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1、引言
某木制品公司使用一台YGL-350MA型有机热载体锅炉作为供热动力,由于其厂内产生了大量的木削废料,可作为燃料使用,因此就直接采用木削作为有机热载体锅炉燃料,导致锅炉热效率十分低下,其能效问题尤为突出,造成了很大的浪费,也产生了多余的排放。根据现场测试和燃料的分析,发现锅炉日常生产使用负荷情况下,锅炉热效率为43.16%,与相关法规要求的锅炉热效率相差很大。所以本文就现场测试数据和燃料分析,结合锅炉结构特点,以找出燃料变化引起热效率低下的原因,分析小型燃煤锅炉直接使用生物质燃料引发的节能问题。
2、生物质燃料的分析与燃烧特点
所谓生物质燃料,是包括植物材料和动物废料等有机物质在内的燃料,是最古老燃料的新名称。通常我们说的谷壳、木削、茎状农作物、花生壳、树皮、锯末等,总之是以往农业社会常用的燃料,随着工业的发达慢慢不用而废弃,现在却发现这些燃料产生的污染远远低于现代工业的主要燃料-煤。所以这几年出现了许多的专门用于生物质燃料的锅炉,同时也有许多燃煤锅炉改造成燃烧生物质燃料,但真正能充分利用燃料的实例很少。
2.1 生物质燃料的成分分析
以上某木制品公司的木削经检测工业成分分析:收到基灰分为7.32%,收到基水分为13.32%,干燥无灰基挥发分为83.57%,收到基低位发热量为14425kJ/kg ;另一公司使用谷壳作为燃料经检测工业成分分析:收到基灰分为12.65%,收到基水分为12.28%,干燥无灰基挥发分为78.81%,收到基低位发热量为13142kJ/kg。综合长期检测数据,各种生物质燃料的工业成分分析如表1。
根据以上成分分析可得出,生物质燃料的挥发分、H的含量高,说明其易燃烧且燃烧的速度快,能适应炉膛水冷条件高的锅炉,同时产生的烟气量比煤多,所以炉膛要比普通的燃煤锅炉要大。也正因为挥发分、H的含量高,燃料时产生了大量水蒸汽,吸收了大量热,且C含量相对较少,所以生物质燃料的低位发热量相对较低。同样出力的锅炉,如燃料为生物质,其需要燃料量要比烟煤多出近一倍。
2.2 生物质燃料开发及燃烧特点
生物质燃料通俗一点说,就是农林产品的副产品,生物质燃料的利用就是一个变废为宝的过程,生物质燃料的来源广泛,易得,适合农产品加工行业的锅炉使用。我国十分重视生物能源的开发和利用。生物质燃料颗粒产品在我国推广应用还很少,我们还是直接进行燃烧为主,其燃料燃烧状况也不容乐观,燃料热值利用还很低。因为生物质燃料本身被认为是废料利用,从企业管理层到政府管理层都对其真正高效地利用不够重视。
现在生物质燃料燃烧往往不彻底,浪费极大,主要原因是使用单位不了解生物质燃烧燃烧的特点,现分析如下:
(1)生物质燃料挥发分、H的含量高,单位重量的燃料需要氧气量较烟煤多。
(2)生物质燃料都很轻,燃料燃烧时一般随着烟气一边飘一边燃烧,如引风过大或烟气流程短,可能燃料会在尾部烟道中还在燃烧,严重威胁引风机的运行,也造成浪费。
(3)部分生物质燃料有“爆竹”现象,出现喷火,应注意,避免烧伤。
3、燃煤锅炉使用生物质燃料现状
在广大的农村,以往的我们现称之为生物质燃料的产品都放在田间地头燃烧,作为肥料使用,使田间到处弥曼着白烟,同时污染环境。在使用生物质燃料时,这些使用单位大部分未改造炉膛就直接使用生物质燃料,这样燃烧时锅炉房内往往是“乌烟瘴气”的,燃料乱堆乱放,燃料热值的利用很低。燃烧过程中产生的烟灰往往堵塞烟道,使锅炉正火燃烧,产生浪费,锅炉出力也往往不足。
4、使用生物质燃料的燃煤锅炉热效率简单测试
锅炉热效率简单测试是一种利用锅炉热反平衡的方法来测量锅炉热效率的方式。所谓锅炉热反平衡就是测量出锅炉运行各种部位和形式的能量损失,扣除这些能量损失的百分比,得出锅炉热效率。这种方法能更好检测出锅炉运行过程中能量浪费的重点所在,能够通过检测、分析,能抓住解决锅炉能效问题的关键,从而因地置宜的提出解决方案。
