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，找出同時適應(yīng)二種燃料的工藝系統(tǒng)，對原系統(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)濟效益大增成為現(xiàn)實。 　　1．前言 　　生物質(zhì)燃料作為世界上公認的清潔能源。以其獨特的實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。為此，對現(xiàn)有區(qū)域供熱鍋爐房燃煤系統(tǒng)工藝進行改造，以適應(yīng)生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒特性．并對其應(yīng)用進行經(jīng)濟性分析，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，對此課題進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，長度小于30毫米，密度近似于粒煤和沫煤，易于儲存與運輸。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特性：(1)揮發(fā)分在3500C時就析出約80％．析出時間和燃燒時間短，只占燃燒時間的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，氣流運動會將部分碳粒裹人煙道形成黑絮，所以應(yīng)控制通風不要過強，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。此時應(yīng)適當加以捅火，并加強爐排下一次風的供給。 　　根據(jù)生物質(zhì)成型燃料的燃燒特點．合理的鍋爐結(jié)構(gòu)和配風方式是保證燃燼率及鍋爐熱效率的關(guān)鍵。對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[3]可以得出這樣的結(jié)論，燃生物質(zhì)顆粒燃料的鍋爐。當爐膛過量空氣系數(shù)合適(大約在1．5時)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．皮帶運輸機，鏈式輸送機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遠小于煤炭．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，而且日常除渣運行費用應(yīng)該有所降低。儲存最好采用濕法為宜，避免二次揚塵?；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達標，就不需對現(xiàn)有設(shè)備進行改造．改燃生物質(zhì)顆粒后排放量更低。這對于燃煤排放物不達標的單位，應(yīng)該是一個福音。 　　3．3煙風系統(tǒng)改造 　　(1)風機變頻調(diào)速節(jié)能是眾所周知的，對燃用生物質(zhì)顆粒燃料更有其獨到的作用，它可以隨意調(diào)整供、引風量及風壓、煙壓，使燃料充分燃燒。經(jīng)濟運行。 　　(2)當燃料品種同定后，在負荷一定的情況下，燃料層厚度是不須經(jīng)常調(diào)整的，只須對爐排速度及配風進行調(diào)整。所以爐排為變頻調(diào)速方式對調(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，析出和燃燒時間很短．只是整個燃燒時間的1／10左右，且主要是在爐膛空間燃燒，此時單靠從爐排下部供給的一次風是遠遠不夠且不及時的，必須及時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。 　　增裝二次風系統(tǒng)時，最好選用變頻調(diào)速風機。會更加適應(yīng)燃燒需求。要使二次風進風口布置在爐墻的不同位置，在以不同的角度向爐內(nèi)供風的同時擾動氣流，保證燃燒區(qū)域有合適的溫度水平，延長可燃物與高溫煙氣在爐內(nèi)的停留時間。伸人爐墻，靠近爐膛內(nèi)壁的送風管．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)鍋爐則首推拋煤機倒轉(zhuǎn)爐排。因為它具有層燃+懸浮燃的綜合特點。首先由爐前若干個燃料進口角度可調(diào)及推煤行程可調(diào)的機械風力拋煤機。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，在一次風的配合下燃燒，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)時就在空中迅速地呈懸浮狀燃燒，并由二次風供給足夠的氧氣。供助于前墻二次風的托送，后墻二次風的交叉擾動下．這種燃燒方式強化了燃燒．保證了生物質(zhì)顆粒燃料的及時著火和充分燃燼，在合適的過量空氣系數(shù)時，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建造的兩臺出力90蒸噸／時的鍋爐就是采用的拋煤機倒轉(zhuǎn)爐排。平時燒小木塊。也可以燒煤。現(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，將出渣口改在爐前。風力機械拋煤機另行購置安裝．國內(nèi)比較有名的制造商首推濟南鍋爐廠。 　　小容量的鏈條爐排鍋爐(<6t／h)，往復爐排鍋爐．也可以采用增加風力進料裝置的辦法。即在鍋爐前部爐排上方布置若干個進口角度可調(diào)的進料口．分別向爐內(nèi)均勻進料。同時通過布置在進料口下方的二次風將燃料送入爐膛前部，并在一次風的配合下。在爐膛內(nèi)進行懸浮燃燒。在懸浮燃燒的過程中，較大的顆粒燃料落到爐排上。并隨著爐排的推動或行進進行層狀燃燒。逐漸燃燼而落入灰渣斗。這種方式由于比拋煤機拋煤懸浮燃燒的燃料份額少，只需在爐膛前部布置二次風，后墻二次風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┤鼻泛筒蛔恪Ｈ绻仩t旁有足夠的空間位置。也可以給鍋爐增加一個新的燃燒室．主要任務(wù)是發(fā)生可燃氣體并初步燃燒。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，盡可能達到高效燃燒。據(jù)文獻[1]等國外資料介紹，這種改造方式對于小型鍋爐來說，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爐排則是方便的選擇。選擇小型爐排時，應(yīng)優(yōu)先選用傾斜式往復爐排。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．再加上活動爐排片的往復移動，使燃料松動，通風加強，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倒轉(zhuǎn)爐排．小容量的則多選用鏈條爐排；傾斜式往復爐排；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。可以燃煤和燃生物質(zhì)顆粒二用，只是毫不例外的都有二次風系統(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，加工時須粉碎，而稻谷殼、花生皮等則不須單獨回收。稻殼等如不能加工成燃料(或飼料)，排放還成為負擔。但目前燃料用戶很少，銷售還很困難。為此與生產(chǎn)廠簽定一個比較長期的供需合同．互惠互利。即使將來生物質(zhì)原料隨著油、氣、煤價格上漲，也不會超過它們上漲的幅度，一招出手，永遠主動。 　　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，對于燃料年需要量相對較大的企業(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)初步測算，建一個年生產(chǎn)3．6萬噸稻殼顆粒的加工廠．需購買6臺產(chǎn)量1．2t／h的造粒機，并安裝配套的電氣裝置、輸送機等，共投入約220萬元(廠房、廠地租賃)，按每噸燃料節(jié)省160元計．一年即可節(jié)省燃料費約576萬元，4．6個月即可收回投資。 　　5．經(jīng)濟效益分析 　　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)濟效益計算如下： 　　(1)降低燃料成本費。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576萬元。 　　(2)鍋爐熱效率提高節(jié)省燃料費。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144萬元。 　　(3)節(jié)省脫硫費用及脫硫除塵改造費用。煤的含硫量0．8％計算，每噸S02的脫硫費用為1000元．每年用于脫硫的運行費用需78萬元。改燒生物質(zhì)顆粒燃料后，可節(jié)省此項費用。 　　(4)得到節(jié)能減排獎勵獎金和優(yōu)惠財稅政策。根據(jù)財政部，國家發(fā)展改革委關(guān)于印 發(fā)《節(jié)能技術(shù)改造財政獎勵資金管理暫行辦法》的通知(財建[2007]371號文件)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，按每噸標準煤200—250元的獎勵。我公司如改造成功，則一年可獲獎勵360萬元。相關(guān)優(yōu)惠政策還有很多。 　　(5)可以申報CDM項目。出售排放指標。 　　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)濟效益明顯，尤其適合區(qū)域供熱熱源廠。由以上分析計算，燃煤鍋爐工藝改造實施成功后，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、脫硫運行費用等約870萬元。每平方米供暖面積供熱成本可減少約9元。另外可獲得財政獎勵約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任公司　畢慧杰　吳英偉　黃芝