层燃锅炉燃煤改烧生物质颗粒燃料的探讨

堡 堡塾 Q ：鱼塑 层燃锅炉燃煤改烧生物质颗粒燃料的探讨 沈阳东源供热有限责任公司 毕慧杰 吴英伟 黄 芝 【摘 要】通过对生物质颗粒燃料燃烧特性及结渣特性的分析，找出与煤的燃烧 特性的不同之处。对燃煤锅炉的结构及操作运行工艺提 出改造、改进 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，从而使层 燃锅 炉即能燃煤又能烧生物质颗粒燃料 。燃煤改烧生物质颗粒后，锅 炉热损失减少， 锅炉热效率提高，可节省大量煤炭，又减少环境污染。 【关键词】层燃锅炉 生物质颗粒燃料 燃烧特性 结构改造 锅炉热效率 生物质燃料是世界上公认的清洁能源 ， 它替代煤、油成为新的能源是必然趋势。生物 质颗粒燃料的粒度通常为 6一 15毫米 ，长 度小于30毫米，近似于粒煤和沫煤，易于储 存与运输。常用生物质颗粒燃料与煤的特性 比较见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 一。 目前世界各国在中小型工业锅炉上都有 生物质颗粒燃料的应用，国内尚在起步阶段， 新的炉型较少，大部分都是燃煤锅炉改烧生 物质颗粒燃料，但是由于生物质颗粒燃料与 煤的燃烧特性不同，所以原有锅炉结构与操 表一 作工艺必须加以改造和改进，否则将出现锅 炉出力、锅炉热效率大幅下降 ，甚至出现锅 炉设备事故造成 损失 ，使这一新生事物无 法正常推广。本文试做如下分析探讨，供参 考。 1-生物质颗粒燃料的燃烧与结渣特性 1．1生物质颗粒燃料的燃烧过程 生物质成型燃料的燃烧过程是强烈的化 学反应过程，又是燃料和空气间的传热、传质 过程。它的燃烧属于静态渗透式扩散燃烧，其 燃烧过程是：1)燃料进入燃烧室内，在高温热 品 种 低位发热值(kCal／kg) 分析基灰分(％) 水 分(％) 可燃基挥发分(％) S(％) 灰的半球温度(℃) 铁法II类烟煤 37o0～47O0 ≤42 ≤l5 20～35 ≤O．8 ≥1250 玉米秸秆颗粒 350o～400o ≤6 ≤9 ‘ 6o-75 ≤0．O8 ≤1035 花生皮颗粒 390o～420O ≤6 ≤9 65～75 ≤0．O8 ≤1150 稻壳颗粒 3150～350o ≤15 ≤9 60-85 ≤O．08 ≤l15O 品 种 锅炉热效率 (％) 燃烬率(％) 密度(t／m ) 单位热价(元／l&kCa1) 出厂价(元／kg) 铁法II类烟煤 <75 ≤90 O．8—1．O 1．15 4．5O 玉米秸秆颗粒 <84 ≥98 O．8～1．O 1．25 4．7O 花生皮颗粒 <84 ≥98 O．9～1．2 1．26 5．10 稻壳颗粒 <84 ≥98 0．9～1．2 1．1O 3．6O 一 2— 量(由前期燃烧形成)作用下，燃料被加热和 析出水分。当温度达到约 250't2左右，热分解 开始，析出挥发分 ，形成焦炭。气态的挥发分 和周围高温空气掺混首先被引燃而燃烧，进 行可燃气体和氧气的放热化学反应，形成火 焰。2)成型燃料表层部分的碳处于过度燃烧 区，形成较长火焰。3)焦炭扩散燃烧，燃烧产 物 CO 、CO及其气体向外扩散，CO与 O：结合 成 COz，在表面进行 CO的燃烧，在层内主要 进行碳燃烧，在表面形成灰壳 ，并随着燃烧， 燃烬壳不断加厚。当可燃物基本燃尽，在没有 强烈干扰的情况下，形成整体的灰球，灰球变 暗红色成为灰渣，完成整个燃烧过程。