區(qū)域供熱鍋爐房燃煤改燒生物質(zhì)顆粒燃料的工藝改造

【摘要】通過分析區(qū)域供熱鍋爐房燃煤與燃生物質(zhì)顆粒燃料工藝的不同之處，找出同時(shí)適應(yīng)二種燃料的工藝系統(tǒng)，對(duì)原系統(tǒng)工藝提出改造措施，并提出自建生物質(zhì)顆粒燃料加工廠的方案，使供熱成本降低，節(jié)能減排，經(jīng)濟(jì)效益大增成為現(xiàn)實(shí)。 　　1．前言 　　生物質(zhì)燃料作為世界上公認(rèn)的清潔能源。以其獨(dú)特的實(shí)用性和可再生性被廣泛應(yīng)用。而生物質(zhì)成型燃料，尤其是顆粒燃料。以其自有的特性及燃燒特性，則大有取代工業(yè)鍋爐用煤的趨勢(shì)。為此，對(duì)現(xiàn)有區(qū)域供熱鍋爐房燃煤系統(tǒng)工藝進(jìn)行改造，以適應(yīng)生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒特性．并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，則成為供熱行業(yè)急待研究的課題。本文結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)資料，對(duì)此課題進(jìn)行初步探討供同行參考。 　　2．煤與生物質(zhì)顆粒燃料特性及燃燒特性的比較 　　2．1煤與生物質(zhì)顆粒燃料特性的比較 　　生物質(zhì)顆粒燃料的粒度通常為6～15毫米，長(zhǎng)度小于30毫米，密度近似于粒煤和沫煤，易于儲(chǔ)存與運(yùn)輸。常用的生物質(zhì)顆粒燃料與我公司常年使用的鐵法Ⅱ類煙煤的特性比較見表一。 　　由表一可以看出(1)密度與煤相差不大。(2)含硫量只是煤的1／lO。(3)灰分大約是煤的1／3～l／7。(4)燃燼率高于煤。(5)揮發(fā)分是煤的3倍左右，發(fā)熱值較煤低。(6)等發(fā)熱值的顆粒燃料要比煤的單價(jià)貴10％～15％。 　　2．2煤與生物質(zhì)顆粒燃料燃燒特性的比較 　　生物質(zhì)顆粒燃料的特性決定了它的燃燒與煤相比具有它的獨(dú)特性：(1)揮發(fā)分在3500C時(shí)就析出約80％．析出時(shí)間和燃燒時(shí)間短，只占燃燒時(shí)間的1／10左右。(2)揮發(fā)分逐漸析出和燃完后。剩余物為疏松的焦碳，氣流運(yùn)動(dòng)會(huì)將部分碳粒裹人煙道形成黑絮，所以應(yīng)控制通風(fēng)不要過強(qiáng)，以免降低燃燒效率。(3)焦碳燃燒受到灰燼包裹和空氣滲透較難的影響。造成灰燼中殘留余碳。此時(shí)應(yīng)適當(dāng)加以捅火，并加強(qiáng)爐排下一次風(fēng)的供給。 　　根據(jù)生物質(zhì)成型燃料的燃燒特點(diǎn)．合理的鍋爐結(jié)構(gòu)和配風(fēng)方式是保證燃燼率及鍋爐熱效率的關(guān)鍵。對(duì)于燃煤層燃鍋爐改燒生物質(zhì)顆粒燃料能否成功。則更是關(guān)鍵所在。 　　2．3燃煤鍋爐與燃生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐熱損失的比較 　　由文獻(xiàn)[3]可以得出這樣的結(jié)論，燃生物質(zhì)顆粒燃料的鍋爐。當(dāng)爐膛過量空氣系數(shù)合適(大約在1．5時(shí))燃燒工況穩(wěn)定，要比燃煤鍋爐的熱損失小10％左右，這主要是由燃料特性決定的。其中固體、氣體未完全燃燒熱損失．散熱損失，排煙熱損失均有減少。 　　3．鍋爐房工藝系統(tǒng)的改造 　　3．1燃料儲(chǔ)存、輸配系統(tǒng)的改造 　　由于生物質(zhì)顆粒遇水后潮解。所以要有封閉庫房。并根據(jù)消防要求，配備必要的消防設(shè)施。 　　目前國內(nèi)生產(chǎn)的生物質(zhì)顆粒通常是袋裝，有25kg和50kg二種，利用原有輸煤系統(tǒng)如斗式提升機(jī)．皮帶運(yùn)輸機(jī)，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)等略做改造均可成袋或散料輸送。 　　