生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)在臥式內(nèi)燃鍋爐上的應(yīng)用研究

周慧強(qiáng)

（江西省檢驗(yàn)檢測認(rèn)證總院特種設(shè)備檢測研究院九江檢測分院，江西 九江 332000）

我國是農(nóng)林業(yè)大國，每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的秸稈、林業(yè)廢棄物不計(jì)其數(shù)，其中的很大一部分被隨意丟棄或就地焚燒，造成環(huán)境污染的同時(shí)也留下了極大的火災(zāi)隱患，將這些廢棄物收集、破碎、烘干、擠壓成型制成生物質(zhì)顆粒燃料，可替代煤、石油、天然氣等化石燃料，是理想的替代能源，且生物質(zhì)燃燒過程中排放的碳只是其生長期間所吸收的碳量的一部分，基本實(shí)現(xiàn)碳的零排放，是一種非常有潛能的碳中和能源。

1 生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)

生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)以生物質(zhì)顆粒為燃料的燃燒機(jī)，因冷卻方法的不同，可分為水冷卻和風(fēng)冷卻結(jié)構(gòu)，常見的為水冷式的，因此本文重點(diǎn)介紹水冷式的。生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)主要由燃燒室、上料機(jī)、送風(fēng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)組成。結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1

生物質(zhì)顆粒通過人工或傳送帶送至料倉，顆粒在料倉中通過進(jìn)料系統(tǒng)（絞龍）進(jìn)入燃燒室，燃燒室為夾套式結(jié)構(gòu)，夾套內(nèi)通循環(huán)冷卻水給燃燒室外殼降溫，在高溫燃燒室里燃料與送風(fēng)系統(tǒng)的配風(fēng)混合，干燥、著火、燃燒，在此過程中析出大量揮發(fā)分，劇烈燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈴某龌鹂趪姵?。整個(gè)過程可以實(shí)現(xiàn)全自動控制，可根據(jù)負(fù)荷的要求調(diào)整進(jìn)料速度及進(jìn)風(fēng)量，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)鍋爐、窯爐、焚燒爐、糧食烘干設(shè)備等各種熱能系統(tǒng)中。

2 臥式內(nèi)燃鍋爐

鍋爐是利用燃料燃燒釋放的熱能或其他熱能加熱水或其他工質(zhì)，以生產(chǎn)規(guī)定參數(shù)（溫度、壓力）和品質(zhì)的蒸汽、熱水或其他工質(zhì)的設(shè)備。工業(yè)鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)、日常生活所用的鍋爐，通常熱功率小，壓力低，溫度低，使用地點(diǎn)分散，使用的燃料也不盡相同，有煤、柴油、天然氣、木屑、生物質(zhì)顆粒等，近年來，隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，全國大部分地區(qū)已淘汰蒸發(fā)量D ＜10t/h 的燃煤鍋爐，取而代之的則是臥式內(nèi)燃鍋爐，這類鍋爐通常使用燃料為0#柴油或天然氣，匹配相對應(yīng)的價(jià)格高昂的國外產(chǎn)燃油、氣燃燒機(jī)，自動化程度高，節(jié)能環(huán)保，但是使用成本過高，很多小微企業(yè)難以承受，因此，很多用戶嘗試用生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)取代燃油（氣）燃燒機(jī)，來降低生產(chǎn)成本。

3 經(jīng)濟(jì)性對比

為了分析對比各種燃料的使用成本，我們對同一臺型號為WNS2-1.25 的鍋爐在燃油、氣、生物質(zhì)成型顆粒的情況下進(jìn)行能效測試。

3.1 燃料成分分析

在能效測試前，對3 種燃料進(jìn)行化驗(yàn)，化驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1 ～3。

表1 0#柴油主要參數(shù)

表2 天然氣主要參數(shù)

表3 生物質(zhì)顆粒燃料主要參數(shù)

3.2 鍋爐能效測試

本次能效測試按照TSG91-2021《鍋爐節(jié)能環(huán)保技術(shù)規(guī)程》及GB/T10180-2017《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》要求進(jìn)行，采用簡單測試、反平衡法，η2=q1=100 －(q2+q3+q4+q5+q6)，在測試出鍋爐運(yùn)行工況熱效率的同時(shí)查漏補(bǔ)缺，找出鍋爐各項(xiàng)熱損失。測試中鍋爐運(yùn)行平穩(wěn)，輔機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。測試結(jié)果見表4。

表4 各種燃料能效測試結(jié)果表

3.3 噸汽成本

（1）我們先計(jì)算WNS2-1.25 型號鍋爐產(chǎn)1 噸壓力為1.25MPa 的飽和蒸汽需要多少熱量。查水及水蒸汽的熱焓表可知，20℃的水焓值為85.36kJ/kg，1.25MPa飽和蒸汽對應(yīng)的焓值為2787.2kJ/kg，故所需熱量為

（2）0#柴油的低位發(fā)熱量是41520kj/kg，燃0#柴油鍋爐的熱效率經(jīng)測試為91.23%，目前柴油價(jià)格為8500 元/t，故產(chǎn)1 噸1.25MPa 飽和蒸汽需：