在炉内 强烈气流的干扰下，则有一部分细碎燃料，以 飞灰形态随烟气逸出炉内。 1．2生物质颗粒燃烧特点 生物质成型燃料在燃烧过程中有以下一 些特点： (1)挥发分在 350~C时就析出约 80％，析 出时间、燃烧时间短，只占燃烧时间的 10％左 右。若空气供应不当，或掺混不充分则有机挥 发分不易燃烬而排出，排烟为黑色，严重时为 浓黄色。 (2)挥发分逐渐析出和燃完后，剩余物为 疏松的焦炭，气流运动会将部分炭粒裹人烟 道，形成黑絮，所以通风过强会降低燃烧效 率 。 (3)挥发分燃完，焦炭燃烧受到灰烬包裹 和空气渗透较难的影响，妨碍了焦炭的燃烧， 造成灰烬中残留余炭。此时应适当加以捅火， 并加强炉排下一次风的供给。 适合的空气量和空气供给方式是保证燃 料燃烧充分的条件之一。过多的空气供给会 吸收燃烧产生的热量，降低燃烧温度，淡化可 燃气体的浓度，使化学反应减缓，排烟量增 多。过少的空气供给或空气受阻、分配不良， 会使可燃气体未经燃烬而逸出。 密度大颗粒燃料的则相对低密度的颗粒 燃料在整个燃烧过程中的燃烧速度相对平稳 区域供 热 2008．6期 一 些。同煤一样，粒度比较均匀，燃烧工况就 相对平稳，易于控制。颗粒燃料的燃烧主要是 挥发分的燃烧，而炉膛温度越高，挥发分析出 速度越快，燃烧平稳性越差。通风量大使炉膛 内的温度降低，挥发分析出速度相对平稳。同 时较低的炉膛温度可使 NOx的生成大大减 少。 1．3生物质颗粒燃料的结渣特性 1．3．1结渣的主要原因 生物质颗粒燃料本身的灰分中含有钙、 钠、钾等离子，这些离子在燃烧过程中容易形 成渣层，且灰的软化温度较低 ，因此燃料本身 的特性决定了结渣的特性和程度。燃烧过程 中燃料层的温度，炉膛温度，燃料与空气混合 不充分以及锅炉超负荷运行是造成结渣的重 要因素。 1．3．2炉膛温度对结渣的影响 炉内是否结渣主要由燃料的灰熔点决 定。生物质颗粒燃料的灰熔点都低于煤炭 10o～20o℃。当炉膛温度高于燃料的灰熔点时 结渣发生，炉膛温度越高，结渣率越大。据文 献[2l介绍，在炉膛温度为 600℃时，玉米秸杆 成型燃料的结渣率为 0．65％，在 650~800~C阶 段几乎呈直线增加状态，在 800～950~C阶段结 渣率相对比较稳定。900~C左右应为燃烧生物 质颗粒燃料的较适宜温度 ，结渣率相对较低 ， 只有 10％左右，燃烧工况也比较理想，又可降 低 NO 的排放量。 1．3．3炉膛过量空气系数对结渣的影响 燃烧生物质颗粒燃料的炉膛过量空气系 数 a=1．5时，满足燃烧工况且较为理想，这时 的结渣率较低为 3．5％左右。当仪I>2．2时则结 渣率急剧增加，所以应控制过量空气系数 0【 在 1．5左右为宜。 1．3．4燃料粒径及厚度对结渣的影响 由实验得出的结论是l随着颗粒粒径的 增大，燃料层厚度的增加，结渣率缓慢增加。- 这是因为燃料中心温度增加，灰易达到灰熔 点，所以易发生结渣。 一 一 堕些堡垫 Q 璺：鱼塑 2．燃煤层燃锅炉的改造与操作运行工艺 改进 2．1综合性改造 (1)为了适应生物质颗粒燃料的燃烧，对 鼓、引风机增装变频调速装置是必须的。它可 以随意调整供、引风量及风压、烟压 ，使燃料 充分燃烧，经济运行。风机变频调速节能是众 所周知的，对燃用生物质颗粒燃料更有其独 到的作用。 (2)炉排运转采用变频调速也是必须 的。当燃料品种固定后，在负荷一定的情况下 燃料层厚度是不须经常调整的，只须对炉排 速度及配风进行调整。