

前言

中國是世界上最大的水稻種植國家，根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2014年，我國水稻總產(chǎn)量達(dá)到2.06億t，谷殼是稻米加工過程中最大的副產(chǎn)品，按重量來計(jì)約占稻谷的20%，依此計(jì)算，將產(chǎn)生4120萬t谷殼。谷殼表面堅(jiān)硬，不易被自然分解且堆積密度小，廢棄將破壞環(huán)境，因此谷殼的開發(fā)利用具有非常重大的意義。在谷殼的利用中，用作燃料是最常見的一種做法。谷殼可燃物含量達(dá)到70%以上，低位發(fā)熱量為12.5-14.6Mj/kg，約為標(biāo)煤的一半[1]。且谷殼中幾乎不含硫，燃燒溫度較煤來講偏低，相應(yīng)產(chǎn)生的SO2及NOX很少，且谷殼燃燒后產(chǎn)生的灰渣中含有較高的鉀素營養(yǎng)，在花卉種植中可作肥料使用。因此，谷殼是一種既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的燃料。

1 谷殼的成分分析與燃燒特性

研究人員對本地的谷殼進(jìn)行抽樣化驗(yàn)分析，分析結(jié)果如下：低位發(fā)熱量Qnet，v，ar=14210kj/kg；干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf=72.10%；收到基灰分Aar=14.29%；收到基水分Mar=8.0%；收到基氫含量Har=4.59%；收到基硫含量Sar=0.02%。

谷殼的燃點(diǎn)在300℃左右，揮發(fā)分含量高，揮發(fā)分析出和著火迅速，燃燒主要集中在揮發(fā)分的氣相燃燒，揮發(fā)分析出后，剩下多孔疏松的固定碳也較容易燃燒完全。谷殼燃燒后剩下的灰主要成分是SiO2，含量高達(dá)87～97%，研究表明，當(dāng)灰粒中SiO2含量增加時，對受熱面的磨損也將加重[2]。

2 谷殼在鍋爐中的燃燒方式

目前在用工業(yè)鍋爐中，絕大部分鍋爐設(shè)計(jì)燃料都是煤，這部分燃煤鍋爐熱效率低下。近年來隨著燃料價(jià)格的飆升，很多燃煤鍋爐用戶通過改燒谷殼來降低生產(chǎn)成本。在改燒谷殼的鍋爐中以型號為SZL（雙鍋筒縱置式鏈條爐）、DZL（單鍋筒縱置式鏈條爐）的居多。在這些燃用谷殼的鍋爐中，最普遍的有兩種燃燒方式①層燃；②噴燃。這兩種燃燒方式對鍋爐改動很少，投入成本很小，因此被廣泛使用。

2.1 層燃

采用這種燃燒方式的鍋爐與改造前燃燒方式一致，鍋爐承壓受熱面不需做任何改動，輔機(jī)需增加一條送料傳送帶，燃料通過傳送帶送至爐前料倉。為了保證鍋爐燃燒系統(tǒng)靈活可調(diào)，也可以給鍋爐爐排，鼓、引風(fēng)機(jī)電動機(jī)加裝變頻器。谷殼燃點(diǎn)較低，揮發(fā)分多，固定碳較少，因此，谷殼在爐膛的燃燒大部分發(fā)生在爐排前段，火床也較短，為了防止因著火點(diǎn)太靠前而燒壞煤閘板，可以采用水冷煤閘板。在運(yùn)行中，通過調(diào)節(jié)煤閘板高度來控制谷殼層厚度，調(diào)節(jié)爐排電動機(jī)頻率來控制爐排速率，調(diào)節(jié)鼓、引風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率控制風(fēng)量，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐增減負(fù)荷。某造紙廠有一臺型號為SZL10-1.25-AⅡ的鍋爐，鍋爐設(shè)計(jì)熱效率為78%，改造前使用燃料為AⅡ，與設(shè)計(jì)燃料一致，現(xiàn)場取樣化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)如下：低位發(fā)熱量Qnet，v，ar=18473kj/kg；干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf=33.37%；收到基灰分Aar=25.56%；收到基水分Mar=10.78%；收到基氫含量Har=3.35%；收到基硫含量Sar=4.38%。