3．2除灰渣、除塵及脫硫系統(tǒng) 　　生物質(zhì)顆粒燃料的含灰量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煤炭．而且灰渣的特性與煤渣類似，所以現(xiàn)有除渣系統(tǒng)完全可以滿足改燒生物質(zhì)顆粒燃料后的除渣。不必做大的改動(dòng)，而且日常除渣運(yùn)行費(fèi)用應(yīng)該有所降低。儲(chǔ)存最好采用濕法為宜，避免二次揚(yáng)塵?；以鳛楹芎玫奶烊烩浄剩€可以銷售利用。 　　由于生物質(zhì)顆粒燃料的含硫量只有煤的1110?；曳趾恐挥忻旱?／3。1／7，所以現(xiàn)有除塵脫硫裝置如果燃煤時(shí)達(dá)標(biāo)，就不需對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造．改燃生物質(zhì)顆粒后排放量更低。這對(duì)于燃煤排放物不達(dá)標(biāo)的單位，應(yīng)該是一個(gè)福音。 　　3．3煙風(fēng)系統(tǒng)改造 　　(1)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能是眾所周知的，對(duì)燃用生物質(zhì)顆粒燃料更有其獨(dú)到的作用，它可以隨意調(diào)整供、引風(fēng)量及風(fēng)壓、煙壓，使燃料充分燃燒。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 　　(2)當(dāng)燃料品種同定后，在負(fù)荷一定的情況下，燃料層厚度是不須經(jīng)常調(diào)整的，只須對(duì)爐排速度及配風(fēng)進(jìn)行調(diào)整。所以爐排為變頻調(diào)速方式對(duì)調(diào)整燃燒是必須的。能更好的適應(yīng)不同燃料的燃燒。 　　(3)增裝二次風(fēng)系統(tǒng)。層燃生物質(zhì)顆粒燃料的揮發(fā)分是煤的幾倍，析出和燃燒時(shí)間很短．只是整個(gè)燃燒時(shí)間的1／10左右，且主要是在爐膛空間燃燒，此時(shí)單靠從爐排下部供給的一次風(fēng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠且不及時(shí)的，必須及時(shí)向爐膛空間送入適量的空氣，保證燃料懸浮燃燒所需的足夠氧氣。 　　增裝二次風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，最好選用變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)。會(huì)更加適應(yīng)燃燒需求。要使二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口布置在爐墻的不同位置，在以不同的角度向爐內(nèi)供風(fēng)的同時(shí)擾動(dòng)氣流，保證燃燒區(qū)域有合適的溫度水平，延長(zhǎng)可燃物與高溫?zé)煔庠跔t內(nèi)的停留時(shí)間。伸人爐墻，靠近爐膛內(nèi)壁的送風(fēng)管．選擇陶瓷、鑄鐵材質(zhì)的為好，耐熱、耐磨，不易損壞。 　　3．4燃燒方式及燃燒設(shè)備改造 　　(1)層狀燃燒改為層狀燃燒+懸浮燃燒 　　適應(yīng)生物質(zhì)顆粒燃料燃燒特性，大型鍋爐的首選燃燒設(shè)備應(yīng)該是循環(huán)流化床，中小型工業(yè)鍋爐則首推拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)爐排。因?yàn)樗哂袑尤?懸浮燃的綜合特點(diǎn)。首先由爐前若干個(gè)燃料進(jìn)口角度可調(diào)及推煤行程可調(diào)的機(jī)械風(fēng)力拋煤機(jī)。將顆粒燃料拋入爐膛。大的顆粒落在爐排的后部。 　　小的顆粒落在爐排的前部，爐排由爐后向爐前部行進(jìn)，在一次風(fēng)的配合下燃燒，燃燼的灰渣落人前部渣斗。