所以炉排为变频调速 方式对调整燃烧是必须的，能更好的适应不 同燃料的燃烧。 (3)增装二次风系统，是燃料充分燃烧， 减少气体不完全热损失的有效 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。通常情 况下，除抛煤机倒转炉排锅炉外，一般的中小 型锅炉都是只有一次风系统就可以满足燃料 燃烧了。但生物质颗粒燃料的挥发分是煤的 几倍，析出和燃烧时间很短，只是整个燃烧时 间的 lO％左右，且主要是在炉膛空间燃烧，此 时单靠从炉排下部供给的一次风是远远不够 且不及时的，必须及时向炉膛空间送入适量 的空气，保证燃料悬浮燃烧所需的足够氧气。 增装二次风系统时，首先要计算好合适 的风压和风量，如果再选用变频调速风机，就 会更加适应燃烧需求。要使二次风进风口布 置在炉墙的不同位置，在以不同的角度向炉 内供风的同时扰动气流，保证燃烧区域有合 适的温度水平，延长可燃物与高温烟气在炉 内的停留时间。伸入炉墙，靠近炉膛内壁的送 风管，选择陶瓷、铸铁材质的为好，耐热、耐 磨，不易损坏。 2．2层状燃烧改为层状燃烧 +悬浮燃烧 适应生物质颗粒燃料燃烧特性的燃烧设 备，燃烧效率比较高的大型锅炉的首选燃烧 设备应该是循环流化床，中小型工业锅炉则 首推抛煤机倒转炉排。因为它具有层燃 +悬 — — 44—— 浮燃的综合特点。首先由炉前若干个燃料进 口角度可调及推煤行程可调的机械风力抛煤 机，将颗粒燃料抛人炉膛。大的颗粒落在炉排 的后部，小的颗粒落在炉排的前部 ，炉排由炉 后向炉前部行进，在一次风的配合下燃烧，燃 烬的灰渣落入前部渣斗。较小的颗粒及粉状 燃料则在抛入炉膛内时就在空中迅速地呈悬 浮状燃烧，并由二次风供给足够的氧气。 供助于前墙二次风的托送，后墙二次风 的交叉扰动下，这种燃烧方式强化了燃烧，保 证了生物质颗粒燃料的及时着火和充分燃 烬，在合适的过量空气系数时，气体和固定未 完全燃烧损失比燃煤大大减少，锅炉热效率 明显提高。瑞典 Boras建造的两台出力 9o蒸 吨／时的锅炉就是采用的抛煤机倒转炉排 ，平 时烧小木块，也可以烧煤。 小容量的链条炉排锅炉，往复炉排锅炉， 也可以采用增加风力进料装置的办法。即在 锅炉前部炉排上方布置若干个进口角度可调 的进料口，分别向炉内均匀进料。同时通过布 置在进料口下方的二次风将燃料送人炉膛前 部，并在一次风的配合下，在炉膛内进行悬浮 燃烧。在悬浮燃烧的过程中，较大的颗粒燃料 落到炉排上，并随着炉排的推动或行进进行 层状燃烧，逐渐燃烬而落入灰渣斗。这种方式 由于比抛煤机抛煤悬浮燃烧的燃料份额少， 只需在炉膛前部布置二次风，后墙二次风不 需布置或少量布置。这种方式也是适合生物 质颗粒燃料强化燃烧的一种方式。 2．3增加燃烧室及燃烧设备 由于燃煤锅炉燃烧室结构尺寸形状，都 是按照设计煤种设计确定的，所以要想完全 改造成与烧生物质颗粒燃料相匹配，几乎是 不可能的，总是要有些缺欠和不足，而且工程 量也很大。如果锅炉旁有足够的空间位置，经 过经济分析比较可行的话，也可以给锅炉增 加一个新的燃烧室，主要任务是发生可燃气 体并初步燃烧 ，原有的燃烧室(炉膛)做为燃 烬室。这样新的燃烧室就完全可以按照生物 质颗粒燃料设计，尽可能达到高效燃烧。据国 外资料介绍，这种改造方式对于小型锅炉来 说，成功率很高，成功的例子也很多。如果炉 膛容积足够大，则将固定炉排改为移动炉排 则是方便的选择。选择小型炉排时，应优先选 用倾斜式往复炉排，这种炉排结构更适合于 生物质颗粒燃料燃烧，尤其是不易结渣。