淺析新型鍋爐木屑燃燒設備的設計系統(tǒng)

陳偉崇

(廣西壯族自治區(qū)特種設備檢驗研究院，廣西 南寧 530022)

1 木屑的產(chǎn)生和利用現(xiàn)狀

林業(yè)加工生產(chǎn)中，合成板、中密度纖維板的企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的邊角料和木屑等生產(chǎn)性廢料，木屑是砂光機等設備對木板兩側(cè)表面進行砂光過程產(chǎn)生的細小木質(zhì)粉塵。這些廢料若能有效回收利用和治理，既可降低環(huán)境造成的污染，也可實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。近年來，不少鍋爐廠針對木屑作為燃料進行鍋爐設計生產(chǎn)，但由于林業(yè)廢料形態(tài)、顆粒度的多樣性，同時中小型板廠還要考慮成本因素，不愿重新采購一臺經(jīng)過合理設計和生產(chǎn)的鍋爐，而是自行在用鍋爐的基礎上把木屑作為輔助燃燒燃料。這種未經(jīng)過任何設計和論證造成鍋爐的安全、能效、環(huán)保均與現(xiàn)行標準有較大偏離。

隨著木板行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大、生產(chǎn)工藝和技術復雜程度的增加，生產(chǎn)過程中的危險、有害因素也隨之變化，為此，本文對層燃鍋爐增加木屑燃料燃燒進行探討，以便為企業(yè)提供快速有效的燃燒木屑改造方案。

2 木屑的特點

2.1 燃料分析及燃燒

木屑的主要成分為碳、氫、氧、氮和灰分,通過采集的多個木屑樣本化驗（見表1、2），木屑熱值為16000kJ/kg左右。木屑粒徑在0.005～0.300mm，大部分在0.01mm以下，其自然堆積容重約為180kg/m3左右，在與空氣預先混合形成木屑氣流噴入高溫爐膛時，其燃燒速度很快,燃燒較完全，是一種很好的燃料。木屑燃燒后灰分中有10%～25%溶于水，鉀、鈉碳酸鹽占60%～70%，不溶于水的部分主要是鈣、鎂、碳酸鹽、硅酸鹽和磷酸鹽。木屑的變形溫度約為1300℃，軟化溫度約為1400℃，半球溫度約為1425℃，流動溫度約為1430℃，木屑變形溫度大于1289℃，軟化溫度大于1390℃,屬于輕微結(jié)渣。

表1 木屑燃料工業(yè)分析

表2 木屑燃料元素分析

由于成分幾乎不含硫，煙氣中沒有二氧化硫產(chǎn)生，通過控制爐內(nèi)燃燒的溫度和氧含量，氧化氮排放量可以忽略不計，煙氣通過高效除塵器后，從煙囪排出的煙氣含塵濃度也可以控制在200mg/L的國家標準內(nèi)。木屑燃燒后少量的無機鹽可以作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)肥料，燃燒系統(tǒng)中的噪聲來源主要是所用風機及設備，噪聲均可控制在規(guī)定的指標內(nèi)符合環(huán)保部門的檢測要求?？梢?，木屑燃燒利用對環(huán)境沒有造成不利影響。

2.2 黏附性

木屑粉粒間有相互引力，使粉塵產(chǎn)生黏附作用。這種特性有利于提高除塵效率，但同時也容易使設備管道易產(chǎn)生粉塵積附，引起堵塞；木屑的含水率有助于粉塵的黏附聚合，而含水率過大時，也會影響粉塵的流動性，在料倉內(nèi)產(chǎn)生搭橋起拱現(xiàn)象，使風機管道等部位積附就引起堵塞；不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在設計管系和系統(tǒng)的設備構件時，應將這種現(xiàn)象納入考慮內(nèi)容。

2.3 爆炸性

3 系統(tǒng)設計

可燃粉塵具有爆炸性，粉塵的粒徑越小其表面積越大，表面積的增加，擴大了與周圍介質(zhì)的接觸面積，使其活潑性大大提高，在一定的溫度和濃度下就引起爆炸。木屑粒徑小，比重輕，在空中飄浮時間長，粒徑很小。在燃燒時易產(chǎn)生爆燃甚至爆炸，設計系統(tǒng)時應給予高度的重視。

3.1 木屑回收和輸送系統(tǒng)

通常要求木屑機吸塵口風速約25m/s,從木屑機至燃燒爐前木屑料倉之間的粉塵輸送可采用一級輸送或二級輸送, 一級輸送采用低壓、低濃度輸送，二級輸送采用中高壓、高濃度輸送，木屑除塵管和輸送管的流速宜為20～23m/s，流速過低，木屑沉積堵塞輸料管,流速過高則耗電量增大，運行費增加運行成本提高，并且木屑管道出口風速過快，沖刷爐墻，縮短爐墻壽命。木屑在收集和輸送過程采用高效旋風分離器與布袋除塵器相結(jié)合的二級除塵系統(tǒng)回收利用，分為粗砂和細砂工序。粗砂工序的木屑通過旋風分離器回收至粗砂倉，再送至板材生產(chǎn)線回收利用。旋風分離器尾氣粉塵則輸送到下一級慣性脈沖袋式除塵系統(tǒng)，細砂回收至木屑細料倉。

3.2 木屑噴燃系統(tǒng)

木屑粉在細料倉收集后，由木屑料倉出料螺旋機送入計量料倉中進行定量給料,經(jīng)回轉(zhuǎn)排料閥進入木屑吸送管，風機布置在供料器的后方，由木屑輸送風機將木屑經(jīng)專用噴粉嘴噴入鍋爐懸浮燃燒。燃燒器經(jīng)風機控制可以調(diào)節(jié)噴出火焰的長度和寬度，燃燒器外部有冷卻風夾套，燃燒器的外夾套中通入二次風，也放置噴入鍋爐，二次風即可作為木屑燃燒所需的補充空氣，又可作為燃燒器的冷卻風，延長燃燒器的使用壽命，實踐證明其效果好，運行穩(wěn)定，被廣泛采用。應注意木屑噴嘴的布置,要使木屑噴入處的爐膛有足夠大的燃燒空間，還要避免木屑直接噴燃在鍋爐水冷壁上。噴入爐膛的木屑量要控制均勻，并應在爐膛溫度達到600℃以上，且燃燒穩(wěn)定時方可噴入木屑，應注意保證噴入木屑處有充足的空氣供木屑燃燒，以保證木屑在爐膛內(nèi)能及時、完全地燃燒。為了防止回風時火焰隨風回燃，宜設置一級或二級防回火閥，以免引起爆炸或火災。在爐膛溫度較低或熄火時有報警功能，必要時，應能聯(lián)鎖關閉木屑給料系統(tǒng)（圖1）。

圖1 新型鍋爐木屑燃燒設備的設計方案

4 結(jié)語

本文充分考慮到木屑黏附性、爆炸性的特點而設計的新型燃燒設備方案，為眾多木材加工企業(yè)提供了一種低成本、安全、節(jié)能、環(huán)保、木屑燃燒技術和設計，為層燃鍋爐增燃木屑設計提供理論依據(jù)和思路，便于鍋爐更加方便快捷地完成設計。通過系統(tǒng)對粉屑的收集、儲存、定量排放和燃燒回收利用，徹底改變了生產(chǎn)環(huán)境，特別是避免了從集塵間清灰而嚴重污染環(huán)境的現(xiàn)象，從而改善了操作工人的勞動條件。通過對環(huán)境的實時監(jiān)測達到環(huán)保部門所要求的環(huán)境指標，對保持工廠附近空氣環(huán)境指數(shù)起到積極的作用。