較小的顆粒及粉狀燃料則在拋入爐膛內(nèi)時(shí)就在空中迅速地呈懸浮狀燃燒，并由二次風(fēng)供給足夠的氧氣。供助于前墻二次風(fēng)的托送，后墻二次風(fēng)的交叉擾動(dòng)下．這種燃燒方式強(qiáng)化了燃燒．保證了生物質(zhì)顆粒燃料的及時(shí)著火和充分燃燼，在合適的過量空氣系數(shù)時(shí)，氣體和同定未完全燃燒損失比燃煤大大減少，鍋爐熱效率明顯提高。瑞典Boras建造的兩臺(tái)出力90蒸噸／時(shí)的鍋爐就是采用的拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)爐排。平時(shí)燒小木塊。也可以燒煤?，F(xiàn)有鏈條爐排爐(，>6t／h)，也可以將鏈條爐排改為倒轉(zhuǎn)爐排減速器不需更換．只是要將爐排支架做些改動(dòng)，將出渣口改在爐前。風(fēng)力機(jī)械拋煤機(jī)另行購置安裝．國內(nèi)比較有名的制造商首推濟(jì)南鍋爐廠。 　　小容量的鏈條爐排鍋爐(<6t／h)，往復(fù)爐排鍋爐．也可以采用增加風(fēng)力進(jìn)料裝置的辦法。即在鍋爐前部爐排上方布置若干個(gè)進(jìn)口角度可調(diào)的進(jìn)料口．分別向爐內(nèi)均勻進(jìn)料。同時(shí)通過布置在進(jìn)料口下方的二次風(fēng)將燃料送入爐膛前部，并在一次風(fēng)的配合下。在爐膛內(nèi)進(jìn)行懸浮燃燒。在懸浮燃燒的過程中，較大的顆粒燃料落到爐排上。并隨著爐排的推動(dòng)或行進(jìn)進(jìn)行層狀燃燒。逐漸燃燼而落入灰渣斗。這種方式由于比拋煤機(jī)拋煤懸浮燃燒的燃料份額少，只需在爐膛前部布置二次風(fēng)，后墻二次風(fēng)不需布置或少量布置即可。這種方式也是適合生物質(zhì)顆粒燃料強(qiáng)化燃燒的一種方式。 　　(2)增加燃燒室及燃燒設(shè)備 　　由于燃煤鍋爐燃燒室結(jié)構(gòu)尺寸形狀，都是按照設(shè)計(jì)煤種確定的．所以要想完全改造成與燒生物質(zhì)顆粒燃料相匹配幾乎是不可能的?？偸且行┤鼻泛筒蛔?。如果鍋爐旁有足夠的空間位置。也可以給鍋爐增加一個(gè)新的燃燒室．主要任務(wù)是發(fā)生可燃?xì)怏w并初步燃燒。原有的燃燒室(爐膛)做為燃燼室。這樣新的燃燒室就完全可以按照生物質(zhì)顆粒燃料設(shè)計(jì)，盡可能達(dá)到高效燃燒。據(jù)文獻(xiàn)[1]等國外資料介紹，這種改造方式對(duì)于小型鍋爐來說，成功率很高，成功的例子也很多。如果爐膛容積足夠大。則將固定爐排改為移動(dòng)爐排則是方便的選擇。選擇小型爐排時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用傾斜式往復(fù)爐排。這種爐排結(jié)構(gòu)更適合于生物質(zhì)顆粒燃料燃燒。它依靠由高至低的爐排結(jié)構(gòu)自身下移力．再加上活動(dòng)爐排片的往復(fù)移動(dòng)，使燃料松動(dòng)，通風(fēng)加強(qiáng)，不易結(jié)渣。 　　需要指出的是．目前國外燃用生物質(zhì)顆粒的工業(yè)鍋爐，大容量的采用流化床，中型容量的選用拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)爐排．小容量的則多選用鏈條爐排；傾斜式往復(fù)爐排；雙層傾斜式爐排等。很多在用的鍋爐也是燃煤鍋爐改造而成?？梢匀济汉腿忌镔|(zhì)顆粒二用，只是毫不例外的都有二次風(fēng)系統(tǒng)。 　　4．生物質(zhì)顆粒燃料的供應(yīng)與自建燃料加工廠 　　4．1合同供貨 　　目前國內(nèi)利用稻谷加工廢棄物生產(chǎn)燃料的居多，而秸桿顆粒燃料生產(chǎn)廠家則較少。主要原因是秸桿回收不便，加工時(shí)須粉碎，而稻谷殼、花生皮等則不須單獨(dú)回收。稻殼等如不能加工成燃料(或飼料)，排放還成為負(fù)擔(dān)。但目前燃料用戶很少，銷售還很困難。為此與生產(chǎn)廠簽定一個(gè)比較長(zhǎng)期的供需合同．