它依 靠由高至低的炉排结构 自身下移力，再加上 活动炉排片的往复移动，使燃料松动，通风加 强，不易结渣。 2．4控制燃料结渣的措施 (1)控制炉膛过量空气系数ot=1．5时为好。 (2)控制炉膛温度不超过 900~C。避免超 负荷运行。 (3)可混烧一些灰熔点较高的燃料，例如 烧灰熔点低的玉米秸杆颗粒时可掺烧一些木 屑颗粒燃料，甚至可以掺烧一些煤粉。 (4)燃料层厚度应均匀，在 lO0~200mm 之间为宜。 (5)如果有条件改为流化床 ，则由于流化 床的燃烧温度相对较低(大约 850~C)，则生物 质颗粒燃料就不存在灰渣熔化和结渣问题。 3．燃用生物质颗粒燃料锅炉热损失的分 析与对策 3．1固体不完全燃烧热损失 由文献 [5]可知，固体不完全燃烧热损 失，随着炉膛过量空气系数 仅的增大逐渐减 小，当达到一定值后，随着 Ot的增大，固体不完 全燃烧热损失又随着增大。这是同为当0【适 中时，燃烧充分，固体不完全燃烧热损失最小， 当Ot过大时炉膛中空气过剩，使炉温下降，碳 和氧不能有效反应，造成固体未完全燃烧损失 增大，并使排烟热损失增加。应控制 Ot在 1．5 左右为宜，此时的固体不完全燃烧热损失在 3％左右，远远小于燃煤的固体不完全燃烧热 损失，这是由生物质颗粒燃料特性所决定的。 3．2气体不完全燃烧热损失 气体不完全燃烧热损失随过量空气系数 呈相应变化规律。即气体不完全燃烧热损 垦 堡垫 ：鱼塑 失随着 由小到大，逐渐减少，当减少到一定 值时，随着 的增大又开始增大。这是因为当 0【过小时，炉膛中空气量不足，燃料燃烧时易 形成较多的 CO、H：、CH4等中间产物，从而使 气体不完全燃烧热损失增加；当 0【等于一定 值时，供需匹配，燃烧充分，中间产物减少，从 而使气体不完全燃烧热损失达到最小值；当 继续增大时，供风量过多 ，炉温降低，减弱 了反应进行 ，形成较多 CO、H：、CH 等中间产 物，使气体不完全燃烧热损失增大。但是生物 质成型颗粒燃料的特性决定了它的气体不完 全燃烧热损失，远远小于煤的气体不完全燃 烧热损失。当ot=1．5左右时，只有 1％左右。 3．3散热损失 散热损失主要取决于锅炉散热表面积的 大小及表面温度，当表面积一定后，只与表面 温度有关，而表面温度的高低则取决于炉内 燃烧的工况。当燃烧工况不正常时，炉膛温度 降低，炉墙表面温度降低 ，散热损失减小；炉 膛温度过高时，炉墙表面温度增高，散热损失 增大。所以要在保证炉内燃烧工况正常的前 提下，来确定散热损失是否在允许的范围内。 正常情况下生物质颗粒燃料燃烧时炉膛温度 在 900~C左右，比燃煤锅炉的炉膛温度要低 150~C左右。所以燃生物质颗粒燃料的锅炉散 热损失要比燃煤锅炉的少。 3．4排烟热损失 排烟热损失主要取决于排烟量的多少与 排烟温度的高低。当空气过量系数适当、燃烧 工况正常的情况下，燃生物质颗粒燃料的锅 炉排烟热损失要小于燃煤锅炉，这是因为炉 膛温度较低，排烟温度相应降低，加之生物质 颗粒燃料中含硫量只是煤的 1／10左右，尾部 低温酸腐蚀的可能性小，可以适当增加尾部 受热面积，降低了锅炉排烟温度，从而使排烟 热损失降低。 由本节分析可以得出这样的结论，燃生 物质颗粒燃料的锅炉当炉膛过量空气系数合 适(大约在 1．5时)燃烧工况 (下转第62页) — — 45 —． 垦垫堡垫 ：鱼塑 本也大于离子交换工艺。但在药剂消耗成本 上低于后者。但两种工艺的运行经济性有一 定的水质限定范围。 