一種燃燒煙梗的低速流化床鍋爐介紹

介曉中 任龍飛 牛講偉

摘 要：煙梗即煙葉的粗硬葉脈，約占葉重25%～30%。煙梗是煙草工業(yè)的副產(chǎn)物，也是寶貴的自然資源，但作為煙葉生產(chǎn)大國(guó)，我國(guó)每年約有數(shù)十萬(wàn)噸煙梗廢棄物被棄置浪費(fèi)，不僅造成環(huán)境污染，同時(shí)也是對(duì)自然資源的浪費(fèi)。直接燃燒是對(duì)生物質(zhì)資源的最方便有效的利用，流化床是燃燒生物廢料的最佳選擇，在流化床中，床料具有很高的熱容，給生物質(zhì)燃料提供充分的預(yù)熱及干燥熱源，較低的床溫符合煙?；业腿埸c(diǎn)的特性。下面就特殊的循環(huán)流化床技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析與總結(jié)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：煙梗；低速流化床鍋爐；研究分析

引言

本鍋爐采用特殊的循環(huán)流化床技術(shù)，以廢棄的煙梗作為燃料，使其變廢為寶，節(jié)省了大量化石燃料。本鍋爐針對(duì)煙梗的熱值低、含有焦油及煙堿等有害物特點(diǎn)，在循環(huán)流化床鍋爐爐膛后部串聯(lián)兩級(jí)燃盡室，煙氣在爐膛與燃盡室中呈“N”型流動(dòng)，大大的延長(zhǎng)了燃料的燃燒時(shí)間，能保證燃料中的揮發(fā)分燃燒充分，使得煙堿、焦油等有害物質(zhì)充分分解燃盡。通過(guò)飛灰循環(huán)系統(tǒng)，使未燃盡顆粒參與循環(huán)燃燒，進(jìn)一步提高了燃料的燃盡率，提高鍋爐熱效率。

1 低速流化床結(jié)構(gòu)

鍋爐采用單鍋筒橫置式的自然循環(huán)水系統(tǒng)，煙梗由爐前螺旋給料機(jī)進(jìn)入爐膛，經(jīng)過(guò)加熱的一次風(fēng)經(jīng)布風(fēng)裝置進(jìn)入爐膛，兩者混合燃燒，煙氣在爐膛內(nèi)向上流動(dòng)至爐膛出口，然后轉(zhuǎn)180°進(jìn)入第一燃燼室向下流動(dòng)，至第一燃燼室出口再轉(zhuǎn)180°進(jìn)入第二燃燼室向上流動(dòng)，至第二燃盡室出口時(shí)，在水平方向轉(zhuǎn)90°進(jìn)入旋風(fēng)分離器，進(jìn)行氣固分離，被分離下來(lái)固體顆粒，經(jīng)U型閥送入爐膛進(jìn)行循環(huán)燃燒。由旋風(fēng)分離器中心筒出來(lái)的較潔凈的煙氣進(jìn)入尾部煙道，自上而下依次經(jīng)過(guò)蒸發(fā)受熱面、省煤器、空氣預(yù)熱器后，進(jìn)入除塵器，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)由煙囪排出。

在第一、二燃盡室下部設(shè)計(jì)有積灰室，將慣性分離下來(lái)的灰收集起來(lái)。鍋爐的通風(fēng)方式采用鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的平衡通風(fēng)方式。只有一次風(fēng)通過(guò)空預(yù)器加熱，二次風(fēng)為冷風(fēng)。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù)

鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，確定以下列數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）額定蒸發(fā)量 15t/h。（2）額定蒸汽壓力 1.25Mpa。（3）額定蒸汽溫度 194℃。（4）給水溫度 104℃。（5）冷空氣溫度 20℃。（6）排煙溫度 158℃。（7）鍋爐設(shè)計(jì)熱效率 85.2%。（8）排污率 5%。（9）排煙處過(guò)量空氣系數(shù) 1.4。（10）一二次風(fēng)配比 60：40。（11）安全穩(wěn)定運(yùn)行的工況范圍 70%～100%。（12）燃料消耗量 3632 kg/h。

