純?nèi)忌镔|(zhì)循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計與運(yùn)行

劉飛豹

摘 要： 本文主要對以生物質(zhì)玉米芯和玉米秸稈為燃料的循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行分析，該系統(tǒng)通過燃燒價格相對低廉的玉米秸稈以及玉米芯來產(chǎn)生熱能。鑒于此，本文先對該套設(shè)備的設(shè)計原理進(jìn)行分析，然后結(jié)合實例對其運(yùn)行原理進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞： 純?nèi)?玉米秸稈;CFB鍋爐

【中圖分類號】TK222???? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A???? 【文章編號】1674-3733（2020）17-0202-01

引言：生物質(zhì)作為一種可再生的清潔能源，既減少了大氣污染又節(jié)約成本，是傳統(tǒng)發(fā)電最為理想的代替品。生物質(zhì)燃燒可以分為層燃和流化床燃燒這兩種，層燃主要以水冷振動爐排的方式產(chǎn)生熱能，這種熱能燃燒方式操作簡單，燃料預(yù)處理要求低。但生物質(zhì)燃燒也具有一定的缺點，生物質(zhì)燃料和其他燃料組成方式不同，生物質(zhì)在燃燒的過程中會產(chǎn)出大量的懸浮燃燒物，而這些燃燒物受熱后煙氣中夾帶的熔化或半熔化的灰粒（堿金屬硅酸鹽）接觸到受熱面并凝結(jié)下來，不斷生成積累，粘連在鍋爐內(nèi)受熱面，從而對鍋爐產(chǎn)生腐蝕。

1 以玉米秸稈為燃料的CFB鍋爐的設(shè)計情況

通過大量的實踐案例分析可知，生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐所采用的是一種高效能、低污染的燃燒技術(shù)。在實際的燃燒過程中，爐膛內(nèi)的生物質(zhì)物料被點燃，產(chǎn)生大量的煙氣和熱能，煙氣受熱上升到爐膛上方，而爐膛內(nèi)部的分離器則可以有效將煙氣和物料進(jìn)行分離，并以回流的方式再將物料送回至循環(huán)流化床內(nèi)。在這樣的設(shè)計模式下，一方面可以延長燃料在爐內(nèi)的停留時間，加長燃料燃盡時間，利于燃料燃盡。另一方面循環(huán)倍率高的特點，可保證生物質(zhì)燃料著火并穩(wěn)定燃燒。如下所示，就是生物質(zhì)鍋爐的燃料成分：

（1）（Car）/%：設(shè)計燃料34.22;運(yùn)行燃料27.82。

（2）（Har）/%：設(shè)計燃料4.29;運(yùn)行燃料3.32。

（3）（Oar）/%：設(shè)計燃料28.80;運(yùn)行燃料29.17。

（4）（Nar）/%：設(shè)計燃料0.64;運(yùn)行燃料0.53。

（5）（Sar）/%：設(shè)計燃料0.05;運(yùn)行燃料0.03。

（6）（Aar）/%：設(shè)計燃料7.36;運(yùn)行燃料16.64。

（7）（War）/%：設(shè)計燃料28.69;運(yùn)行燃料22.52。

（8）（Vdaf）/%：設(shè)計燃料68.95;運(yùn)行燃料66.39。

（9）Qnet/（kJ·kgF）設(shè)計燃料10692;運(yùn)行燃料9250。

鑒于此，本文結(jié)合實際案例對以玉米秸稈為唯一燃料的CFB鍋爐的設(shè)計情況進(jìn)行分析：該鍋爐為高溫高壓鍋爐，采用單鍋筒橫置模式，單爐膛，自然循環(huán)，全懸吊結(jié)構(gòu)并全鋼形態(tài)布置。鍋爐采用緊身封閉布置，運(yùn)轉(zhuǎn)層設(shè)置在8m標(biāo)高。為了確保玉米秸稈燃燒產(chǎn)生的煙氣和未燃盡的顆粒分離，使用覆蓋有絕熱材料的分離器。同時，鍋爐配套相應(yīng)的一、二次風(fēng)機(jī)以保證燃燒物料在燃燒時空氣需要。一般情況下，鍋爐燃燒所需空氣由兩臺風(fēng)機(jī)提供，其中一臺風(fēng)機(jī)送出的風(fēng)通過空氣預(yù)熱器加熱升溫，將升溫空氣帶入水冷風(fēng)室，由水冷布風(fēng)板上的風(fēng)帽進(jìn)入燃燒室。另一臺風(fēng)機(jī)則將預(yù)熱后的空氣通過分布在爐膛前后墻上的噴口噴入爐膛補(bǔ)充空氣。在這樣的燃燒模式下，上下兩端的空氣可以與燃料互相混合與擾動，從而保障爐膛內(nèi)的物料較為充分、完全的燃燒。物料燃燒產(chǎn)生煙氣（攜帶有大量未燃盡碳粒子），夾帶大量物料的煙氣經(jīng)爐膛出口進(jìn)入絕熱分離器，經(jīng)返料器返回爐膛，實現(xiàn)循環(huán)燃燒。分離后的煙氣經(jīng)轉(zhuǎn)向室、過熱器、省煤器、空預(yù)器由尾部煙道排出。此外，為了降低鍋爐的腐蝕概率，該CFB鍋爐的空氣預(yù)熱器采用了搪瓷管結(jié)構(gòu)。

