生物質(zhì)成型燃料特性及鏈條爐排鍋爐改造技術(shù)方案

1、節(jié)能與改造生物質(zhì)成型燃料特性及鏈條爐排鍋爐改造技術(shù)方案51文章編號：1004—8774(2013)02005104生物質(zhì)成型燃料特性及鏈條爐排鍋爐改造技術(shù)方案陳洪林，馬孝琴，曹玉春。(1鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南鄭州450001；2河南科技學(xué)院機電學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003；3常州大學(xué)石油工程學(xué)院，江蘇常州213016)StudyonthePropertiesofBiomassBriquetteand第一作者：陳洪林，theRefor

2、mationoftheChainGrateStokerBoiler鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院熱能工程碩CHENHong—linMAXiao—qinCA0Yu—chun士研究生。(1SchoolofChemicalEngineeringandEnergy，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou450001，China；2SchoolofMechanicsandElectronics，HenanInstituteofScie

3、nceandTechnology，Xinxiang453003，China；3SchoolofPetroleumEngineering，ChangzhouUniversity，Changzhou213016，China)摘要：在設(shè)計或?qū)⑷济汗I(yè)鍋爐改造成燃燒生物質(zhì)成型燃料鍋爐的過程中，應(yīng)綜合考慮生物質(zhì)成型燃料燃燒特性和鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)兩個方面。在分析生物質(zhì)成型燃料燃燒特性的基礎(chǔ)上，指出成型燃料含水率、堆積密度和破碎率對鍋爐燃燒效率的影響，提

4、出通過改造傳統(tǒng)工業(yè)鍋爐的供料系統(tǒng)、鍋爐前拱、二次風系統(tǒng)和設(shè)置凝渣管的方法，能有效提高燃燒效率，緩解生物質(zhì)燃燒過程中積灰結(jié)渣問題。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)成型燃料；鏈條爐排鍋爐；燃燒特性；燃燒效率中圖分類號：TK22992文獻標識碼：BO前言生物質(zhì)作為新時代化石燃料的替代能源，是一種擁有固體形態(tài)，并且可以存儲的可再生能源，近年來在我國得到越來越廣泛的應(yīng)用。首先，生物質(zhì)能源最大特點是可以從宏觀上實現(xiàn)二氧化碳的“零排放”：作為生物質(zhì)能的植物在生長過程中

5、進行光合作用吸收的二氧化碳量，理論上相當于燃燒過程排放的二氧化碳量；其次，我國是農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)原料資源年產(chǎn)量巨大，生物質(zhì)能的利用可以就地取材，受到國際能源形勢變化的影響小，價格平穩(wěn)；再次，國家出臺多項政策，鼓勵和支持發(fā)展生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)，生物質(zhì)成型燃料技術(shù)在我國取得長足進步，生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料的企業(yè)迅速增加，生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)量也逐年提高，不存在資源短缺的問題。理論上，傳統(tǒng)燃煤工業(yè)鍋爐不經(jīng)改造也可以直接燃燒生物質(zhì)成型燃料，但由于生物質(zhì)成

6、型燃料中含有大量的鉀、鈉、鎂等堿金屬元素，與煤炭的燃燒過程和燃燒產(chǎn)物顯著不同，容易導(dǎo)致鍋爐運行中出收稿日期：2012—1106現(xiàn)一些令人棘手的與灰相關(guān)的問題，包括積灰、結(jié)渣、沾污和高溫腐蝕現(xiàn)象，造成燃料燃燒不完全、鍋爐熱效率降低問題，嚴重時甚至造成鍋爐煙道堵塞。因此必須根據(jù)生物質(zhì)成型燃料的燃燒特性對原燃煤鍋爐進行改造，改善成型燃料的著火和燃燒條件，提高鍋爐熱效率，其中鍋爐改造的主要措施包括鍋爐供料系統(tǒng)、鍋爐前拱、供風系統(tǒng)和凝渣管束等。1

7、生物質(zhì)成型燃料燃燒的影響因素11成型燃料的燃燒特性生物質(zhì)成型燃料主要包括兩種類型：顆粒(pellet)和壓塊(briquette)，如圖1、圖2所示。兩者生產(chǎn)過程基本相同，首先將收集的生物質(zhì)原料粉碎，進行干燥處理后，送入生物質(zhì)成型機，在一定的壓力條件下，利用機械壓縮的方法，將生物質(zhì)碎末壓縮成具有規(guī)則外形的成型燃料。顆粒狀成型燃料尺寸較小，呈圓柱形，直徑為4～6mm，長度為6～8mm，顆粒密度為10～12tm～，原料一般為木材；壓塊成型燃

8、料尺寸較大，國內(nèi)生產(chǎn)廣泛，一般為長方體，截面為正方形，邊長分為20mm20mm、30mm30mm、40mm40mm等，壓塊長度為20mm～學(xué)兔兔www.xuetutu.com節(jié)能與改造生物質(zhì)成型燃料特性及鏈條爐排鍋爐改造技術(shù)方案53分含量是比較低的，都在可以接受的范圍內(nèi)，但是生物質(zhì)灰中含有相對較高的堿金屬元素鉀，在生物質(zhì)燃燒過程中，會形成低熔點的KC1等物質(zhì)，從而導(dǎo)致一系列的灰相關(guān)問題，造成沉積、結(jié)渣和高溫腐蝕等現(xiàn)象，因此在設(shè)計或改造成

