生物質(zhì)顆粒燃料及直燃式生物質(zhì)鍋爐

工業(yè)鍋爐2013年第6期(總第142期)文章編號:10048774(2013)06003405生物質(zhì)顆粒燃料及直燃式生物質(zhì)鍋爐徐永前(蘇州市特創(chuàng )鍋爐壓力容器服務(wù)所,江蘇蘇州215128)Biomass grain Fuel and Biomass-fired boilerXU YSuzhou Techuang Boiler and Pressure Vessel Service Firm, Suzhou 215128, China)作者簡(jiǎn)介:徐永前摘要:根據生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒特性設計制造直燃式生物質(zhì)工業(yè)鍋爐,對直燃式生物畢業(yè)于蘇州大學(xué),大質(zhì)工業(yè)鍋爐的常見(jiàn)燃燒方式生物質(zhì)層燃鍋爐的一些獨特結構進(jìn)行分析探討有助于燃生物質(zhì)專(zhuān)學(xué)歷,工程師從顆粒鍋爐性能的完善和提高。事鍋爐技術(shù)工作。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)顆粒;鍋爐;直燃式中圖分類(lèi)號:TK2992文獻標識碼:B0概述小,爐膛溫度高,而且便于運輸和貯存。生物質(zhì)能作為煤、石油、天然氣以外的第四大能用于生物質(zhì)成型的方式主要有螺旋擠壓式、活源是一種既環(huán)保又可再生循環(huán)利用的潔凈能源,它塞沖壓式和環(huán)模滾壓式等幾種。目前,國內生產(chǎn)的將成為未來(lái)世界最為重要的能源之一。我國生物質(zhì)生物質(zhì)成型機一般為螺旋擠壓式生產(chǎn)能力多在能資源潛力折合7億噸標煤左右,而目前年實(shí)際使02-0.4th,電機功率75-18kW,電加熱功率2用量為22億噸標煤左右。因此我國的生物質(zhì)資4W,生產(chǎn)的成型燃料為棒狀,直徑50~70mm,源還有很大的開(kāi)發(fā)潛力。單位產(chǎn)品電耗70~100kWh/t。曲柄活塞沖壓機通生物質(zhì)是一種清潔的低碳燃料,其含硫和含氮常不用電加熱,成型物密度稍低,容易松散。量均較低,同時(shí)灰分份額也很小,所以燃燒后SO2、環(huán)模滾壓成型方式生產(chǎn)的成型燃料為顆粒狀,NO2和灰塵排放量比化石燃料要小得多生物質(zhì)對直徑6-12mm,長(cháng)度20~40mm,不用電加熱。物生態(tài)環(huán)境的最大貢獻還在于其具有CO2零排放的料水分可放寬至18%,單機產(chǎn)量可達2t/h,產(chǎn)品電耗約為60kW/t,原料粒徑要求小于1mm。該方式特點(diǎn)。生物質(zhì)成型固體燃料在工業(yè)鍋爐上的應用已經(jīng)主要用于大型木材加工區木屑加工或造紙廠(chǎng)秸稈碎相當普遍,近幾年,生物質(zhì)顆粒燃料的生產(chǎn)和直燃式屑的加工。生物質(zhì)工業(yè)鍋爐的開(kāi)發(fā)都有了很大發(fā)展,尤其在木工業(yè)鍋爐主要采用直徑為8~10mm、長(cháng)度為質(zhì)生物質(zhì)顆粒制造方面,在經(jīng)濟發(fā)達地區已經(jīng)形成~35mm以木質(zhì)為主的生物質(zhì)顆粒作為燃料,其了只要有資源就存在顆粒生產(chǎn)基地的格局。