對其進(jìn)行能效測試，在測試期間，鍋爐運(yùn)行平穩(wěn)，滿足測試要求，蒸發(fā)量D=8.5t/h，壓力P=0.80Mpa，測試結(jié)果如表1。

表1 造紙廠燃煤鍋爐能效測試結(jié)果

在改燒谷殼后，再對其進(jìn)行能效測試，測試方法與之前一致，D=8.1t/h ，P=0.80Mpa，測試結(jié)果如表2。

表2 造紙廠燃谷殼鍋爐能效測試結(jié)果

可以看出，同一臺鍋爐，在負(fù)荷基本不變的情況下，改燒谷殼后，配風(fēng)更加合理，爐渣、飛灰含碳量也有了大幅的下降，燃料得到充分的燃燒，產(chǎn)生的熱量也得到了很好的利用，鍋爐熱效率有了很大的提高。

2.2 噴燃

與第一種燃燒方式一樣，采用此燃燒方式的鍋爐也無需改動任何承壓受熱面，只需在爐前加裝一套簡易燃料輸送噴燃系統(tǒng)，這套系統(tǒng)由一個高壓離心風(fēng)機(jī)，一個儲料倉，一根給料鋼管和噴嘴組成，給料管連接離心風(fēng)機(jī)與爐膛，噴嘴裝在給料管出口。儲存在儲料倉中的谷殼在重力及高壓風(fēng)抽吸的雙重作用下進(jìn)入給料管，被離心風(fēng)機(jī)吹出的高壓風(fēng)由噴嘴噴入爐膛，噴嘴一般裝在爐前，燃料噴入方向與爐排走向一致。燃料被噴入爐膛，被高溫火焰引燃，在空中燃燒一段時間后，掉落到爐排上繼續(xù)燃燒。在谷殼由吹入爐膛直至燃盡的過程中包括懸浮燃燒和層燃。在運(yùn)行中，一般只開引風(fēng)機(jī)及給料離心風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)不開，但鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門保持適量開度，爐排只在排渣時啟動，鍋爐負(fù)荷則通過給料風(fēng)機(jī)的開度或者速度來調(diào)節(jié)。在這種燃燒方式中，燃料有兩種，一種是谷殼，另一種是粉碎后的谷糠。為了對比鍋爐改變?nèi)剂虾蟮男Ч?，研究人員對某藥廠的一臺型號為DZL4-1.25- AⅡ的鍋爐進(jìn)行了能效測試。鍋爐設(shè)計(jì)熱效率為76%，改造前，鍋爐使用燃料為AⅡ，與設(shè)計(jì)燃料一致，現(xiàn)場取樣化驗(yàn)結(jié)果如下：低位發(fā)熱量Qnet，v，ar=19421kj/ kg；干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf=28.97%；收到基灰分Aar=23.73%；收到基水分Mar=11.70%；收到基氫含量Har=3.79%；收到基硫含量Sar=4.11%。

測試期間，鍋爐運(yùn)行平穩(wěn)，符合測試要求，D=2.96t/h，P=0.60Mpa，測試結(jié)果如表3。

表3 藥廠燃煤鍋爐能效測試結(jié)果

改造后，對噴燃谷殼的鍋爐進(jìn)行能效測試，測試期間，D=2.65t/h，P=0.60Mpa，測試結(jié)果如表4。

表4 藥廠燃谷殼鍋爐能效測試結(jié)果

對噴燃谷糠的鍋爐進(jìn)行能效測試，測試期間，D=2.72t/h，P=0.60Mpa，測試結(jié)果如表5。

表5 藥廠燃谷糠鍋爐能效測試結(jié)果

可以看出，在同一臺鍋爐上，在負(fù)荷基本一致的情況下，當(dāng)采用噴燃谷殼（糠）時，鍋爐熱效率有了顯著的提高，燃料與空氣混合更均勻，排煙過量空氣系數(shù)及爐渣含碳量大幅下降，但由于燃料噴入速度較快，爐膛空間較小，火焰中心靠后，燃料無足夠的燃盡時間，導(dǎo)致排煙溫度及飛灰可燃物含量有所增加。