9、燃生物質(zhì)成型燃料鍋爐時，必須考慮添加高效的清灰和除渣裝置。12含水率對成型燃料燃燒的影響目前國內(nèi)生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料的廠家所采用的生物質(zhì)原料種類主要有農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、木材加工廢棄物、城市垃圾和下水道污泥等。農(nóng)業(yè)廢棄物主要包括小麥秸稈、玉米秸稈和稻草等，新收割時的水分含量達到30％以上；林業(yè)廢棄物主要包括修剪樹木的殘枝，砍伐樹木的樹根和樹皮等；木材加工廢棄物主要是(城市里)木材加工場產(chǎn)生的木屑，刨花等，這兩類屬于灰色生物質(zhì)，熱值較高

10、，初次收集時水分含量也均大于40％；而城市垃圾和下水道污泥的含水率更是高達70％以上。含水率過高不但影響成型燃料著火，而且會明顯提高煙氣中水蒸氣份額，增大排煙熱損失，降低燃料的發(fā)熱值，并且生物質(zhì)成型燃料水分越高，成型壓塊越容易皸裂，可存儲時間越少；水分過低時，生物質(zhì)擠壓成型過程中物化反應(yīng)慢，木質(zhì)素不易析出，生物質(zhì)難以成型。因此生物質(zhì)在加工成型的過程中需要進行粉碎和烘干，水分含量達到12％至15％，對生物質(zhì)成型燃料的品質(zhì)最為有利。13堆積

11、密度對成型燃料燃燒的影響生物質(zhì)成型燃料的堆積密度是衡量生物質(zhì)能量密度的一個重要指標，取決于生物質(zhì)成型燃料的顆粒密度和顆粒的大小、形狀，生物質(zhì)作為替代能源，一個致命的弱點就是能量密度低，復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)化方法和漫長的收集和運輸途徑，會顯著增加生物質(zhì)利用的成本；增加生物質(zhì)的堆積密度，可以有效提高生物質(zhì)的質(zhì)量和能量密度，改善成型燃料的儲存和運輸條件，并且在成型燃料燃燒或氣化的過程中降低飛灰量。14破碎率對成型燃料燃燒的影響生物質(zhì)成型燃料破碎率是指

12、生物質(zhì)成型燃料在生產(chǎn)、運輸、儲存的過程中被壓碎，從形狀規(guī)則的圓柱體、長方體等變?yōu)榉鬯樾灶w粒所占生物質(zhì)總質(zhì)量的百分比。生物質(zhì)成型燃料在生產(chǎn)加工和運輸儲存的過程中，不可避免地會產(chǎn)生破損，破碎率越高，成型燃料品質(zhì)越差，燃燒性質(zhì)越接近普通秸稈，燃燒過程中會產(chǎn)生大量的飄塵，處置不當會增加固體顆粒排放物的濃度；適當破碎率可以填充生物質(zhì)成型燃料層間的空隙，使爐排下風道保持良好的氣密性，不會發(fā)生透風事故。因此，為了保證生物質(zhì)成型燃料的品質(zhì)，破碎率應(yīng)控制

13、在10％以內(nèi)。2鏈條爐排鍋爐改造為燃生物質(zhì)成型燃料鍋爐技術(shù)方案根據(jù)生物質(zhì)成型燃料的燃燒特性及影響因素，對鏈條爐排鍋爐提出以下改造方案。21生物質(zhì)成型燃料進料量的計算在進行鏈條爐排鍋爐的生物質(zhì)成型燃料化的改造之前，需要預(yù)先根據(jù)鍋爐熱負荷計算生物質(zhì)成型燃料的用料量和鏈條爐排上的料層高度。燃料用料量通常利用逆推法進行計算，計算方法如下：B=式中，為生物質(zhì)成型燃料用料量，Q為鍋爐熱負荷，叼為鍋爐熱效率，Q為生物質(zhì)成型燃料的低位發(fā)熱量。同時，根據(jù)

14、燃料量可以確定鏈條爐排的運行速度和燃料層厚度：B=plsvh式中，為生物質(zhì)成型燃料用料量，P為生物質(zhì)成型燃料堆積密度，Z為爐排長度，S為爐排寬度，為爐排運行速度，h為燃料層厚度。22供料方式由間隙式改為連續(xù)式燃煤鍋爐改燒生物質(zhì)成型燃料時，需要根據(jù)鍋爐的運行方式，對供料系統(tǒng)進行改造。燃煤鏈條爐排鍋爐普遍采用料斗式供料方式，燃料由上煤機倒入料斗之后，經(jīng)煤閘門和鏈條爐排進入鍋爐爐膛燃燒。如果鍋爐為連續(xù)運行時，燃料不間斷地由爐排輸送，料斗中燃料

15、在重力作用下，自身具有良好的氣密性，供料方式不需要進行改造；當鍋爐間歇運行時，燃料在料斗下方停留時間長，易發(fā)生“倒燒”現(xiàn)象，引起料斗內(nèi)燃料的燃燒，因此必須對料斗進行改造，在料斗上方加裝密封裝置，使敞口式料斗變?yōu)榉忾]式料斗，同時在料斗下方增加螺桿式供料裝置，既實現(xiàn)了生物質(zhì)成型燃料的連續(xù)性供應(yīng)，又增加了鍋爐的氣密性。23提高前拱高度，增加傾角鏈條爐排鍋爐的點火方法是通過前拱反射燃料燃燒的輻射熱，達到燃料的著火溫度，因此前拱的高度和傾角對于能