燃用稻殼循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)介紹

摘要　介紹了稻殼的基本燃燒特性和稻殼在循環(huán)流化床鍋爐中的燃燒特點(diǎn)，闡述了燃用稻殼的循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)方案。 　　1前沿 　　生物質(zhì)能是一種理想的可再生能源，它來(lái)源廣泛，從大量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)及森林廢棄物中產(chǎn)生。在目前世界能源的消耗中，生物質(zhì)能消耗占世界總能耗的14%，僅次于石油、煤炭和天然氣，位居第四位。而在發(fā)展中國(guó)家。生物質(zhì)能f主要是玉米、小麥、水稻的秸稈、稻殼、稻草、木質(zhì)類等1占較大的比重。達(dá)到50%以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)全球生物質(zhì)能占可再生能源資源35%。在可再生資源中位居首位。1996年我國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)量（主要是農(nóng)作物秸桿）7.05億，而當(dāng)年利用率不足30%，這說(shuō)明我國(guó)生物質(zhì)能的利用潛力還很大。 　　生物質(zhì)能發(fā)電是生物質(zhì)利用的一種重要方式之一。瑞典和丹麥的大城市都是利用生物質(zhì)，通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)的方式進(jìn)行區(qū)域集中供熱的。生物質(zhì)與化石燃料相比，具有可再生性和低污染性(SOx、NOx排放濃度);生物質(zhì)作為燃料時(shí)，在生長(zhǎng)周期內(nèi)，對(duì)大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，可有效地減輕溫室效應(yīng)。但生物質(zhì)鍋爐的燃料很不穩(wěn)定，且受地域的限制，因此完全燒生物質(zhì)的鍋爐不能保證鍋爐的長(zhǎng)期運(yùn)行，發(fā)展混燒鍋爐是生物質(zhì)鍋爐必然趨勢(shì)?；鞜仩t有很多種方式，在電廠中主要有燃煤鍋爐與生物質(zhì)鍋爐分別作為獨(dú)立的系統(tǒng)和燃煤與生物質(zhì)在同一臺(tái)鍋爐中混燒兩種方式。 　　循環(huán)流化床鍋爐燃料適應(yīng)性廣，可同時(shí)燃用多種燃料;環(huán)保特性優(yōu)越，排放滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);爐內(nèi)換熱均勻，熱回收效率高，運(yùn)行穩(wěn)定;灰渣利用性高?；谘h(huán)流化床鍋爐所具有的上述優(yōu)點(diǎn)，人們自然將目光轉(zhuǎn)向采用循環(huán)流化床技術(shù)來(lái)利用生物質(zhì)能源。稻殼是一種輕質(zhì)、多灰、灰熔點(diǎn)較高、中等熱值、天然粒度均一的燃料，適合采用循環(huán)流化床燃燒方式進(jìn)行熱能綜合利用。 　　2稻殼的基本燃燒特性 　　從稻殼的外觀來(lái)看，稻殼的表面有毛刺，極不光滑，稻殼之間容易搭橋，流動(dòng)性差，稻殼比較堅(jiān)硬。稻殼的著火燃燒溫度在300～400℃左右，揮發(fā)份含量高，揮發(fā)份析出和著火迅速，燃燒主要集中在揮發(fā)份的氣相燃燒，固定碳的燃盡性能上。稻殼的灰成份主要以二氧化硅為主，灰中的二氧化硅含量可以達(dá)到90%以上，所形成的灰粒較硬，因此，在稻殼輸送過(guò)程中以及燃燒后的灰輸送時(shí)，對(duì)管壁的磨損強(qiáng)烈，在爐膛內(nèi)和尾部煙道中的受熱面要著重考慮防磨問(wèn)題。在低溫狀態(tài)下，稻殼灰成白色，溫度高于800℃以上，稻殼灰成黑色，這是因?yàn)樵诓煌臏囟认?，稻殼灰的成分發(fā)生了變化。某地稻殼的基本物理特性參數(shù)見(jiàn)表1，某地稻殼元素分析見(jiàn)表2。從表中成份和物理特性可以看出，稻殼屬于輕質(zhì)、多灰和中等熱值、天然粒度均一的燃料，為了使其燃燼需要較長(zhǎng)時(shí)間，同時(shí)燃燒溫度應(yīng)控制在850℃左右。 　　3稻殼在循環(huán)流化床中的燃燒特性 　　對(duì)于稻殼的100%燃燒，由于其成灰特性限制,需要定期添加少量流化床料，通常選取沙子作為循環(huán)床料。稻殼進(jìn)入爐膛后，在循環(huán)物料和煙氣的作用下，稻殼在循環(huán)流化床中，表現(xiàn)出非常好地流化特性，首先稻殼會(huì)迅速向上移動(dòng)和翻滾，在這個(gè)過(guò)程中，稻殼完成揮發(fā)份的析出和快速燃燒，同時(shí)，固定碳開(kāi)始燃燒。因此，稻殼在爐膛中的燃燒主要集中在給料點(diǎn)的上部，大部分熱量在爐膛的中上部區(qū)域釋放，通過(guò)循環(huán)物料的作用，可以使?fàn)t膛的溫度分布趨于均勻，這樣，形成一個(gè)爐內(nèi)均勻分布的溫度環(huán)境，同時(shí)高溫旋風(fēng)分離器將未燃燼的稻殼和循環(huán)灰分離下來(lái)，通過(guò)返料器送回爐膛進(jìn)行循環(huán)燃燒，使得稻殼能夠充分燃盡。具體燃燒特點(diǎn)如下: 　　a.