2.2 設(shè)計(jì)燃料為：煙煤+煙梗

煙梗燃料特性如下：可燃基揮發(fā)份 Var=56.3%；低位發(fā)熱量 Qnet.v.ar=11300KJ/kg；收到基碳 Car=30%；收到基氫 Har=6.1%；收到基氧 Oar=29.8%；收到基氮 Nar=1.8%；收到基硫 Sar=1%；收到基水份 War=16.8%；收到基灰份 Aar=14.5%。

3 主要部件

3.1 鍋筒及內(nèi)部裝置

鍋筒直徑φ1200mm，壁厚20mm，材料為Q245R（GB/T713）。鍋爐水位在鍋筒中心線(xiàn)處，水位最大波動(dòng)值為±50mm。在鍋筒頂部安裝有兩只彈簧安全閥，在鍋筒上還設(shè)置有加藥、連續(xù)排污、緊急放水裝置，以及啟動(dòng)、停爐時(shí)需要的再循環(huán)管座、水位平衡容器及水位計(jì)。

3.2 水冷系統(tǒng)

水冷系統(tǒng)由爐膛、燃燼室和對(duì)流管束組成。

（1）爐膛的高度×寬度×深度為11860mm×2050 mm×2460mm，爐膛采用光管加鰭片膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，水冷壁管子采用φ51×4、材料20（GB3087-2008），管子節(jié)距為100mm。膜式水冷壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是密封性能好，減少漏風(fēng)，提高鍋爐效率；可以采用敷管式輕型爐墻，節(jié)省筑爐材料。沿爐膛高度方向上布置多層剛性梁，保障整個(gè)爐膛的剛性，并能抵抗?fàn)t內(nèi)正壓燃燒引起的水冷壁變形。

布風(fēng)板標(biāo)高為5275，在布風(fēng)板上采用鐘罩式小風(fēng)帽，風(fēng)帽座材料采用1Cr18Ni9Ti，頭部材料采用ZG8Cr26Ni4Mn3N，精密澆鑄，錯(cuò)列布置，使用溫度可達(dá)1100℃，具備較長(zhǎng)的使用壽命。左、右側(cè)墻水冷壁在布風(fēng)板處向左右形成8°的錐段，形成燃燒室密相區(qū)。

由于煙梗的揮發(fā)份很高，密度小，因而大量的可燃?xì)怏w和細(xì)粒子易被夾帶進(jìn)入稀相區(qū)，需要與空氣及時(shí)混合。因此在爐膛稀相區(qū)下方設(shè)置高速?lài)娙氲亩物L(fēng)，二次風(fēng)來(lái)自二次風(fēng)機(jī)的冷風(fēng)，風(fēng)壓5000-6000Pa，形成強(qiáng)烈氣流，延長(zhǎng)氣體和細(xì)小顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間，加強(qiáng)可燃?xì)怏w和二次風(fēng)的強(qiáng)烈混合，提高燃燒效率。

在水冷壁下集箱布置定期排污管路，在每個(gè)水冷壁下集箱布置二條定期排污管路；每條管路中串聯(lián)設(shè)置2只截止閥，截止閥均采用DN40。定排管路最終匯合于定期排污母管集箱。

（2）燃燼室布置于爐膛左側(cè)，由下行和上行煙道組成，四周為膜式水冷壁。

（3）對(duì)流管束布置于尾部煙道豎井中。從鍋筒引出2根φ219×8的大直徑集中下降管與對(duì)流管束的下集箱相通，保證對(duì)流管的供水，對(duì)流管由前后兩排φ60的排管及其每根上面焊接的15排φ32的管子組成，管排與水平方向的傾角為15度，其中的汽水混合物通過(guò)管排匯入出口集箱，最后通過(guò)導(dǎo)汽管匯入上鍋筒。