5、燃煤锅炉使用生物质燃料提高锅炉热效率的建议
根据以上能量损失检测,目前大部分使用生物质燃料的燃煤锅炉主要能效问题是:(1)排烟温度很高,一般会达到400℃以上,主要生物质燃料在尾部烟管内继续燃烧引起的;(2)气体未完全燃烧热损失高,尾部烟气CO含量高,由于燃料的飞动易使局部氧气供应缺少,使气体未完全燃烧;(3)固体未完全燃烧热损失高,也是因为燃料的飞动并燃烧,有的未完全燃烧就进入烟囱。相对这些问题提出以下锅炉改造建议:(1)严格控制风量及炉膛负压,降低烟气流动速度,降低燃料飘动速度;(2)扩大炉膛体积,才能增加燃料量,使之出力不会因使用生物质燃料而明显下降,拆除所有炉拱,生物质易点燃,炉拱作用不大,而且灰渣很少,也可降低炉排高度;(3)在炉膛出口处增加二次风,阻挡大量燃料飞走,并增加烟路中氧含量使燃烧能顺利进行。
6、结束语
随着生物质燃料的广泛应用使,用生物质燃料的燃煤锅炉的改选工作已显得尤为重要,生物质燃料的产业化也将形成,它有益于我国现行的能源利用结构,有益于节能降耗的基本国策。
参考文献:
[1] 孙达卫,贾连发,张宏伟. 锅炉的三种热效率.广州;暧通空调.2001.6
【关键词】化学原料;污染物;排放趋势
1.概况
化工原料及化学制品制造业无论在工业废水还是在废水中污染物排放量方面均属江苏省排放量较大的行业。“十一五”以来,针对“两高一资”行业,国家相继出台相关调控政策,提高行业准入门槛、取消优惠政策,加快了该行业的产业结构调整步伐,一定程度上降低了资源消耗和环境负担,但由于其产能不断扩大以及技术水平的相对落后造成该行业已经成为并将在未来一段很长时间内是污染排放的“大户”,随着我国节能减排工作的深入开展,化工原料及化学制品制造业面的形势将更加严峻。
2.行业现状
2010年,该行业工业总产值为2934.37亿元,占全省比重9.7%;工业用水总量为72亿吨,占全省比重19.2%;2者的投入产出比为40.76元/吨,低于全省平均水平。
2010年,化工原料及化学制品制造业排放废水5.26亿吨,占全省工业废水排放总量的19.95%;排放化学需氧量和氨氮分别为4.86万吨和5100吨,分别占全省工业化学需氧量和氨氮排放总量的19.92%和30.36%,是江苏省工业废水排放量和化学需氧量第二大行业,氨氮则为全省排放量第一大行业,且总量远远高于其他行业。
3.变化趋势
2001~2010年,该行业工业总产值呈波动上升态势,该行业工业用水总量一直处于高位增长态势,且趋势显著(线性回归,R=0.975),占全省比重却呈缓慢下降形势,比例由25.8%降至19.2%;与此同时,该行业工业用水总量和工业总产值之间的投入产出比在比例和增速方面均低于全省平均水平,是典型的“高投入、低产出”行业。
2001~2010年,化工原料及化学制品制造业工业废水排放量由8.57亿吨降至5.26亿吨,呈显著下降趋势(线性回归,R=-0.944),其单位工业产值废水排放强度则呈显著线性下降趋势。与废水排放量趋势相似,主要污染物化需氧量和氨氮排放量也有所下降,但趋势并不明显,10年间分别由7.98万吨、8139吨降至4.86万吨和5100万吨,而单位工业产值化学需氧量和氨氮排放强度则呈现显著的下降趋势,其中化学需氧量表现的更为明显(R=-0.925)。以上趋势和表现说明国家一系列政策调整的作用初步显现,化工原料及化学制品制造业在控制污染方面已取得一定的成效。
图1 2001~2010年化工原料及化学制品制造业工业废水排放量
及单位工业产值排放强度变化情况
图2 2001~2010年化工原料及化学制品制造业工业
化学需氧量排放量及单位工业产值化学需氧量排放强度变化情况
图3 2001~2010年化工原料及化学制品制造业工业氨氮排放量及
单位工业产值氨氮排放强度变化情况
关键词:生物质 锅炉效率 调整措施
1 前言
广东粤电湛江生物质发电有限公司是目前国内单机容量最大的燃用生物质燃料的电厂,总装机容量为2×50MW。其燃用的生物质燃料较为广泛,有甘蔗渣、甘蔗叶、树根、树皮、木质边角料、橡胶木等。