为弘扬 RO膜法处理工艺在除盐上的高 效、大容量优越性能，并解决其高水耗 、电耗 及产水水质受原水水质波动影响的缺点，已 采取了诸如浓水综合利用，高压泵的变频拖 动，以混床替代EDI装置等有效措施，极大地 推动了膜法水处理工艺的应用范围。目前国 内已有许多热电企业采用了RO+混床的工艺 和浓水综合利用技术，从综合效能上择优搭 配膜分离技术和离子交换技术，有效地减少 了废酸碱的排放，降低了水耗、电耗 ，使水处 理工艺更趋合理，并向着高效、节能和清洁生 产方向迈进。 参考文献 [1]山西省电力工业局《电厂化学设备运行》中国电力 出版社 ，2Oo4 [2]冯逸仙、杨世纯《反渗透水处理工程》中国电力出 版社，2o00 [3]时钧、汪家鼎《化学工程手册》化学工业出版社 ， 】996 (上接第45页)稳定，要比燃煤锅炉的热损失 小 10％左右，这主要是由燃料特性决定的。 4．改造后的锅炉出力变化 依照锅炉设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，当锅炉的额定出力 和传热介质的进出口参数确定后，要确定燃 料品种及相关特性参数，然后先进行炉膛设 计。炉膛形状大小要通过炉膛体积热负荷，过 量空气系数等参数计算确定。其次是燃烧设 备的设计。炉排种类、炉排面积的设计 ，依据 炉排面积热负荷和单位有效燃料体积热负荷 的大小而计算确定。而锅炉受热面的设计则 要依据传热系数、排烟处的过量空气系数和 排烟温度的大小。另外尚要确定锅炉热效率 的大小，从而决定锅炉的设计水平。当燃料发 生变化后，现有的锅炉即使改造的措施再完 善，与按新燃料重新设计的锅炉也要有一定 的差别，这是客观现实。虽然生物质颗粒燃料 从燃烧特性上比较接近煤，燃烧效率较高但 发热量较低，与低质煤的发热量相近，若想达 到原设计出力，就必须加大燃料的投入和燃 烧。但是应该认识到改造后的锅炉燃烧设备 虽然采取了多种措施，但是也不可能与生物 质颗粒燃料燃烧完全匹配。由于燃烧强度降 低，传热温差减小等因素，可能要造成锅炉出 力的减小(有待实验确定)。如果增大燃烧设 备的负荷而强制燃烧，就会造成锅炉热损失 的增加，使锅炉热效率下降。为此在锅炉进行 一 62一 改造前，就一定要充分认识到这一点，采取必 要的措施加以应对。 5．结论和建议 燃煤锅炉改烧生物质颗粒燃料是可行 的。采取必要的改造措施后，原锅炉可以做到 对燃煤和燃生物质颗粒均适应。锅炉燃生物 质颗粒后热效率可提高 l0％左右。大大减少 了粉尘 ，SO：和 NO 的排放，节能减排 ，利国 利民。如果一旦生物质颗粒燃料出现短缺，可 以马上更换烧煤 ，只需调整操作方式，而不必 对设备进行改动(包括输煤和除渣系统)。唯 一 需要注意的是锅炉出力有可能降低，有待 实验确定 。 参考文献 [1]维鲁·瓦雷斯主编 王革华 原绲译 生物质燃料用 户手册[M]北京化学工业出版社，2007 [2]王淮东 生物质成型燃料炉灶结渣特性及影响因 素试验研究[J]河南农业大学学报 2008(02) [3]姚向君 王革华 田宜水 国外生物质能的政策与 实践[M]北京化学工业出版社 20o7 [4]刘圣勇 陈开碇 张百良 国内外生物质成型燃料 及燃烧设备研究与开发现状 [J]可再生能源 2002(04) [5]袁超 秸杆成型燃料锅炉的热损失试验及分析 [J]河南农业大学学报 2005(03) [6]王惺 李定凯 生物质压缩颗粒 的燃烧特性[J] 燃烧科学与技术 2007(01)