主要技術(shù)指標為:直徑6-12mm,長(cháng)度為直徑的24倍,堆積密度大于600kg/m3,破碎率小于1.5%1生物質(zhì)成型燃料及生物質(zhì)固化20%,干基含水量小于10%-15%,灰分含量小生物質(zhì)燃料中較為經(jīng)濟的是生物質(zhì)成型燃料,于1.5%,硫含量和氯含量均小于0.07%,氮含量小生物質(zhì)成型顆粒就是利用秸稈、薪材、植物果殼等農于0.5%,熱值大于16M/kg。小型固定爐排和半林廢棄作物,經(jīng)粉碎一混合一擠壓一烘干等工藝壓氣化生活鍋爐主要使用棒狀或塊狀的生物質(zhì)燃料。制而成,可以制成棒狀粒狀、塊狀等各種形狀。原生物質(zhì)顆粒的成型密度是生物質(zhì)顆粒的一個(gè)重料經(jīng)擠壓成型后密度為0.8-14m,能量密度要指標,它關(guān)中國煤化工質(zhì)量和自然堆與中質(zhì)煤相當燃燒特性明顯改善,火力持久黑煙積密度,目前CNMHG質(zhì)顆粒燃料的密度都在1.1-1.3,然而較高的成型密度會(huì )導致生收稿日期:201304-16物質(zhì)顆粒生產(chǎn)成本的增高。為了使顆粒達到一定的·探討園地·生物質(zhì)顆粒燃料及直燃式生物質(zhì)鍋爐密度,必須提高模具成型孔的壓縮比,而較高的壓縮斗易著(zhù)火、鍋爐停爐和啟動(dòng)時(shí)冒黑煙、熱效率低等問(wèn)比使得成型孔在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常被堵塞,出料緩慢題。使顆粒的產(chǎn)量下降,模具損壞幾率增加。對于工業(yè)生物質(zhì)燃料許多特有的燃燒特性,決定了直燃鍋爐使用的顆粒燃料,將顆粒密度確定在0.8~1.1式生物質(zhì)工業(yè)鍋爐的燃燒方式、供料方式及鍋爐的最為經(jīng)濟。特有結構,表1列出了生物質(zhì)固體燃料與煤的成分2直燃式生物質(zhì)工業(yè)鍋爐比較。從表1可見(jiàn),生物質(zhì)固體燃料的含碳量遠小從燃燒機理分析,生物質(zhì)固體燃料與煤的燃燒于煤揮發(fā)分遠高于煤,二者的化學(xué)成分含量、密度機理十分相似但生物質(zhì)的揮發(fā)分由于析出溫度低(尤其是自然堆積密度)都有著(zhù)較大的不同。因此而易著(zhù)火。實(shí)踐表明,直接釆用燃煤鍋爐改燒生物生物質(zhì)的燃燒方式、供料方式、鍋爐結構等必須有別質(zhì)效果不好,會(huì )產(chǎn)生爐前熱量聚集且不穩定爐前料于燃煤鍋爐。表1生物質(zhì)固體燃料與煤的成分比較燃料碳C/%。氫%氧0/%硫S%?；曳?揮發(fā)分V%。密度p/(t·m3)生物質(zhì)固體燃料8~505~630~440.1~0.24~140.47~0.64煤炭55-903-53-200.4~0.65~250.8~1.02.1生物質(zhì)燃料的燃燒特性些氣體一旦未燃盡就與水冷面接觸,會(huì )導致鍋爐冒生物質(zhì)燃料含碳量較低,因此熱值較低,燃燒時(shí)黑煙情況岀現,因此,布置合理的二次風(fēng)對煙氣進(jìn)行間較短。擾動(dòng)助燃可以很好地解決燃燒冒黑煙的問(wèn)題。生物質(zhì)燃料揮發(fā)分較高,且生物質(zhì)燃料中碳多下飼式燃燒適合于顆粒狀生物質(zhì)燃料,下飼式與氫結合成低分子量的碳氫化合物,遇熱即析出,所燃燒需要解決好灰渣的排除和停爐燃料自燃冒煙的以生物質(zhì)燃料易著(zhù)火,需要釆取攔火措施以防止爐問(wèn)題。由于下飼式燃燒時(shí)燃料自下而上供給,灰渣前料斗內著(zhù)火。