生物質(zhì)鍋爐的設(shè)計(jì)與開發(fā)

固廢網(wǎng)訊:通過對(duì)生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)理以及燃煤鍋爐燃生物質(zhì)顆粒存在問題的技術(shù)分析，在原燃煤鏈條工業(yè)鍋爐基礎(chǔ)上，對(duì)鍋爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)改造，滿足安全與節(jié)能的需要。

生物質(zhì)能作為煤、石油、天然氣以外的第四大能源，是一種既環(huán)保又可再生循環(huán)利用的潔凈能源。生物質(zhì)是一種潔凈的低碳燃料，其含硫和含氮量均較低，同時(shí)灰分含量份額也較小，所以燃燒后SO2、NOx和灰塵排放量比化石燃料都要小的多。由于生物質(zhì)的燃燒特性與燃煤相似，因此大部分生物質(zhì)鍋爐結(jié)構(gòu)都與燃煤鍋爐類似，層燃鏈條爐排依然是最主要的生物質(zhì)燃燒裝置。

1、生物質(zhì)成型燃料及生物質(zhì)顆粒的固化

生物質(zhì)燃料中較為經(jīng)濟(jì)的是生物質(zhì)成型燃料，生物質(zhì)成型顆粒就是利用秸稈、薪柴、植物果殼等農(nóng)林廢棄物，經(jīng)粉碎—混合—擠壓—烘干等工藝壓制而成，可以制成粒狀、棒狀、塊狀等各種形狀。原料經(jīng)擠壓成型后，密度為0.8-1.4t/m3,能量密度與中質(zhì)煤相當(dāng)，燃燒特性顯著改善、火力持久黑煙小，爐膛溫度高，而且便于運(yùn)輸與儲(chǔ)存。

用于生物質(zhì)成型的方式主要有螺旋擠壓式、活塞沖壓式、環(huán)模滾壓式等幾種。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的生物質(zhì)成型機(jī)一般為螺旋擠壓式，生產(chǎn)能力多為0.2-0.4t/h，電機(jī)功率7.5kw-18kw，電加熱功率2-4kw，生產(chǎn)的成型燃料為棒狀，直徑為50-70mm，單位電耗70-100kw/h。曲柄活塞沖壓機(jī)通常不加熱，成型密度偏低，容易松散。

2、生物質(zhì)工業(yè)鍋爐

從燃燒機(jī)理分析，生物質(zhì)固體燃料與煤的燃燒機(jī)理十分相似，但生物質(zhì)的揮發(fā)分由于析出溫度低而易著火。實(shí)踐表明，直接采用燃煤鍋爐改燒生物質(zhì)效果不好，會(huì)產(chǎn)生爐前熱量聚集且不穩(wěn)定、爐前料斗易著火、鍋爐停爐和啟動(dòng)時(shí)冒黑煙、熱效率低等問題。

生物質(zhì)燃料的燃燒特性

國(guó)內(nèi)直燃式生物質(zhì)工業(yè)鍋爐常見的燃燒方式主要有層燃式（包括固定式爐排、下伺式燃燒、鏈條爐排、往復(fù)爐排燃燒等）、室燃式（粉體燃燒）、懸浮式（流化床燃燒）。

（1）層燃式

采用分段供料的往復(fù)爐排，可以讓燃燒區(qū)段的推料速度不同，利用這一特性提高前段爐排的行進(jìn)速度，解決生物質(zhì)易燃燒、燃燒過快的問題。將爐排后部速度降低，有助于燃料中固定碳的充分燃燒。在熱功率較大的生物質(zhì)層燃鍋爐中，采用分段供料的往復(fù)爐排比較常見。

鏈條爐排必須根據(jù)生物質(zhì)種類確定爐排速度和料層厚度，合理布置前后拱、爐墻、爐膛容積及配風(fēng)，并設(shè)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

目前市面上出現(xiàn)一種生物質(zhì)半氣化自動(dòng)控制燃燒機(jī)，它是以生物質(zhì)顆粒為燃料的高溫裂解出的氣體為燃料，內(nèi)膽采用鋯硅結(jié)晶，高壓澆筑后經(jīng)高溫爐燒制而成，需要在1000度高溫下燒制三天，無疏松氣孔。

（3）懸浮式（流化床燃燒）

流化床燃燒對(duì)燃料的適應(yīng)性比較廣，生物質(zhì)無須固化就可以在流化床上充分燃燒，并且應(yīng)用于鍋爐容量較大且燃料品種較雜的工業(yè)鍋爐，目前國(guó)內(nèi)流化床鍋爐最小容量為7MW。

3、生物質(zhì)層燃鍋爐獨(dú)特結(jié)構(gòu)