两台机组由2011年投产至今已有四年,由不稳定的试运行阶段进入了稳定运行阶段,研究如何进一步提高锅炉效率就显得尤为重要。文章根据本人在生物质发电厂的工作经验,对相关影响因素作分析研究,提出相应的调整措施,以促进生物质锅炉安全、高效、稳定、长周期运行,进而提高我厂经济效益,为社会创造财富。
2 锅炉设备简介
广东粤电湛江生物质电厂总装机容量为2×50MW。两台锅炉均由华西能源工业股份有限公司生产,其型号为HX220/9.8-Ⅳ1。锅炉为自然循环、高温高压、平衡通风、露天布置的固态排渣循环流化床锅炉。
设计燃料:50%甘蔗叶+20%树皮+30%其它;
实际燃料:较为多变,一般为树皮搭配其他生物质燃料
由右表看出,我厂锅炉运行的实际参数与设计参数有一定的差异,在一次风量、二次风量、炉膛出口烟温和锅炉热效率方面表现最为明显。由于实际燃料与设计燃料偏差较大,加上生物质燃料具有多变性并附带碱性腐蚀等问题,实际锅炉效率将比设计值低。
3 影响生物质锅炉效率的主要因素
在实际运行中,影响生物质锅炉效率的因素较多,文章就三个主要因素展开分析。
(1)生物质燃料多变性对锅炉效率的影响
与燃煤机组不同,生物质燃料具有多变性。燃煤机组在使用同一批次的煤种时,进入炉膛的燃料可以视为不变,但进入生物质锅炉的燃料在一小时内却可以发生剧烈的变化。这是因为煤的供应市场较为稳定,加之煤本身热值高,耗量相对较少,但生物质燃料普遍热值较低,耗量大。同时,煤的来源颇为丰富,而各种生物质燃料来源缺乏较稳定的供应源,而且实际运营中来料批次混杂,导致同一时刻进入锅炉的燃料种类不稳定,即其干度、热值等参数不稳定,严重影响生物质锅炉的效率。
除此以外,生物质燃料多从农林及加工场购入,不可避免地混有石头、铁钉等不可燃烧杂质。由于生物质燃料耗量大,难以在上料过程彻底清除,这也会影响锅炉的热效率。
(2)设备状态对锅炉效率的影响
燃用生物质燃料目前仍是一项不稳定不成熟的技术,在实际运行中必然存在对锅炉设备的影响,进而又对锅炉效率产生不利的影响。根据实际运行出现的问题,我厂锅炉常出现的设备异常有以下几种。
2.1 布风板上异物堆积影响流化状态
如果燃料杂质中不可燃成分质量较大,将无法从排渣口排出,长期囤积在布风板上,影响炉内流化状态,甚至砸坏布风板上的风帽。当风帽大面积损坏时,流化状态严重恶化,锅炉效率大打折扣。
2.2 竖井烟道内过热器积灰严重
由于生物质锅炉运行参数较低,燃烧产生的灰较容易在尾部烟道积聚。尽管每天严格执行吹灰工作,但仍不可避免烟道积灰的问题。当过热器积灰严重时,将难以保证炉内微负压运行。此时只能减少给料以维持锅炉运行,锅炉效率便降低了。
2.3 空预器频繁漏风
生物质锅炉由于存在碱性腐蚀,受热面的腐蚀问题较为突出。长周期的腐蚀将使空预器的管壁减薄,漏风问题日益加剧。当一次风空预器腐蚀时,将难以保证炉内流化;当二次风空预器腐蚀时,将影响炉内氧量供给。两种情况都对锅炉效率产生不利的影响。此外,空预器漏风将降低排烟温度,锅炉热效率受到较大影响。
2.4 过热器腐蚀导致泄漏
碱性腐蚀使过热器运行的可靠性降低,当过热器产生泄漏时,只能降低参数运行,甚至被迫停炉,对机组运行威胁较大。
(3)下料均匀性对锅炉效率的影响
由于生物质锅炉的应用尚未成熟,故其上料系统也不成熟。而在实际运行中,生物质燃料种类繁杂,其流动性、干湿度千差万别,运行过程较难保证下料均匀。煤粉炉能较为精确地向炉内提供给料,但生物质锅炉却较难实现。我厂使用两级变频螺旋给料机向炉内提供生物质燃料,但由于燃料多变,给料机同一转速却不一定对应一定的给料量,此时运行值班员的调控便显得更为重要。除此以外,下料过程存在生物质燃料溢流、卡涩给料机等问题,也将使下料问题进一步复杂化。
下料不均对生物质锅炉的参数的影响十分明显。由于生物质燃料一般较快燃尽,短时间的中断给料,难怕只有一两分钟,炉膛出口烟温都能下降100摄氏度甚至更多,即生物质锅炉的稳定性难以和煤粉炉相比较。而大幅度波动的参数将较大程度地降低锅炉稳定性,锅炉稳定性难以保证,锅炉效率便无从谈起。