燃料預燃段揮發(fā)分析出量較大,此在燃燒層表面,如果不能及時(shí)排除,因生物質(zhì)的灰熔處必須配給足夠的空氣方能保證充分燃燒,否則就點(diǎn)較低,一定會(huì )出現結焦情況,結焦將導致?tīng)t床局部會(huì )產(chǎn)生黑煙。通風(fēng)不暢,使得燃燒無(wú)法正常進(jìn)行。生物質(zhì)燃料含氧量較高,燃燒時(shí)可適當減少供生物質(zhì)易自燃,鍋爐停爐時(shí),燃燒將在缺氧狀態(tài)風(fēng)量。下繼續進(jìn)行并產(chǎn)生黑煙,因此,下飼式燃燒必須具備生物質(zhì)灰分較低,且密度小易被吹起,但生物質(zhì)停爐攔火功能,以防止停爐時(shí)鍋爐冒黑煙?；胰埸c(diǎn)較低,爐膛內易結焦、掛渣。鏈條爐排燃燒與往復爐排燃燒形式相似,只是未經(jīng)固化的生物質(zhì)燃料自然堆積密度很小,一爐排不同而已。理論上講往復爐排在供給燃料推動(dòng)般在100~300kg/m3,因此燃料供給必須考慮足夠的同時(shí),還能使火床上的燃料受到撥動(dòng),對碳的燃盡的供料速度、供料體積及燃燒室容積。十分有利。這個(gè)觀(guān)點(diǎn)在燃料為生物質(zhì)顆粒情況下可2.2直燃式生物質(zhì)工業(yè)鍋爐燃燒方式以成立,但對于沒(méi)有進(jìn)行固化的生物質(zhì)燃料,由于自國內直燃式生物質(zhì)工業(yè)鍋爐常見(jiàn)的燃燒方式有然堆積密度較小,爐床上料層厚度很厚,爐排面沒(méi)有層燃式(包括固定爐排燃燒、下飼式燃燒、鏈條爐排足夠的傾斜度,往復爐排無(wú)法正常將料層向前推移,燃燒、往復爐排燃燒等)、室燃式(粉體燃燒)、懸浮且高溫區爐排易燒壞;而鏈條爐排燃燒相對比較穩式(流化床燃燒)。對于顆粒燃料,主要燃燒方式為定,爐排在返程可以得到冷卻,因此目前鏈條爐排是層燃式。生物質(zhì)工業(yè)鍋爐最常見(jiàn)的燃燒設備。(1)層燃式采用分段供料的往復爐排,可以讓各燃燒區域在層燃爐中,熱功率≤0.7MW的鍋爐常采用推料速度不同,利用這個(gè)特性提高爐排前段運行速固定爐排和下飼式燃燒,熱功率>0.7MW的鍋爐度,保證生物質(zhì)燃料快速進(jìn)入爐膛,解決了生物質(zhì)易較多采用鏈條爐排或往復爐排燃燒。燃著(zhù)火燃燒過(guò)快的回題,將爐排后部速度降低,有固定爐排燃燒主要解決燃料的自動(dòng)連續供給且利于燃料中國煤化工功率較大的生保證燃料在爐排上的均勻分布,因此配置合理的供物質(zhì)層燃鋪CNMHG復爐排比較常料方式尤為重要。固定爐排四周一般為水冷受熱見(jiàn)面,生物質(zhì)燃燒著(zhù)火溫度較低,且析出氣體較多,這鏈條爐排、往復爐排鍋爐燃燒生物質(zhì)燃料必須工業(yè)鍋爐2013年第6期(總第142期)根據生物質(zhì)種類(lèi)確定爐排速度和料層厚度,合理布置進(jìn)行燃料的隔斷如圖1所示。置前后拱、爐墻、爐膛容積及配風(fēng),并設置合理的啟、停爐順序,方能保證生物質(zhì)燃燒正常進(jìn)行。(2)室燃式(粉體燃燒)鎖料葉輪撥料滾筒粉體燃燒爐是專(zhuān)為燃燒家具、地板等企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量粉體廢料設計的,粉體燃燒爐采用類(lèi)似煤粉爐的燃燒技術(shù),將粉體與空氣混合后噴入爐膛,粉體在爐膛內懸浮燃燒。