鍋爐燃料分道燃燒與燃燒配風(fēng)的研究

【摘? 要】針對(duì)人造板行業(yè)鍋爐燃料的變化性和多樣性，通過(guò)對(duì)燃料的燃燒分析，進(jìn)行燃料分道燃燒與燃料配風(fēng)的研究，從而使燃料燃燒更充分，提高鍋爐綜合效率，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。

【關(guān)鍵詞】分道燃燒;燃燒配風(fēng);木質(zhì)燃料;砂光粉

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鍋爐行業(yè)產(chǎn)品也隨之迅猛發(fā)展，鍋爐從原設(shè)計(jì)的單一性燃料逐漸發(fā)展為變化性和多樣性的燃料，比如在人造板行業(yè)燃燒木質(zhì)燃料的鍋爐里，總伴隨著另一種燃料砂光粉的燃燒，這兩種燃料如何結(jié)合在一起燃燒，如何提高兩者燃燒效率，節(jié)省的燃料成本，企業(yè)將會(huì)產(chǎn)生實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益。

通常燃燒木質(zhì)燃料采用往復(fù)機(jī)械爐排為燃燒設(shè)備，燃燒砂光粉采用燃燒器噴入爐內(nèi)燃燒，一旦兩種燃料組合在一起燃燒，會(huì)出現(xiàn)很多難題和問(wèn)題：如砂光粉的室燃空間、燃燒路徑、行程時(shí)間和在爐排面的位置;在配風(fēng)的設(shè)計(jì)上，爐排面固定碳燃燒需要的一次風(fēng)、氣態(tài)物質(zhì)燃燒需要的二次風(fēng)、伴著燃砂光粉的輸送風(fēng)和助燃風(fēng)以及二次風(fēng)的布置在參數(shù)、功能方面也顯得無(wú)序與不確定。

采用分道燃燒的概念不同于組合燃燒：在布置和參量方面盡量遵循層燃與室燃的規(guī)則，并在設(shè)計(jì)燃燒方式、設(shè)備的布置、參量有明確的概念，使得鍋爐運(yùn)行操作方面將得到有序的調(diào)節(jié)。

要解決好木質(zhì)燃料的燃燒必須具備三個(gè)必要條件，滿足燃燒的空氣;足夠燃燒溫度;充足的燃燒時(shí)間和空間。要解決好燒木質(zhì)燃料的結(jié)渣堵灰問(wèn)題必須做到：砂光粉及木質(zhì)燃料充分燃燒;燃燒后進(jìn)入鍋爐對(duì)流段的煙氣溫度低于800℃;布置合理的燃燒空間及沉降空間，清灰設(shè)備的選用與布置。

下面將從多個(gè)方面闡述鍋爐燃料分道燃燒與燃燒配風(fēng)的原理。

1.砂光粉燃料的燃燒

1.1燃燒空氣

砂光粉的組成：木質(zhì)纖維、膠（尿醛樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂等）、砂帶上掉下的石英砂、粘石英砂的膠（環(huán)氧樹(shù)脂或三聚氰胺），砂光粉成分分析表格如下：

根據(jù)砂光粉的化學(xué)成份可以計(jì)算出每燃燒1Kg的砂光粉需要4.6Nm3的空氣，一般在配風(fēng)時(shí)空氣過(guò)量系數(shù)取值1.2～1.3，所以每燃燒1Kg的砂光粉需配風(fēng)6Nm3左右。為便于用熱負(fù)荷的調(diào)整同時(shí)考慮風(fēng)力輸送的阻力和噴入爐子時(shí)的砂光粉速度不宜過(guò)高，風(fēng)力輸送時(shí)按每燃燒1Kg的砂光粉需配風(fēng)3Nm3左右，不足的空氣通過(guò)燃燒器的二次配風(fēng)補(bǔ)充。

1.2燃燒溫度

當(dāng)木材加熱溫度達(dá)到110℃時(shí)，木材中的水分開(kāi)始蒸發(fā)，溫度升到150～180℃木材熱解，釋放出揮發(fā)份、甲酸、醋酸、二氧化碳;溫度達(dá)到225℃時(shí)，揮發(fā)份開(kāi)始著火;當(dāng)溫度升到400℃時(shí)揮發(fā)份燃盡，溫度升到500～580℃炭著火并燃盡;當(dāng)溫度升至780～850℃重碳?xì)浠衔锶紵⑷急M，燃燒過(guò)程結(jié)束。由于砂光粉的含水率很低，此時(shí)的理論燃燒溫度可達(dá)到1700℃， 當(dāng)空氣過(guò)量系數(shù)為1.3時(shí)的實(shí)際燃燒溫度為1450℃。由于砂光粉的著火點(diǎn)低、燃燒速度快、燃燒溫度高，所以只要爐膛溫度高于450℃或爐膛內(nèi)有明火就可以噴入砂光粉。