4 相关的调整措施
(1)合理采购生物质燃料,严把质量关,尽量减少燃料中的不可燃杂质。同时,合理配料使进入炉膛的生物质燃料平均热值相差较小。例如,将干度较高和干度较低的燃料搭配使用,将流动性较好和流动性较差的燃料搭配使用,以提高燃料的稳定性,进而提高生物质锅炉的热效率。
(2)提高设备的可靠性。利用每次停炉的机会,充分清理布风板上的杂质,对破损风帽进行重新焊接修补,确保运行时流化正常;清理尾部烟道过热器外侧的积灰和污垢,清理完毕使用消防水进行冲洗,确保烟气通流顺畅;对漏风的空预器进行堵管或更换处理,确保空预器的有效利用;对过热器管壁进行测厚处理,及时更换泄漏或是管壁变薄的管子,以减少运行时过热器爆管泄漏的可能。除此以外,还可以考虑引风机整体增容改造计划和过热器整体更换计划,以解决炉膛正压问题和过热器破损严重的问题。
(3)提高运行操作的调整水平,特别加强给料均匀性调整。操作时要求做到精调细调,防止锅炉参数出现大幅度波动。根据炉膛参数调整给料机,尽量做到提前操控,避免出现人为因素引起断料和缺料的情况,导致锅炉效率下降。
关键词:生物质发电;生物质燃料;燃料输送系统;适应性
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.160
1 概述
生物质发电技术是上世纪七十年代以来,为了应对国际石油危机逐步发展起来的,能够将大自然广泛存在的可再生生物质能源转化为电能的一种新型技术,主要采用农作物秸秆和林业废弃物作为发电燃料。到了21世纪,随着化石燃料的进一步紧张,生物质能源利用也越发的重要起来,利用生物质能源能够有效地节约煤、石油、天然气等一次不可再生能源,是目前国际国内研究的前沿课题。
目前,世界各国尤其是发达国家,都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术,以达到保护矿产资源、保障国家能源安全、实现CO2减排、保持国家经济可持续发展的目的。但是由于国内生物质直燃发电起步晚,没有成熟的经验,设备制造水平低,而且我国的农作物品种繁多,种植方式多样,导致电厂燃料组成复杂,项目当地既有玉米、小麦秸秆等堆积比重较低的燃料,又有树皮枝桠、木材下脚料、棉花秸秆等堆积比重较高的燃料,不同的燃料热值、规格不一致,这就导致常规的燃料输送系统难以适应国内多种类生物质燃料的输送要求,为了将不同种类的燃料安全可靠的输运至炉前料仓,迫切需要开发适合于中国国情的燃料输送系统。
2 输送方式简介
生物质燃料的物理特性与煤炭不同,因此燃料的输送方案也有很大区别。通常情况下,从生物质燃料性质上来划分有“黄色燃料”和“灰色燃料”两种。“黄色燃料”主要是指玉米、小麦、水稻等轻质秸秆燃料;“灰色燃料”又称硬质燃料,主要是指棉花秸秆、树皮枝桠、荆条等木质燃料。由于“黄色秸秆”与“灰色秸秆”的物理特性、燃烧特性不同,因此两种燃料的输送系统也有非常大的区别。
2.1 黄色燃料输送系统
黄色燃料普遍密度较小,为了使收集和运输经济合理,所以在收集输送中一般采用打包压缩增加单位体积重量的方式,以减少运输成本。所以在国内黄色燃料输送系统设计时一般考虑燃料采用打包形式进行输送。近年来黄色燃料输送系统主要采用了秸秆捆抓斗起重机加链式输送机和解包机上料的方案,但是在什么地方进行解包,现在常用的有两种方案,一是将大包在上料系统中解包然后以散状物料型式输送至炉前,二是以包料型式输送至炉前,在炉前解包方案。方案一的核心技术是大包在上料系统中解包,即设置新型大包解包机。方案二在炉前解包,需要在锅炉炉前配有立式螺旋解包机,依靠不等径螺旋叶片旋转实现对料包的破碎。