圖1燃料隔斷裝置粉體隨空氣一同噴入爐膛,在爐膛內滯留時(shí)間(3)鍋爐熱效率較短,很可能未充分燃燒就進(jìn)入水冷受熱面,導致部目前的生物質(zhì)層燃鍋爐熱效率往往較低,主要分未燃盡的顆粒得不到完全燃燒受熱面上產(chǎn)生大原因是生物質(zhì)易燃且固定碳很少的特征造成爐床量積灰。因此粉體燃燒爐如何延長(cháng)粉體在爐膛內燃局部燃燒激烈,大部分爐床只有少量固定碳在燃燒,燒時(shí)間是該爐型主要解決的問(wèn)題,同時(shí)由于粉體易因此生物質(zhì)爐床的配風(fēng)處理比較困難。為了保證充燃易爆,燃燒安全也是主要考慮的因素。分燃燒,生物質(zhì)鍋爐的過(guò)量空氣系數普遍較高,造成(3)懸浮式(流化床燃燒)鍋爐的排煙損失大為上升。此外,生物質(zhì)鍋爐較易流化床燃燒對燃料的適應性較廣,生物質(zhì)燃料積灰使得鍋爐傳熱效果下降,這些都造成了生物質(zhì)無(wú)需固化就能在流化床上充分燃燒,一般應用于鍋鍋爐熱效率下降。因此合理配置一次風(fēng)和二次風(fēng),爐容量較大且燃料品種較雜的工業(yè)鍋爐,目前國內控制好風(fēng)量風(fēng)壓和進(jìn)風(fēng)位置,是提高生物質(zhì)鍋爐熱流化床鍋爐最小容量為7MW。效率的有效措施。此外,通過(guò)爐墻的合理布置,延長(cháng)2.3直燃式生物質(zhì)層燃鍋爐獨特結構煙氣在爐膛的滯留時(shí)間保證揮發(fā)分得到充分燃盡。由于生物質(zhì)的燃燒特性與燃煤比較相似,因此布置合理的布置合理的清灰裝置,及時(shí)清理?yè)Q熱面的積灰,都可大部分生物質(zhì)鍋爐結構都與燃煤鍋爐類(lèi)似,層燃鍋以大大提高鍋爐的熱效率。爐依然是生物質(zhì)工業(yè)鍋爐的最基本爐型。根據生物(4)爐膛容積爐排面積質(zhì)特性設計的生物質(zhì)層燃鍋爐具有一些獨特的結與燃煤鍋爐相比,生物質(zhì)鍋爐爐膛容積需要增加很多,以適應生物質(zhì)燃料高揮發(fā)分的特征,降低爐構。鍋爐本體膛溫度,防止爐內結焦掛渣減少NO,的產(chǎn)生。與燃煤鍋爐相同,生物質(zhì)層燃鍋爐本體主要有由于生物質(zhì)固定碳含量較低、易燃盡,生物質(zhì)鍋水管水火管兩種結構,一般情況下2.8MW以下的爐爐排面積可適量減小。鍋爐大多采用水火管結構4.2MW及以上的鍋爐(5)爐墻、配風(fēng)主要采用水管結構。但實(shí)際應用情況表明,由于水生物質(zhì)燃燒一般可以分為三個(gè)區域—氣化管鍋爐對流管束易積灰且不易清理,生物質(zhì)燃料的區、燃燒區和燃盡區,可以通過(guò)爐墻將爐膛劃分出這粉塵比較疏松,附著(zhù)力比煤灰要強許多,所以常常因3個(gè)部分,分別為燃料干燥和揮發(fā)分析出、揮發(fā)分燃清灰而造成停爐,且停爐時(shí)間較長(cháng)。相比之下,水火盡、固定碳燃燒及固定碳燃盡的區域。一般來(lái)說(shuō),生管鍋爐的煙管束不易積灰易清理,因此國外的生物物質(zhì)燃料易著(zhù)火,所以爐膛的絕熱度相對可以低些,質(zhì)鍋爐主要采用水火管爐型。國內新型的單回程煙前拱可以高且短后拱覆蓋面也可以減少很多但合管水火管鍋爐,在減少煙管數量降低鍋爐耗鋼量的理布置中隔墻可以延長(cháng)煙氣在爐膛內的燃燒時(shí)間,同時(shí)保留了水火管鍋爐的特征,是一種比較適合燃保證煙氣的充分燃盡。合理配風(fēng)是燒好生物質(zhì)的基本條件,由于揮發(fā)用生物質(zhì)燃料的爐型。