互惠互利。即使將來生物質(zhì)原料隨著油、氣、煤價(jià)格上漲，也不會(huì)超過它們上漲的幅度，一招出手，永遠(yuǎn)主動(dòng)。 　　4．2自建顆粒燃料加工廠 　　以沈陽市農(nóng)村玉米秸桿、稻殼為例的顆粒燃料成本見表二。 　　由表二可以看出．如果自行生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料，則燃料成本每噸比相同熱值的燃煤要低180元左右。煤炭資源企業(yè)無法控制，但生物質(zhì)原料資源則完全可以通過合同方式加以控制。有了原料，燃料的成本也自然就控制住了。目前看來，對(duì)于燃料年需要量相對(duì)較大的企業(yè)，例如集中供熱的熱源廠。自建燃料加工廠應(yīng)是必須的選擇。 　　經(jīng)初步測(cè)算，建一個(gè)年生產(chǎn)3．6萬噸稻殼顆粒的加工廠．需購買6臺(tái)產(chǎn)量1．2t／h的造粒機(jī)，并安裝配套的電氣裝置、輸送機(jī)等，共投入約220萬元(廠房、廠地租賃)，按每噸燃料節(jié)省160元計(jì)．一年即可節(jié)省燃料費(fèi)約576萬元，4．6個(gè)月即可收回投資。 　　5．經(jīng)濟(jì)效益分析 　　以我公司為例．現(xiàn)供熱面積約90萬平方米，年耗煤3．6萬噸。工藝改造后，每年燃用稻殼顆粒燃料3．6萬噸，可取得的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算如下： 　　(1)降低燃料成本費(fèi)。自己生產(chǎn)的稻殼顆粒燃料比相同熱值的煤每噸節(jié)省160元。每年可節(jié)省燃料費(fèi)576萬元。 　　(2)鍋爐熱效率提高節(jié)省燃料費(fèi)。燃用生物質(zhì)顆粒燃料，使鍋爐熱效率提高10％，可年節(jié)煤3600噸，每噸煤400元，可節(jié)省燃料費(fèi)144萬元。 　　(3)節(jié)省脫硫費(fèi)用及脫硫除塵改造費(fèi)用。煤的含硫量0．8％計(jì)算，每噸S02的脫硫費(fèi)用為1000元．每年用于脫硫的運(yùn)行費(fèi)用需78萬元。改燒生物質(zhì)顆粒燃料后，可節(jié)省此項(xiàng)費(fèi)用。 　　(4)得到節(jié)能減排獎(jiǎng)勵(lì)獎(jiǎng)金和優(yōu)惠財(cái)稅政策。根據(jù)財(cái)政部，國家發(fā)展改革委關(guān)于印 發(fā)《節(jié)能技術(shù)改造財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)資金管理暫行辦法》的通知(財(cái)建[2007]371號(hào)文件)規(guī)定，燃煤改燃生物質(zhì)顆粒后．2010年前每年可獲得根據(jù)節(jié)能量，按每噸標(biāo)準(zhǔn)煤200—250元的獎(jiǎng)勵(lì)。我公司如改造成功，則一年可獲獎(jiǎng)勵(lì)360萬元。相關(guān)優(yōu)惠政策還有很多。 　　(5)可以申報(bào)CDM項(xiàng)目。出售排放指標(biāo)。 　　6．結(jié)論和建議 　　綜上所述，燃煤鍋爐房改燃生物質(zhì)顆粒燃料是能源綜合利用的方向．只需進(jìn)行局部工藝及設(shè)備改造．就完全可以做到二種燃料兼行，從技術(shù)層面上足沒有問題的。燃用生物質(zhì)顆粒燃料，自建燃料加工廠。符合國家節(jié)能減排的大政方針，經(jīng)濟(jì)效益明顯，尤其適合區(qū)域供熱熱源廠。由以上分析計(jì)算，燃煤鍋爐工藝改造實(shí)施成功后，每年燃用3．6萬噸稻殼顆粒燃料的區(qū)域供熱熱源廠，可年節(jié)省燃料費(fèi)、脫硫運(yùn)行費(fèi)用等約870萬元。每平方米供暖面積供熱成本可減少約9元。另外可獲得財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)約360萬元。建議有條件的熱源廠要早上，快上，節(jié)能減排，利國利民。沈陽東源供熱有限責(zé)任公司　畢慧杰　吳英偉　黃芝