3.1鍋爐本體

由于水管鍋爐對(duì)流管束易積灰且不易清理，生物質(zhì)灰粒比較疏松，比煤灰更易粘附在對(duì)流管束上，停爐清理時(shí)間長(zhǎng)。相比之水火管鍋爐易清理不易積灰，國(guó)外生物質(zhì)鍋爐主要是水火管鍋爐。國(guó)內(nèi)的煙管水火管鍋爐減少煙管數(shù)量從而降低鋼耗，已成為最適宜燃燒生物質(zhì)的爐型。

3.2爐前煤斗

層燃鍋爐一般通過爐前料斗對(duì)爐膛供料，由于生物質(zhì)燃料非常易燃，為防止燃燒提前著火或在爐前料斗內(nèi)燃燒和蔓延，生物質(zhì)鍋爐爐前料斗應(yīng)設(shè)置較完善的燃料隔斷和密封設(shè)施，生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐采用關(guān)風(fēng)機(jī)式鎖料裝置或滾動(dòng)式撥料裝置進(jìn)行燃料的隔斷。

3.3鍋爐熱效率

目前生物質(zhì)層燃鍋爐效率往往較低，主要原因是生物質(zhì)揮發(fā)分含量高且含碳量少，造成爐排局部燃燒劇烈，大部分爐床只有少量的固定碳在燃燒，所以生物質(zhì)爐膛爐排配風(fēng)比較困難。為了充分燃燒，空氣過量系數(shù)普遍較高，這導(dǎo)致鍋爐排煙熱損失增加。加上受熱面積灰嚴(yán)重，傳熱惡化。所以在設(shè)計(jì)生物質(zhì)鍋爐時(shí)要充分考慮這兩點(diǎn)，優(yōu)化空氣供給，盡可能的延長(zhǎng)煙氣在爐膛內(nèi)的時(shí)間，定時(shí)清灰。

3.4爐膛容積、爐排面積

與燃煤鍋爐相比，生物質(zhì)鍋爐爐膛容積需要增加好多，以適應(yīng)生物質(zhì)燃料高揮發(fā)份的特點(diǎn)，降低爐膛溫度，防止?fàn)t內(nèi)結(jié)焦掛渣，減少NOx的產(chǎn)生。

由于生物質(zhì)揮發(fā)份含碳量較低，固定碳較小，所以需要適當(dāng)縮短爐排面積。

3.5爐墻、配風(fēng)

生物質(zhì)燃燒一般可以分成三個(gè)區(qū)域—?dú)饣瘏^(qū)、燃燒區(qū)和燃盡區(qū)，可以通過爐墻將爐膛劃分出三部分，分別為燃料干燥和揮發(fā)分析出、揮發(fā)分燃盡、固定碳燃燒及燃盡。前拱可以高而短，后拱直段可以縮短，可以通過中間隔墻延長(zhǎng)煙氣在爐膛內(nèi)的燃燒時(shí)間，保證煙氣的充分燃燒。未燃盡的固定碳在爐排后軸繼續(xù)燃燒，會(huì)增加后軸的溫度，用后風(fēng)室的風(fēng)對(duì)后軸進(jìn)行冷卻。

3.6爐排速度

由于生物質(zhì)顆粒堆積密度低，為保證熱量供應(yīng)，需要加大料床厚度和提高爐排移動(dòng)速度。但過高的移動(dòng)速度會(huì)導(dǎo)致固定碳燃燒不充分。這樣，固化成顆粒成為很好的選擇。

3.7鍋爐除渣、除塵

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(duì)較大，顆粒細(xì)，離心式除塵器很難除盡，要加布袋除塵器。考慮到尾部煙氣的溫度高，可以布置雙除塵（加多管除塵器和布袋式除塵器）。

4、直燃式生物質(zhì)層燃鍋爐實(shí)例

一臺(tái)DZL4-1.25-T燃生物質(zhì)蒸汽鍋爐的熱力計(jì)算和能效測(cè)試結(jié)果顯示，根據(jù)生物質(zhì)燃料特性以及生物質(zhì)層燃鍋爐特殊進(jìn)行設(shè)計(jì)的燃生物質(zhì)顆粒燃料蒸汽鍋爐，已經(jīng)可以滿足正常使用的要求。

5、結(jié)論

通過對(duì)燃煤鍋爐的改造和添加環(huán)保設(shè)備，基本上可以滿足用戶對(duì)鍋爐出力、環(huán)保的要求，但這并不是生物質(zhì)顆粒最佳的燃燒方式，同時(shí)生物質(zhì)原材料收集、運(yùn)輸、加工的產(chǎn)業(yè)化程度還不高，我國(guó)的生物質(zhì)利用還有很長(zhǎng)的路要走。