(2)爐前料斗分高且析出迅速,通過(guò)二次風(fēng)進(jìn)行爐膛煙氣擾動(dòng)是層燃鍋爐一般通過(guò)爐前料斗對爐膛供料,由于使揮發(fā)分完全燃燒的有力措施。常見(jiàn)生物質(zhì)燃料的生物質(zhì)燃料非常易燃,為了防止燃料提前著(zhù)火或在理論空氣量中國煤化工氣系數控制在爐前料斗內燃燒和蔓延,生物質(zhì)鍋爐爐前料斗內應1.4左右為CNMHG5%~30%,二當設置較完善的燃料隔斷和密封設施,生物質(zhì)顆粒次風(fēng)應當布置在燃料氣化區的出口或上部。燃料鍋爐常采用關(guān)風(fēng)機式鎖料裝置或滾動(dòng)式撥料裝(6)爐排速度探討園地生物質(zhì)顆粒燃料及直燃式生物質(zhì)鍋爐爐排速度是燃料供應量的保證。一般生物質(zhì)燃出了幾種常見(jiàn)生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)的料層厚度和爐排料的自然堆積密度都很小,為了滿(mǎn)足鍋爐出力的需速度要,必須具有足夠快的爐排速度作為支撐。表2列表2常見(jiàn)生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)的料層厚度和爐排速度低位熱值自然堆積密度料層厚度爐排最快速度燃料名稱(chēng)/(kJ·kg-)/(m·h)Ⅱ類(lèi)煙煤18850750~100080~90稻殼1316廢木片<300鋸末18500240120~150切碎農作物秸稈15000180~200木質(zhì)顆粒18500>6004.8秸稈顆粒15000>6005.2從表2可見(jiàn),由于生物質(zhì)自然堆積密度過(guò)小及2.4直燃式生物質(zhì)層燃鍋爐實(shí)例熱值偏低,需要提高料層厚度和爐排速度方能滿(mǎn)足表3、表4分別列出了一臺DZL4-1.25—T燃燃燒量的需求,但過(guò)高的爐排速度會(huì )直接影響生物生物質(zhì)顆粒燃料蒸汽鍋爐(見(jiàn)圖2)的熱力計算匯總質(zhì)中固定碳的完全燃燒,這也是造成生物質(zhì)鍋爐熱和能效測試結果匯總。由測試數據可以看出,根據效率低的一個(gè)原因。將生物質(zhì)固化成成型顆?？梢陨镔|(zhì)燃料特性以及生物質(zhì)層燃鍋爐特殊結構進(jìn)行很好地解決這一問(wèn)題。設計的燃生物質(zhì)顆粒燃料蒸汽鍋爐,已經(jīng)可以滿(mǎn)足(7)鍋爐除渣、除塵正常使用的要求。生物質(zhì)燃料鍋爐的煙塵中硫氧化物、氮氧化物的含量較低,但粉塵含量相對較大,且粉塵密度、粒徑都很小,離心式除塵裝置效率較低,比較有效的方法是采用布袋除塵器,為了防止大顆?；鹦沁M(jìn)入布袋,可以離心除塵和布袋除塵聯(lián)合使用。一般來(lái)說(shuō)鍋爐除塵可根據當地環(huán)保要求配置水膜除塵器或布袋除塵器,在環(huán)保要求高的地區可配置布袋除塵裝置由于木質(zhì)生物質(zhì)燃料的灰分含量很低(2%左右),因此鍋爐排渣系統可采用水力沖刷、氣力吹掃1—鏈條爐排2—鎖料葉輪3一料斗或人工清理,一般狀況下,容量10th以下的鍋爐4一二次風(fēng)室5—前拱6—鍋筒可采用人工清理,每班清理1~2次。