3 問題及對策

燃煤工業(yè)鍋爐輔機(jī)稍作改動，改燒谷殼后，鍋爐熱效率有了普遍的提升，取得了不錯的經(jīng)濟(jì)效益。但在運(yùn)行過程中，仍存在一個常見的問題，磨損。由于谷殼發(fā)熱量相對較小，在相同鍋爐負(fù)荷下，谷殼的消耗量要比煤大，產(chǎn)生的煙氣量更多，煙氣流速也更快，加上谷殼密度小、重量輕，很容易被風(fēng)吹起，因此燃用谷殼的鍋爐煙氣含塵量遠(yuǎn)比燃煤鍋爐大的多。高流速、高含塵量的煙氣和高磨礪性的飛灰共同作用，鍋爐受熱面很容易被磨損，尤以SZL型爐膛出口處對流管迎風(fēng)面，DZL型鍋爐前、后管板煙管管端及進(jìn)口段內(nèi)表面等部位最為嚴(yán)重。

對此可以采取以下措施①優(yōu)先采用層燃方式。研究表明，燃燒方式對飛灰含量影響巨大，對于同一種燃料，當(dāng)使用層燃方式時，飛灰含灰量占總灰量的10～20%，當(dāng)采用流化床懸浮燃燒時，飛灰含灰量占總灰量的40～50%，當(dāng)采用室燃時，飛灰含灰量占總灰量的80～90%[3]。且在采用層燃方式燃燒谷殼時，谷殼具有充裕的燃盡時間，爐渣及飛灰可燃物含量都很?。虎谠谏鲜鋈菀啄p的部位加裝防磨裝置。在爐膛出口對流管迎風(fēng)面加裝防磨片，在煙管管段加裝防磨套管，并定期檢查及維護(hù)。

4 結(jié)束語

在用燃煤鍋爐改燒谷殼后，鍋爐熱效率提高是非常明顯的。在兩種改造方式中，應(yīng)優(yōu)先采用層燃，當(dāng)改燒谷糠時，可采用噴燃。在改燒谷殼后，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，揚(yáng)長避短，減少谷殼對鍋爐受熱面的磨損，保證鍋爐的使用安全、節(jié)能、環(huán)保。

[1] 周肇秋，馬隆龍，李海濱等.中國稻殼資源狀況及其氣化/燃燒發(fā)電前景[J].可再生能源，2004( 6): 7- 9.

[2] 樊泉桂，閻維平.鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社.2004.

[3] TSG G0003-2010，工業(yè)鍋爐能效測試與評價(jià)規(guī)則[S].

Discussion on coal-fired industrial boilers burning chaff

ZHOU Hui-qiang Jiujiang branch ,Jiangxi Boiler and Pressure Vessel Inspection and Testing Institute，Jiujiang 332000，Jiangxi，China

As a common and cheap fuel，chaff is widely used in industrial boilers。By testing the boilers energy efficiency which burning chaff, this paper points out it is energy-saving and feasible that the boilers burning chaff, and proposes the corresponding improvement measures to the common problems in operation.

周慧強(qiáng)（1988—），男，江西樟樹市，助理工程師，大學(xué)本科，2010年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)，熱能與動力工程專業(yè)，主要從事特種設(shè)備安全檢驗(yàn)、管理及節(jié)能研究工作。