1.3燃燒時(shí)間和空間

砂光粉充分燃燒所需時(shí)間為2秒，即必須保證砂光粉在進(jìn)入鍋爐對(duì)流段前在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間超過(guò)2秒鐘。一般煙氣在爐膛內(nèi)的流動(dòng)速度為3m/s，所以，為確保砂光粉的充分燃燒，爐膛設(shè)計(jì)時(shí)必須加大爐膛空間，保證燃燒煙氣在爐膛內(nèi)流程超過(guò)7m之后再進(jìn)入鍋爐對(duì)流換熱區(qū)，避免鍋爐受熱面管子積灰。同時(shí)，燃燒空間大還可以防止砂光粉噴入爐膛在著火瞬間的爆燃。

1.4砂光粉的分道燃燒

在常規(guī)的燃燒室布置砂光粉的燃燒局限于空間位置的困難，只有加大設(shè)計(jì)爐膛空間才能實(shí)現(xiàn)：砂光粉燃燒器離爐排面6-7米，絕熱爐膛高度7米，煙氣調(diào)節(jié)溫度后才能進(jìn)入鍋爐對(duì)流受熱面，為了符合砂光粉的燃燒規(guī)律，提出砂光粉的分道燃燒。在爐排后拱上部設(shè)置砂光粉的燃燒室，設(shè)置的燃燒空間、燃燒路徑符合空氣動(dòng)力場(chǎng)的要求，這樣布置的燃燒室利用了爐排高度空間和深度空間，從燃燒器出口到燃燒室可達(dá)到6-7米的行程，另外燃燒空間容積較大，提高了砂光粉燃盡率，建立砂光粉的分道燃燒室可以組織兩個(gè)獨(dú)立的燃燒空氣動(dòng)力場(chǎng)，與爐排的燃燒空間獨(dú)立運(yùn)行，操作運(yùn)行時(shí)互不干擾，實(shí)現(xiàn)砂光粉分道燃燒。

2.燃燒木質(zhì)燃料的結(jié)渣堵灰

2.1結(jié)渣堵灰現(xiàn)象

目前在多臺(tái)鍋爐對(duì)流受熱面中產(chǎn)生了嚴(yán)重的堵灰現(xiàn)象，鍋爐出力減半;同時(shí)在煙氣流程中同樣結(jié)渣堵灰嚴(yán)重，配置的吹灰器系統(tǒng)不能清潔受熱面。固體燃料都有不可燃燒的灰渣量，煙氣夾帶的干灰進(jìn)入鍋爐對(duì)流段一般都不會(huì)引起鍋爐的嚴(yán)重的堵灰，而當(dāng)灰渣緊密牢固的沾污在管壁上時(shí)，灰渣甚至?xí)g管壁，那么應(yīng)該從燃燒和煙氣溫度過(guò)高來(lái)考慮解決，受熱面的布置再費(fèi)心思也沒(méi)有太多辦法，嚴(yán)重的堵灰現(xiàn)象，將嚴(yán)重地影響了鍋爐的效率以及企業(yè)的產(chǎn)值和效益。

2.2解決堵灰問(wèn)題應(yīng)從以下兩個(gè)方面著手：

其一，要保證砂光粉及木質(zhì)燃料的充分燃燒;

由于木質(zhì)燃料和砂光粉含有大量的膠，若燃燒不充分，帶膠的灰在適當(dāng)?shù)臏囟群臀锢砘瘜W(xué)條件下，很容易粘附在鍋爐對(duì)流管束上或相互粘結(jié)而形成堵灰。尤其是石英砂上的環(huán)氧樹(shù)脂，其固化溫度和燃燒更高，更難燃盡，且環(huán)氧樹(shù)脂的粘結(jié)強(qiáng)度更高。為防止粘結(jié)性堵灰，須保證砂光粉及木質(zhì)燃料及膠充分燃燒。

解決的途徑為：設(shè)計(jì)的燃燒空間要大，木質(zhì)廢料在爐膛里停留的時(shí)間要長(zhǎng)，煙氣在進(jìn)入對(duì)流段前的行程要長(zhǎng)。

其二，燃燒后的煙氣溫度要進(jìn)行調(diào)節(jié)，使進(jìn)入對(duì)流段的煙氣溫度低于800℃;