3.3 旋風(fēng)分離器和返料器

燃燼室后部布置了一個(gè)旋風(fēng)分離器，采用了進(jìn)口水平煙道，使進(jìn)入的煙氣進(jìn)行離心分離，將氣固兩相流中的大部分固體粒子分離下來(lái)，通過(guò)料腿進(jìn)入返料裝置，繼而送回燃燒室，分離后的較清潔的煙氣經(jīng)中心筒，流入連接煙道，最后進(jìn)入尾部對(duì)流受熱面。旋風(fēng)分離器下端裝有返料器，用以回路密封并將分離器分離下來(lái)的固體物料，返回燃燒室，繼續(xù)參與循環(huán)與燃燒。

3.4 鋼架和平臺(tái)扶梯

該鍋爐采用框架式鋼制構(gòu)架，構(gòu)架按7度地震區(qū)設(shè)防，全部構(gòu)件采用焊接連接。適合室內(nèi)或半露天布置。鍋爐構(gòu)架按其作用可劃分為三個(gè)部分，即頂板系統(tǒng)，柱、梁及支撐系統(tǒng)和平臺(tái)扶梯系統(tǒng)。頂板系統(tǒng)由頂板梁、水平支撐等組成，形成一個(gè)剛性較大的頂板梁格，用以完成對(duì)本體部分各部件的支吊。

柱、梁及支撐系統(tǒng)，承擔(dān)由頂板傳下來(lái)的載荷，并將其傳到基礎(chǔ)上，并且還要承受風(fēng)、地震及水冷壁熱膨脹力等水平力的作用，根據(jù)鍋爐本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力形式，設(shè)有多片垂直框架和水平支撐，它們具有良好的強(qiáng)度、剛性和穩(wěn)定性平臺(tái)扶梯的布置是以方便運(yùn)行、檢修為原則，主要分布在鍋爐的兩側(cè)，采用雙通道環(huán)行布置。

整個(gè)鋼架共有8根鋼立柱，柱頂為整體式框架，用于吊掛水冷系統(tǒng)、尾部省煤器受熱面支撐于鋼架橫梁上，鍋爐全部重量通過(guò)橫梁、鋼柱傳遞到地基上，是典型的前吊后支結(jié)構(gòu)。

3.5 爐墻

爐頂及省煤器穿墻管處采用特殊的密封結(jié)構(gòu)，使鍋爐整體具有良好的密封性能。該爐爐膛部分采用敷管爐墻結(jié)構(gòu)，外表面加外護(hù)板，尾部煙磨道下部采用輕型砌筑爐墻，耐火磚采用榫槽結(jié)構(gòu)，外配鋼結(jié)構(gòu)護(hù)架，以保證爐墻的密封性。燃燒室下部采用耐火可塑料現(xiàn)場(chǎng)搗打。鍋筒、流化床、下降管、集箱及空氣預(yù)熱器、熱風(fēng)管道均采用不同的材料保溫，以減少鍋爐的散熱損失，也起到安全防護(hù)作用。

3.6 省煤器

鍋爐省煤器采用鋼管式，順列布置，以適應(yīng)燃用生物質(zhì)燃料灰分大，易結(jié)渣。管子規(guī)格為Φ32×3，材質(zhì)為20（GB3087）。為了防止磨損在前兩排裝有防磨罩，保證了鍋爐運(yùn)行的可靠性。

3.7 空預(yù)器

空預(yù)器布置在對(duì)流豎井內(nèi)，管束立式錯(cuò)列布置。管子采用φ50×2，材料為耐腐蝕的10CrNiCuP（考登管）。

4 本鍋爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

（1）煙梗屬于生物質(zhì)燃料，易于燃燒，但與常規(guī)的生物質(zhì)燃料相比，煙梗在燃燒過(guò)程中，有大量的焦油析出，需要較高的溫度和較長(zhǎng)的燃燒時(shí)間才能燃燒充分。另外煙梗的揮發(fā)分高，需要及時(shí)提供充足的空氣，同時(shí)有足夠長(zhǎng)的燃燒時(shí)間才能燃盡。本鍋爐在爐膛在爐膛后部布置了兩級(jí)燃盡室，相當(dāng)于增加了爐膛高度，延長(zhǎng)了焦油及其它揮發(fā)分的燃燒時(shí)間，同時(shí)在爐膛前后墻布置向下傾斜的二次風(fēng)，加強(qiáng)擾動(dòng)、及時(shí)補(bǔ)充空氣，提高燃燒效率。

