層燃鍋爐燃煤改燒生物質(zhì)顆粒燃料研究

摘 要：針對(duì)生物質(zhì)顆粒燃料在提高燃燒率和節(jié)能減排上具有的優(yōu)勢(shì)特征，在簡(jiǎn)單介紹生物質(zhì)顆粒燃料燃燒特性的基礎(chǔ)上，對(duì)層燃鍋爐的生物質(zhì)顆粒燃料燃燒改造進(jìn)行深入分析，包括綜合性改造、設(shè)備選擇、工藝改進(jìn)和結(jié)渣控制，為生物質(zhì)顆粒燃料的大規(guī)模使用和節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：層燃鍋爐；燃煤；生物質(zhì)顆粒燃料

中圖分類號(hào)：TK229.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）27-0277-01

實(shí)踐表明，采用生物質(zhì)顆粒燃料能提高燃燒效率，減少污染物排放，但對(duì)當(dāng)前的層燃鍋爐，以燃煤為主，為實(shí)現(xiàn)燒生物質(zhì)顆粒燃料的目標(biāo)，需要對(duì)相應(yīng)的設(shè)備與工藝進(jìn)行改造。

1 生物質(zhì)燃料主要特性

對(duì)于生物質(zhì)燃料，其燃燒過(guò)程為十分強(qiáng)烈的反應(yīng)，同時(shí)也是空氣與燃料之間的傳熱過(guò)程與傳質(zhì)過(guò)程。在生物質(zhì)燃料不斷燃燒時(shí)，主要具有下列特性：①350℃條件下析出80%左右的揮發(fā)分，析出和燃燒的時(shí)間都很短，僅占總時(shí)長(zhǎng)的10%；②確定適宜的空氣量與合理的供氣方式，確保燃料得以充分燃燒；③高密度燃料燃燒速度比低密度燃料平穩(wěn)，與煤相同，其粒度較為均勻，工況平穩(wěn)，容易進(jìn)行控制；④對(duì)于顆粒燃燒，其燃燒作用為揮發(fā)分燃燒，當(dāng)通風(fēng)量相對(duì)較大時(shí)，爐膛中的溫度有所降低，析出速度保持平穩(wěn)，而且還能減少氮氧化物的實(shí)際生成量[1]。

在顆粒燃料中，其灰分含有一定量鉀離子、鈣離子與鈉離子，此類粒子燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生渣層，并且軟化溫度相對(duì)較低，所以這一特性直接決定結(jié)渣程度及特性。相較于煤，其灰熔點(diǎn)較低，易于結(jié)渣。在燃燒中，很多因素都會(huì)造成結(jié)渣，如空氣和燃料之間的混合不充分等。玉米稈、麥稈與稻草的工業(yè)分析、發(fā)熱量分析與元素分析結(jié)果如表1所示。

2 層燃鍋爐改造和工藝改進(jìn)

2.1 綜合性改造

（1）為良好適應(yīng)采用生物質(zhì)燃料，應(yīng)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速裝置的新裝。這樣能對(duì)供風(fēng)量、因風(fēng)量和風(fēng)壓等參數(shù)進(jìn)行隨意調(diào)節(jié)，確保燃料得以充分燃燒，使運(yùn)行達(dá)到經(jīng)濟(jì)。對(duì)于變頻調(diào)速，其最大的特點(diǎn)在于節(jié)能減排，而且對(duì)燃料燃燒也有促進(jìn)的作用。

（2）在爐排運(yùn)轉(zhuǎn)方面，也進(jìn)行變頻調(diào)速改造。在燃料的品種完全固定以后，一定負(fù)荷條件下，無(wú)需對(duì)燃料層的厚度進(jìn)行經(jīng)常性的調(diào)整，僅需調(diào)整爐排的速度與配風(fēng)。因此，在爐排采用變頻調(diào)速，可以適應(yīng)多種形式的燃料[2]。

（3）采用二次風(fēng)系統(tǒng)。一般而言，普通中小型鍋爐僅安裝一次風(fēng)系統(tǒng)即可滿足預(yù)期的燃燒要求。而對(duì)顆粒燃料而言，其揮發(fā)分可以達(dá)到煤的若干倍，且析出與燃燒的時(shí)間都很短，僅有總時(shí)長(zhǎng)的10%，同時(shí)主要出在爐膛進(jìn)行燃燒，在這種情況僅靠一次風(fēng)無(wú)法滿足要求，應(yīng)增加送氣量，使燃燒得到足夠的氧氣。

在安裝二次風(fēng)系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)先對(duì)風(fēng)量與風(fēng)壓進(jìn)行計(jì)算，使用合適的風(fēng)機(jī)來(lái)滿足燃燒要求。將二次風(fēng)的進(jìn)風(fēng)口設(shè)于爐墻上的各個(gè)相應(yīng)位置，以多種角度送風(fēng)，使燃燒區(qū)域保持合適的溫度，以此延長(zhǎng)高溫?zé)煔夂涂扇嘉飳?shí)際停留時(shí)間。