稻殼灰成分主要是二氧化硅，其灰熔點(diǎn)溫度比較高，可以達(dá)到1200℃以上，在循環(huán)流化床燃燒溫度下(爐膛內(nèi)的溫度維持在850℃)，稻殼燃燒不會(huì)產(chǎn)生結(jié)焦的問(wèn)題。 　　b.循環(huán)流化床可以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)穩(wěn)定的燃燒溫度，這對(duì)于稻殼揮發(fā)份在流化床中快速燃燒和固定碳的燃盡是非常有利的。稻殼在循環(huán)流化床實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的實(shí)際燃燒實(shí)驗(yàn)表明，稻殼燃燒后的飛灰含碳量小于7%。燃燒效率可以達(dá)到98%以上。 　　c.稻殼灰的成分主要是二氧化硅，灰粒較硬,因此，稻殼對(duì)循環(huán)流化床的磨損問(wèn)題要著重進(jìn)行考慮。除了常規(guī)的循環(huán)流化床的防磨措施之外，在循環(huán)流化床尾部煙氣流速的選擇上要特別慎重，合理的煙氣流速，是解決稻殼循環(huán)流化床磨損問(wèn)題的關(guān)鍵。 　　d.基于循環(huán)流化床燃燒方式特有的優(yōu)勢(shì)，燃料適應(yīng)性非常廣，因此，在循環(huán)流化中，可以單獨(dú)燃燒稻殼，也可以單獨(dú)燃燒煤，同時(shí)二者也可以實(shí)現(xiàn)不同比例的混燒，還可以根據(jù)用戶的需求摻燒氣體燃料。 　　e.在稻殼與煤混燒過(guò)程中，可以不用添加循環(huán)物料;如果單獨(dú)燃燒稻殼，需要添加循環(huán)物料。 　　f.此外，稻殼燃燒后的煙氣排放滿足國(guó)家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。稻殼燃燒后的灰渣可以加以綜合利用。 　　4設(shè)計(jì)特點(diǎn)和混燒特性 　　針對(duì)用戶的要求，充分考慮稻殼的燃燒特性和流動(dòng)特性，結(jié)合循環(huán)流化床燃煤鍋爐的成功經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行燃用稻殼的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)，具體特點(diǎn)如下: 　　a.合理組織燃燒系統(tǒng)，包括布風(fēng)板、爐膛結(jié)構(gòu)、一、二次風(fēng)配比、選擇合理流化速度，選取分離器性能，保證合理的熱量釋放和換熱狀態(tài)，使得爐膛溫度均勻并維持在850℃左右，使得鍋爐能夠滿足燃燒稻殼的需要。 　　b.采用高效旋風(fēng)分離器，有助于維持足夠的爐膛灰濃度。盡量減少純燒稻殼的床料加入量，有效控制飛灰含碳量在8%以下，從而提高鍋爐的燃燒效率。 　　c.稻殼的灰成分主要是二氧化硅，灰粒較硬,除了常規(guī)的循環(huán)流化床的防磨措施之外，在受熱面沖刷嚴(yán)重的區(qū)域，要進(jìn)行重點(diǎn)防磨，以利于提高鍋爐的可靠性。 　　d.合理進(jìn)行爐膛和尾部受熱面的設(shè)計(jì)和計(jì)算，充分考慮到純燒稻殼，純燒煤以及二者混燒的工況，最大限度地增強(qiáng)燃料適應(yīng)性，滿足用戶的要求。由于燃燒稻殼時(shí)的煙氣量與燃用煤時(shí)的煙氣量不同，采取有效的吹灰裝置是非常必要的。 　　e.在稻殼與煤混燒過(guò)程中，可以不用添加循環(huán)物料，而單獨(dú)燃燒稻殼，需要添加河沙作為床料即可。 　　f.稻殼燃燒后的煙氣排放滿足國(guó)家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。稻殼燃燒后的灰渣可以綜合利用。 　　5稻殼給料方式 　　由于稻殼比較松散，給料方式比較麻煩，主要給料方式有爐前單獨(dú)螺旋給料;給煤混合給料;爐側(cè)氣力輸送方式給料。采用螺旋給料時(shí)稻殼容易堵塞,且需在爐前增加給料倉(cāng)，給料倉(cāng)在除氧煤倉(cāng)間很難布置。采用給煤混合給料時(shí)稻殼和煤很難均勻混合，運(yùn)行時(shí)負(fù)荷變化比較頻繁，運(yùn)行操作比較難。采用爐側(cè)氣力輸送方式給料可根據(jù)運(yùn)行狀況調(diào)整給料量。圖1為某電廠220t/h混燒稻殼循環(huán)流化床鍋爐爐側(cè)氣力輸送方式給料燃燒系統(tǒng)圖。 　　給料倉(cāng)設(shè)在煤場(chǎng)附近，汽車運(yùn)送的稻殼經(jīng)過(guò)皮帶輸送到給料倉(cāng);由于距離鍋爐比較近，不設(shè)中間料倉(cāng)，稻殼直接從給料倉(cāng)經(jīng)連續(xù)輸送泵，由羅茨風(fēng)機(jī)直接吹向爐膛燃燒，稻殼摻燒比例受給料倉(cāng)容量的限制，一般摻燒比例達(dá)到40%。給料口開(kāi)在鍋爐密相區(qū)兩側(cè)，既能避免水冷壁的磨損，又能使稻殼在爐膛充分燃燒。 　　6結(jié)束語(yǔ) 　　稻殼作為一種可再生能源，摻燒到循環(huán)流化床鍋爐中既解決了農(nóng)村稻殼處理難的問(wèn)題，又節(jié)省了煤等不可再生能源，減少污染物的排放，為國(guó)家的節(jié)能減排工作提供強(qiáng)有力的支持。(1劉國(guó)波　山東誠(chéng)信工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東濟(jì)南25010Q　2郭華波　濟(jì)南鍋爐集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南250002)