當(dāng)噴燃砂光粉時(shí)，爐內(nèi)燃燒溫度達(dá)到1300～1500℃，砂光粉燃燒后灰份是熔融狀態(tài)，如不充分冷卻，熔融狀態(tài)或高于開(kāi)始軟化溫度的灰份直接進(jìn)入鍋爐對(duì)流管束，遇到低溫的管壁，就牢牢的粘附在對(duì)流管束上，造成對(duì)流管束堵灰搭橋，灰渣甚至腐蝕管壁，及難清除，是爐子堵灰的最主要原因和最難處理的問(wèn)題。

木質(zhì)燃料的灰份雖然較少，但在加工過(guò)程中混入其它非可燃物，從灰份上分析，木質(zhì)燃料的灰份主要由堿性化合物構(gòu)成，如氧化鈣（CaO）、氧化鈉（Na2O）、氧化鉀（K2O）等。由于堿性化合物具有助熔的作用，同其他非可燃物混合形成了共熔化，通常情況下，共熔化的融熔溫度在800℃以下。如使燃燒后進(jìn)入鍋爐對(duì)流段的煙氣溫度低于800℃，則進(jìn)入對(duì)流管束灰份為干灰，不會(huì)粘附在對(duì)流管束上，可以通過(guò)吹灰系統(tǒng)來(lái)清除。

現(xiàn)國(guó)內(nèi)外解決這種堵灰有兩種途徑：一種是比較被動(dòng)的方法，既控制燃燒溫度或在煙氣進(jìn)入對(duì)流段兌入低溫的煙氣或冷空氣，此種方法的缺點(diǎn)是耗能，控制系統(tǒng)復(fù)雜，且很難準(zhǔn)確的控制，一旦沒(méi)控制好累積后也會(huì)導(dǎo)致堵灰。另一種方法是，在鍋爐輻射段適當(dāng)多布置受熱面，以吸收煙氣的熱量使煙氣進(jìn)入鍋爐對(duì)流段前的溫度降低至800℃以下，這種方法控制較前一種方法更穩(wěn)定可靠。

3.分道燃燒——道不同，不能為伍

（1）分道燃燒是把懸浮室式燃燒與爐排層狀燃燒分開(kāi)?？紤]到爐排的燃燒強(qiáng)度在后爐排很弱，爐排有足夠長(zhǎng)度，砂光粉燃燒器布置在后墻，提高后拱高度，火焰在后拱與爐排保護(hù)拱之間，充分利用了燃燒室深度方向的空間，砂光粉的燃燒路徑在燃燒室內(nèi)就可達(dá)到7米，再進(jìn)入輻射爐膛余燼燃燒，砂光粉在此空間內(nèi)均能有效的燃盡，提高了砂光粉燃燒的綜合效率。（2）分道燃燒不可以把懸浮室式燃燒與爐排層狀燃燒在燃燒布局的概念一致化，懸浮室式燃燒為燃燒室內(nèi)氣態(tài)燃燒，其分道為“空中”，爐排層狀燃燒為爐排面上固態(tài)燃燒，其分道為“地面”，兩者道不同，從而要求各分道配風(fēng)的設(shè)計(jì)條理清晰，操作運(yùn)行清晰有序。（3）分道燃燒布局的合理性，在于燃燒布局的清晰性，表現(xiàn)在需足夠的燃燒路徑，需足夠的燃燒空間，需足夠的燃燒停留時(shí)間，只有這樣，才能充分的燃盡燃料，提高燃燒效率，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。

4.燃燒配風(fēng)