天然氣的低位發(fā)熱量是33151kJ/m3，燃天然氣鍋爐的熱效率經(jīng)測試為92.18%，目前天然氣價(jià)格為4.0 元/m3， 故 產(chǎn)1 噸1.25MPa 飽 和 蒸 汽 需：

生物質(zhì)顆粒的低位發(fā)熱量是16460kJ/kg，燃生物質(zhì)顆粒鍋爐的熱效率經(jīng)測試為85.18%，目前生物質(zhì)顆粒價(jià)格為1000 元/t，故產(chǎn)1 噸1.25MPa 飽和蒸汽需：

從上面的計(jì)算結(jié)果不難得出，生物質(zhì)顆粒作為鍋爐的燃料，相對于0#柴油可降低約65%的噸蒸汽成本，相對于天然氣可降低約45%的噸蒸汽成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

4 生物質(zhì)顆粒鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的問題

4.1 燃燒機(jī)運(yùn)行狀況差

由于目前無相關(guān)的國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，市場上的生物質(zhì)燃燒機(jī)生產(chǎn)廠家眾多，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品自然也是良莠不齊，隨意標(biāo)注型號、虛標(biāo)出力等，普通用戶及司爐工也無相關(guān)的知識，導(dǎo)致很多生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)與鍋爐不匹配，使用過程中結(jié)焦、冒黑煙，還有使用的循環(huán)冷卻水未經(jīng)過軟化處理，運(yùn)行一段時(shí)間，水冷夾套內(nèi)表面結(jié)垢，燃燒機(jī)得不到及時(shí)的冷卻，極大地縮短了使用壽命。

4.2 鍋爐受熱面積灰、磨損、腐蝕

生物質(zhì)顆粒燃料的原料來源廣泛，有秸稈、木材及其邊角料，甚至還有建筑用模板等，在生產(chǎn)制備過程中還混入不少雜質(zhì)，成分復(fù)雜。生物質(zhì)燃料中含有鉀、鈉等堿金屬，在高溫燃燒環(huán)境下，在燃燒室內(nèi)形成熔渣或形成氣相，以蒸汽和飛灰顆粒的形式沉積于受熱面，影響鍋爐的熱效率，同時(shí)對換熱面造成嚴(yán)重腐蝕，其中的CL 在燃燒過程中以HCL 形式揮發(fā)出來，與鍋爐的金屬壁面的保護(hù)膜（FeO、Fe2O3、Fe3O4）發(fā)生反應(yīng)，對保護(hù)膜的破壞較為嚴(yán)重。建筑模板中的膠水燃燒后產(chǎn)生大量的NOx 對鍋爐受熱面也有嚴(yán)重的腐蝕，未清理干凈的建筑模板表面附著有砂石、水泥，燃燒后隨煙氣進(jìn)入鍋爐，沖刷、磨損鍋爐受熱面。

4.3 燃燒機(jī)無聯(lián)鎖保護(hù)

很多用戶只是簡單地將燃油（氣）燃燒機(jī)更換成燃生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)，輔機(jī)并無改動。生物質(zhì)顆粒燃料中灰分較高，燃燒后煙氣中帶有不少粉塵。使用生物質(zhì)顆粒燃料機(jī)，尾部必須配備除塵器，煙氣排放才能達(dá)標(biāo)，這造成生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)出口的被壓不足以克服尾部煙道及除塵器的阻力，造成燃燒機(jī)及鍋爐內(nèi)正壓太高，火焰從爐門及未密封好的部位噴出，損壞設(shè)備，惡化鍋爐房環(huán)境，損害司爐工身體健康，因此必須安裝相匹配的引風(fēng)機(jī)，且引風(fēng)機(jī)須與燃燒機(jī)聯(lián)鎖，開啟燃燒機(jī)之前，須先開引風(fēng)機(jī)。另燃燒機(jī)未與鍋爐水位聯(lián)鎖，鍋爐在運(yùn)行中，一旦缺水，燃燒機(jī)不能及時(shí)熄火，繼續(xù)燃燒可能造成嚴(yán)重的爆炸事故。

5 結(jié)語

從上面的分析不難看出，使用生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)的鍋爐噸汽成本相比油、氣大為降低，具有非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益，但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中還是有不少問題的，本人認(rèn)為可以從以下方面解決。（1）聘請專業(yè)的公司對鍋爐燃燒機(jī)進(jìn)行安裝，從設(shè)備選型、輔機(jī)匹配入手，在源頭上把好關(guān)；（2）選用雜質(zhì)少、灰分少、灰熔點(diǎn)高的優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃料；（3）加強(qiáng)對司爐工的實(shí)操和理論培訓(xùn)，增強(qiáng)其責(zé)任心，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù),使鍋爐保持平穩(wěn)高效運(yùn)行；（4）完善鍋爐房管理的各項(xiàng)規(guī)章制度，對設(shè)備定期維護(hù)保養(yǎng)。