本鍋爐使煙梗中的焦油在一次通過(guò)爐膛、燃燼室后，能基本燃盡，這樣進(jìn)入尾部受熱面的煙氣不含焦油，降低飛灰在受熱面上的粘接性。本鍋爐采用飛灰循環(huán)燃燒系統(tǒng)，進(jìn)一步降低飛灰含碳量，提高鍋爐熱效率。

（2）針對(duì)煙梗中含Na、K等堿金屬元素較多，燃燒后生成的粘接性強(qiáng)、易在受熱面上粘結(jié)的特點(diǎn)，本鍋爐采用以下措施，避免尾部受熱面積灰：a.尾部受熱面全部采用順列結(jié)構(gòu)，省煤器不用鑄鐵式或螺旋鰭片結(jié)構(gòu)，而采用鋼管式。b.設(shè)計(jì)合適的煙氣流速，避免灰在受熱面上沉積。c.在所有對(duì)流受熱面處均布置對(duì)生物質(zhì)灰有效的吹灰器。

（3）本鍋爐爐膛下部澆注耐火耐磨澆注料，使該區(qū)域保持較高的溫度，利于煙梗燃燒，燃燼室則采用裸露膜式壁結(jié)構(gòu)，使煙梗有充分的燃燒空間和時(shí)間的同時(shí)，燃燼室溫度處于相對(duì)較低水平，避免生物質(zhì)燃料燃燒后產(chǎn)生結(jié)焦、掛渣現(xiàn)象。

（4）空氣預(yù)熱器采用雙回程立式結(jié)構(gòu)，為防止煙梗燃燒后空氣預(yù)熱器產(chǎn)生低溫腐蝕，管子材質(zhì)采用耐腐蝕鋼。

（5）本鍋爐爐膛及燃燼室均采用全膜式壁焊接結(jié)構(gòu)，旋風(fēng)分離器及尾部煙道均采用輕型護(hù)板爐墻結(jié)構(gòu)，密封及保溫效果好，散熱損失小，漏風(fēng)少，鍋爐排煙熱損失小。

（6）旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的灰采用羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行回送，返料順暢、可靠。

5 燃料適應(yīng)性

本鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)，我們對(duì)布風(fēng)系統(tǒng)、密相區(qū)受熱面、輔機(jī)選型等方面對(duì)燃料適應(yīng)性都有考慮。使燃生物質(zhì)流化床鍋爐可與煤、生物質(zhì)混燒，或單獨(dú)燒任一種燃料。

當(dāng)燃用煙梗時(shí)，采用爐前螺旋給料機(jī)向爐膛加料。同時(shí)可通過(guò)爐前給煤裝置向爐膛加煤，實(shí)現(xiàn)煙梗與煤的混燒。在爐膛的給煤和給料入口處均設(shè)置有播煤（料）風(fēng)。

6 經(jīng)濟(jì)性

本鍋爐燃用煙梗，節(jié)約了煤炭資源。取煤炭低位發(fā)熱量為5000Kcal/kg，按照工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法，節(jié)約煤炭1960公斤每小時(shí)，一年大約節(jié)約15000噸，按每噸煤300元，節(jié)約450萬(wàn)元。

式中：B-燃料消耗量，kg/h；D-鍋爐蒸發(fā)量，kg/h；Db·w-鍋爐排污量，kg/h；Qin-鍋爐輸入熱量，kj/kg；is·s-飽和蒸汽焓，kj/kg；if ·w-給水焓，kj/kg；is ·w-飽和水焓，kj/kg；r-汽化潛熱，kj/kg；M-蒸汽濕度，%。