（1）木質(zhì)燃料和砂光粉兩種燃料的兩種燃燒方式給配風(fēng)布置帶來(lái)很多復(fù)雜性，要做到配風(fēng)是否干擾燃燒溫度和動(dòng)力場(chǎng)，并且在運(yùn)行操作時(shí)調(diào)風(fēng)有規(guī)律可循，就要在風(fēng)量、風(fēng)壓、管道布置、調(diào)節(jié)方法上合理。分道燃燒的后配風(fēng)布置概念比較明確，砂光粉的燃燒按照懸浮燃燒的配風(fēng)方式;木質(zhì)燃料的燃燒按照層燃方式根據(jù)燃料特性要求配風(fēng)，最后調(diào)整爐膛出口的煙氣溫度由低溫?zé)煔饣蛘呃滹L(fēng)來(lái)調(diào)節(jié)。（2）爐排上燃燒的木質(zhì)燃料是低固定碳高揮發(fā)份的燃料，揮發(fā)份的燃燒是氣體燃燒，在爐排上部的燃燒室燃燒，按照氣體燃料的燃燒熱強(qiáng)度進(jìn)行布置，木質(zhì)燃料的固定碳在爐排上燃燒，需要爐排的配風(fēng)和床面燃燒，爐排前段是木質(zhì)燃料干燥和揮發(fā)份開(kāi)始析出的階段，需要的熱量來(lái)自爐膛的熱輻射和煙氣的熱對(duì)流;中間段是揮發(fā)份大量析出和固定碳開(kāi)始燃燒的階段，原則上揮發(fā)份的燃燒由爐膛的二次風(fēng)供應(yīng)，由于揮發(fā)份的量很多并且燃燒強(qiáng)烈，爐排面應(yīng)該供應(yīng)一定的風(fēng)量，造成氣體動(dòng)力燃燒的流場(chǎng)，另外固定碳開(kāi)始燃燒也需要空氣;爐排的后段是固定碳的燃燒和燃盡階段，尚需要一定的空氣。這樣爐排每組工段的配風(fēng)具有合理性及科學(xué)性。（3）提供爐排燃燒配風(fēng)稱為一次風(fēng)，風(fēng)量的計(jì)算：按照爐排上固定碳燃燒的空氣量和造成動(dòng)力燃燒需要的風(fēng)量來(lái)計(jì)算，再考慮空氣過(guò)量系數(shù)，風(fēng)量為燃燒總空氣量的百分之30%-40%;風(fēng)壓的計(jì)算：綜合考慮消聲器、空氣預(yù)熱器、沿程管道、彎頭、變徑、調(diào)節(jié)風(fēng)門、擴(kuò)口等是一系列阻力元件因素，空氣進(jìn)入爐排風(fēng)室后就只有靜壓，這部分風(fēng)經(jīng)過(guò)爐排和料層的阻力元件后壓力消失，參與燃燒反應(yīng)后成為煙氣。爐排面上的壓力是零，由于引風(fēng)機(jī)的拉力和使?fàn)t膛在負(fù)壓下運(yùn)行（安全），煙氣流和一部分粉塵被吸出燃燒室稱為飛灰。（4）在分道燃燒布置時(shí)，二次風(fēng)的作用是組織揮發(fā)份的氣體燃燒和封鎖爐排面上逸出的粉塵，二次風(fēng)的布置分高低兩個(gè)位置：低位在爐墻兩側(cè)墻，高位在爐墻前后墻。在爐排面的兩側(cè)布置低位二次風(fēng)，風(fēng)量基本在中間偏前，高度離爐排面1.4-1.7米左右，這兩股風(fēng)的射程是爐膛寬度的2/3，以小管徑兩側(cè)交叉布置，兩側(cè)低位二次風(fēng)的風(fēng)量設(shè)定燃燒揮發(fā)份70-90%考慮;前后布置高位二次風(fēng)，主要的作用是用來(lái)補(bǔ)燃和調(diào)節(jié)爐膛出口煙氣溫度，控制煙氣在進(jìn)入輻射室時(shí)不結(jié)焦渣，同時(shí)在進(jìn)入對(duì)流受熱面時(shí)基本沒(méi)有粘結(jié)力，以便用吹灰的方式可以清潔管壁，此時(shí)溫度要控制在800-850℃左右，高位二次風(fēng)有封鎖上升煙氣的顆粒作用，同時(shí)補(bǔ)充貼壁的可燃?xì)怏w（尤其是一氧化碳）的燃燒，其射程是爐膛深度的3/4，為了使高位二次風(fēng)對(duì)上升煙氣產(chǎn)生擾動(dòng)，采取前低后高的布置方式，前后噴嘴交叉布置。（5）砂光粉的燃燒風(fēng)：砂光粉的輸送風(fēng)（燃燒器一次風(fēng)）是由高壓頭的羅茨風(fēng)機(jī)提供，為了控制砂光粉的燃燒溫度，在風(fēng)機(jī)選擇時(shí)需考慮40-50%的燃燒余量，風(fēng)量（燃燒器二次風(fēng)）按燃燒溫度1100℃時(shí)考慮，風(fēng)壓由燃燒器阻力提供。

5.結(jié)論

通過(guò)對(duì)鍋爐燃料分道燃燒與燃燒配風(fēng)的研究，使鍋爐更適應(yīng)當(dāng)前變化性和多樣性的燃料，提高鍋爐燃燒效率，突破傳統(tǒng)鍋爐燃燒效率低下的技術(shù)瓶頸，另外，鍋爐可減少結(jié)渣堵灰現(xiàn)象，保障了鍋爐使用壽命，對(duì)于鍋爐使用單位而言，采用鍋爐燃料分道燃燒技術(shù)，可取得直接的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：韋雋（1982.1--），男，仫佬族，廣西柳州人，中級(jí)工程師，技術(shù)總工程師，學(xué)士，從事生物質(zhì)能源技術(shù)與開(kāi)發(fā)研究。