2.2 設(shè)備選擇

滿足顆粒燃料燃燒要求的設(shè)備，為達(dá)到更高的燃燒效率，應(yīng)優(yōu)先考慮循環(huán)流化床，而對(duì)于中小型鍋爐，以拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)爐排為主。首先，采用拋煤機(jī)向爐膛中送入顆粒燃料，較大的顆粒處在后部，較小的顆粒則處在前部，按從爐后到爐前的順序行進(jìn)，由一次風(fēng)進(jìn)行燃燒，在燃料燃盡以后，灰渣進(jìn)入渣斗。小顆粒與粉末狀的燃料均呈現(xiàn)出懸浮狀的持續(xù)燃燒，同時(shí)由二次風(fēng)系統(tǒng)提供充足氧氣[3]。

利用前墻二次風(fēng)持續(xù)托送，受后墻擾動(dòng)后，能對(duì)燃燒予以強(qiáng)化，確保顆粒燃料能夠及時(shí)著火，并得以充分的燃燒，當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)達(dá)到合適時(shí)，未完全燃燒的部分與燃煤相比大幅減少，熱效率因此顯著提升。

對(duì)于容量相對(duì)較小的往復(fù)爐排及與鏈條爐排鍋爐，同樣可以通過(guò)增大風(fēng)力來(lái)保證進(jìn)料，也就是在前部設(shè)置可對(duì)進(jìn)口角度進(jìn)行調(diào)整的進(jìn)料口，向爐中持續(xù)且均勻的供料。與此同時(shí)，通過(guò)進(jìn)料口下部二次風(fēng)向爐膛的前部持續(xù)送入燃料，實(shí)現(xiàn)懸浮燃燒。懸浮燃燒時(shí)，大顆粒將落于爐排，伴隨爐排行進(jìn)實(shí)現(xiàn)層狀燃燒，在燃盡后進(jìn)入渣斗。以上方法因所用燃料份額相對(duì)較少，所以僅在前部設(shè)置二次風(fēng)即可滿足要求。通過(guò)以上改裝即可滿足顆粒燃料的燃燒要求。

2.3 燃燒室與燃燒設(shè)備的增加

因在燃煤鍋爐中，燃燒室尺寸都是根據(jù)煤種進(jìn)行設(shè)計(jì)的，所以通過(guò)改造實(shí)現(xiàn)與顆粒燃料的完全匹配，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。若鍋爐旁存在充足空間，則在經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比合理的情況下，可增設(shè)新燃燒室，用于初步燃燒，原爐膛用作燃盡室。根據(jù)國(guó)外相關(guān)資料可知，對(duì)小型鍋爐而言，通過(guò)以上改造是有很高成功率的，現(xiàn)在有很多成果案例可供參考。若爐膛容積很大，則可將固定形式的爐排改造成移動(dòng)形式的爐排，這是一項(xiàng)十分合適的選擇。在選擇小型爐排以后，需要優(yōu)先考慮傾斜往復(fù)式的爐排，這不僅能滿足顆粒燃料燃燒要求，而且還能防止結(jié)渣。

2.4 結(jié)渣控制

為對(duì)燃料結(jié)渣進(jìn)行有效控制，可采用以下措施：①將過(guò)量空氣系數(shù)確定為1.5；②爐膛實(shí)際溫度不得超出900℃，防止?fàn)t膛超負(fù)荷運(yùn)行；③燃燒前混入一定量灰熔點(diǎn)相對(duì)較高的其它燃料，如將玉米秸稈作為燃料時(shí)，可混入一定量的木屑，也可加入一定量的煤粉；④燃料層的厚度必須保持均勻，控制在100～200mm范圍內(nèi)；其五，在條件允許的情況下，采用流化床。因流化床實(shí)際燃燒溫度不超過(guò)850℃，所以能從根本上防止結(jié)渣[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)實(shí)踐可知，將普通燃煤鍋爐改造成可將生物質(zhì)顆粒燃料作為燃燒燃料的鍋爐是合理可行的。在完成改造以后，原鍋爐既能燃煤，又能燃顆粒燃料，而且將這兩種燃料混合在一起進(jìn)行燃燒也是合理可行的。采用生物質(zhì)顆粒燃料后，其熱效率能提高近10%，大量減少粉塵，氮氧化物與二氧化硫?qū)嶋H排放減少，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。若顆粒燃料不足，則可立即換成煤，并且僅需對(duì)操作方式進(jìn)行調(diào)整，無(wú)需改動(dòng)設(shè)備。應(yīng)注意的是，改造后鍋爐實(shí)際出力可能有所降低，還需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。

參考文獻(xiàn)

[1]張華軍.層燃鍋爐燃煤改燒生物質(zhì)顆粒燃料分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（04）：78.

[2]畢慧杰，吳英偉，黃 芝.區(qū)域供熱鍋爐房燃煤改燒生物質(zhì)顆粒燃料的工藝改造[J].區(qū)域供熱，2010（01）：35～39.

[3]畢慧杰，吳英偉，黃芝.層燃鍋爐燃煤改燒生物質(zhì)顆粒燃料的探討[J].節(jié)能，2009，28（01）：27～29.

收稿日期：2018-8-17

作者簡(jiǎn)介：官青松（1982-），男，本科，主要從事鍋爐監(jiān)督檢驗(yàn)，定期檢驗(yàn)工作。