如下所示，為生物質(zhì)燃燒鍋爐的尺寸：

（1）爐膛寬度數(shù)值：8770mm;

（2）爐膛深度數(shù)值：4050mm;

（3）汽包中心線標(biāo)高數(shù)值：39500mm;

（4）高溫過熱器出口集箱標(biāo)高數(shù)值：44350mm;

（5）鍋爐頂板標(biāo)高數(shù)值：44000mm;

（6）運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高數(shù)值：8000mm;

（7）操作層標(biāo)高數(shù)值：5200mm;

（8）鍋爐寬度（兩側(cè)柱中心距）數(shù)值：10600mm;

（9）鍋爐深度（Z1-Z4柱中心距）數(shù)值：19700mm。

此外，為了實現(xiàn)對生物質(zhì)秸稈的輸入和輸出工作，在對生物質(zhì)CFB 鍋爐進(jìn)行設(shè)計的過程中，首先要考慮到生物物料的實際情況。

如玉米秸稈作為含水量較高的生物質(zhì)物料，為了保障其在爐膛內(nèi)充分燃燒，需要對其進(jìn)行充分粉碎，然后由爐前生物給料系統(tǒng)輸送到爐內(nèi)。同時為了避免給料機(jī)腐蝕，設(shè)計人員還要在送料器和輸料器表面涂抹一層防腐蝕材料。，為了進(jìn)一步提高送料機(jī)的承載能力，還要對送料機(jī)的強(qiáng)度、耐磨性進(jìn)行提升，以確保其可以有效適應(yīng)生物質(zhì)材料中的石塊以及雜草等雜質(zhì)。

2 以玉米秸稈為燃料的CFB鍋爐的實際運(yùn)行情況

通過大量的實踐案例可知，為了確保生物質(zhì)物料充分燃燒，該鍋爐的溫度值被設(shè)置為820℃，但在實際的燃燒過程中，由于生物質(zhì)物料的揮發(fā)性較高，導(dǎo)致實際的燃燒溫度往往高于設(shè)計值。鑒于此，在鍋爐實際的運(yùn)行過程中，為了有效解決溫度值過高的問題，需要對鍋爐內(nèi)的上下溫度不均的問題加以解決。同時，為了解決CFB 鍋爐在實際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的生物質(zhì)灰分過低，導(dǎo)致循環(huán)灰量偏少，經(jīng)過大量的實驗和現(xiàn)場調(diào)研分析，并從生物質(zhì)材料入手進(jìn)行研究。玉米秸稈上攜帶的泥土和灰塵過多，種類超過秸稈的8%時，此時不需要額外添加相應(yīng)的床料就可以實現(xiàn)物料的充分循環(huán)。同時，鍋爐的實際運(yùn)行過程中，為了進(jìn)一步提高鍋爐的內(nèi)循環(huán)效果，可以將金屬壁溫最高的中、高溫過熱器以翼形墻的形式安裝在爐膛內(nèi)部，可以提高爐膛的內(nèi)循環(huán)效果，降低爐膛受熱面的腐蝕概率。生物質(zhì)中易揮會發(fā)物質(zhì)（主要是堿金屬鹽）在高溫下?lián)]發(fā)進(jìn)入氣相后，流經(jīng)對流受熱面時，通過氣固相間的復(fù)雜物理化學(xué)過程，在對流受熱面表面發(fā)生凝結(jié)、黏附、沉降，導(dǎo)致尾部傳熱較差，出現(xiàn)蒸汽溫度低，排煙溫度高現(xiàn)象，需在鍋爐尾部增設(shè)蒸汽吹灰器解決。

總結(jié)：綜上所述，為了履行國家節(jié)能環(huán)保的號召，目前很多大型企業(yè)都是用以玉米秸稈和玉米芯作為生物質(zhì)燃料的CFB鍋爐來提供熱能，和普通的鍋爐不同，生物質(zhì)CFB鍋爐的爐膛內(nèi)部不僅安裝有專門的中高溫過熱器，同時還安裝有密集的燃料卸載裝置和運(yùn)輸裝置。通過對其設(shè)計原理以及運(yùn)行過程中遇到的系列問題進(jìn)行分析，機(jī)組在投運(yùn)后運(yùn)行整體上較為穩(wěn)定，且生物質(zhì)燃料可以被充分燃燒。

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