圖2DZL4-1.25—T燃生物質(zhì)蒸汽鍋爐表3DL4-1.25—T燃生物質(zhì)蒸汽鍋爐熱力計算匯總名稱(chēng)單位爐膛燃盡室鍋爐管束I鍋爐管束Ⅱ省煤器入口煙氣溫度1532.171057.472778.472395.69283.427出口煙氣溫度1057.472778.472395.69283,427164.199受熱面積14.6343.042吸熱量keal kg1310.989732.665920.418煙速6.1237.76712.814傳熱系數kcal/(m2h·℃)31.612工質(zhì)入口溫度℃℃℃193.4661993.4661993.466193.466工質(zhì)出口溫度193.466193.466溫壓Mu中國煤化工67.242177.969CNMHG工業(yè)鍋爐13年第6期(總第142期)表4DZL4-1.25-T燃生物質(zhì)蒸汽鍋爐的能效測試試驗結果匯總鍋爐出力/正平衡效率反平衡效率平均效率排煙溫度排煙處過(guò)量爐渣可燃物測試次數空氣系數含量Cu/%14018.2578.8278.82165.624024.13鍋爐平均出力4030.19kg/h鍋爐效率794893結論大都是由燃煤鍋爐改型而來(lái),實(shí)踐證明,保留燃煤特生物質(zhì)燃料在環(huán)保、經(jīng)濟性等方面有許多優(yōu)點(diǎn),征的鍋爐要燒好生物質(zhì)是有難度的,但是可以相信,生物質(zhì)工業(yè)鍋爐的應用也越來(lái)越普及。然而我國生生物質(zhì)燃料和生物質(zhì)工業(yè)鍋爐在不遠的將來(lái)一定會(huì )物質(zhì)燃料的利用起步較晚生物質(zhì)顆粒的生產(chǎn)、生物有一個(gè)更大的發(fā)展。質(zhì)工業(yè)鍋爐技術(shù)還不太成熟。目前市場(chǎng)常見(jiàn)的鍋爐(上接第26頁(yè))產(chǎn)工藝決定燒結機短時(shí)間停機頻繁,造成進(jìn)入余熱7500h計算,年發(fā)電量為282萬(wàn)kWh,年外供電鍋爐的廢氣的溫度和流量不穩定鍋爐產(chǎn)生蒸汽的2484萬(wàn)kWh,折合節約標煤0.868萬(wàn)ta,CO2減排溫度和壓力變化大,可能使汽輪機解列,采用高爐煤量2.31萬(wàn)t/a。電價(jià)按0.58元/kW計算,每年收益氣補燃或者采用多機一爐的方式,穩定廢氣溫度和1440萬(wàn)元,具有顯著(zhù)的經(jīng)濟和社會(huì )效益。余熱發(fā)電系統是個(gè)行之有效的措施。4總結參考文獻[1]冶金工業(yè)部長(cháng)沙黑色冶金礦山設計研究院燒結設計手燒結余熱發(fā)電技術(shù)符合國家能源政策、環(huán)保政冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005策,也符合國家可持續發(fā)展戰略在鋼鐵行業(yè)應得到[2]車(chē)德福劉艷華.煙氣熱能梯級利用[M].北京:化工工大力的推廣。由于冷卻廢氣溫度波動(dòng)較大和燒結生業(yè)出版社,2006≯≯》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》≯》》》≯≯≯》≯》》》》》》身》》》(上接第30頁(yè))方案1方案2方案3方案4圖8爐膛旋風(fēng)分離器橫截面固體顆粒磨損率分布首臺20t/h節能環(huán)保型CFB鍋爐用戶(hù)為青島擬中的應用和比較[J].熱能動(dòng)力工程,2003,18(4):337新源熱電有限公司,預計2014年鍋爐將投入運行屆時(shí)將分析報道旋風(fēng)分離器的實(shí)際運行效果。黑[4 Fluent Inc. 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