经过对运行的电厂调研发现,单一的黄色燃料输送系统存在一些问题:首先,由于解包机对料包加工尺寸及工艺要求都比较严格,但是在技术、成本等因素影响下,国内燃料的包型尺寸或者密度上,大都不太合乎要求,所以经常造成秸秆燃料在输送中频繁堵料或者掉包,导致电厂不得不在厂内再利用打包机进行二次打包,提高了电厂的运行成本。其次大包上料系统在运行时经常会发生秸秆捆抓斗起重机抓取包料时,会发生掉包现象,了解后发现可能是因为打包不规格或者司机操作不熟练所致,在输送大包时,链条输送机上会发生卡包的现象,需要运行人员进行人工调整。
综上所述,单一的黄色燃料输送系统不仅存在以上难以解决的问题,而且由于这种输送系统只能够输送大包黄色秸秆燃料,一旦黄色燃料收购出现困难,难以利用其它燃料进行代替,适应性较差。
2.2 灰色燃料输送系统
由于灰色燃料粉碎后其物理特性与煤炭有些类似,可以部分参考燃煤电厂的输送方案,但是又有所区别,生物质电厂灰色燃料由于种类比较复杂,既有堆积比重较轻的树皮等纤维燃料,也有板材下脚料、树根等堆积比重较大的木质燃料,既有有木片、树皮及枝丫柴以切碎后的成品燃料进厂,也有树根、板材下脚料等大块的燃料进厂。灰色燃料的输送常采用两种布置方案:装载机或者其他上料设备和地下料斗配合上料方案,桥式抓斗起重机和地下料斗上料方案。
经过对电厂的调研发现,单一的灰色燃料输送系统同样会存在一些问题:在输送燃料的过程中容易出现篷料、洒料问题,而且由于输送系统只能输送散状物料,如果在灰色燃料短缺时候使用黄色燃料,就需要对黄色大包秸秆燃料进行人工或者利用其它设备解包,造成了运行的不方便,对各种燃料的输送适应性一般。
2.3 黄色和灰色燃料输送系统
我国国土面积辽阔,生物质资源种类繁多,当一个地区同时有黄色燃料和灰色燃料时,考虑到单一的一套黄色或者灰色燃料输送系统无法满足电厂燃料的输送要求,这就极大的制约了电厂的燃料收购,造成了电厂只能收购有限的几种燃料,提高了发电成本,也是对其它生物质资源的一种浪费。为了解决上料线功能单一的问题和适应多样的生物质来源,需要将黄色包状燃料输送和灰色散状燃料输送结合起来,不能简单设为两套系统的叠加。根据现有电厂运行经验和两种燃料的混合地点来看,现在大致有两种布置方案:系统在炉前料仓处进行混合,也可以在系统中部进行混合。
两种方案均能实现散状灰色燃料和包状黄色燃料的输送,其中方案一为单独设置的两套输送系统,由于炉前料仓位置较高,受皮带机倾角的限制,散料输送系统带式输送机的长度较长,初始投资较高。方案二散料输送系统通过转运站与包状燃料输送系统融合,散料输送系统带式输送机长度短,初始投资相对较省。
方案二燃料输送系统由大包线、散料线组成,大包线、散料线任意一条单独运行时均能能够满足机组满负荷的需要。散料线皮带输送机尾部设置有一台双螺旋给料机(小解包机)和辅料螺旋料斗,与大包系统配合,使整套上料系统既能满足上大包的需要,而且能够上小包和散状燃料,对燃料供应形式的适应性强。
3 总结
生物质发电工程与燃煤、油、气发电工程从原理上讲所使用的技术是基本相同的,最大的不同点是燃料不一样,生物质发电工程的燃料是生物质,其燃料流动性差、比重轻、体积大、颗粒不规则、热值低、热值波动大、化学成分变化大、自热霉变快,降解快、易燃,在生物质电厂中,从而导致燃料输送系统设计较为复杂,然而燃料输送系统在生物质电厂中又是一个极其重要的环节,针对各种
燃料的输送适应性,系统设计及设备选型均没有成熟经验可以借鉴,黄色、灰色两种燃料共同输送成功突破了国内单一物料输送的局限性,无论大小包、整散料、灰色还是黄色燃料,都能实现顺利输送,为生物质电厂不受农作物种类、大小等因素的限制,在全国大范围的推广奠定了基础,解决了黄色包状燃料和灰色散状燃料的混和输送问题,增加了可供锅炉燃烧的燃料种类,确保了电厂燃料来源的可靠性和稳定性。
参考文献:
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中图分类号:TK229 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)22-0338-021、生物质颗粒的燃烧与结渣特性
生物质成型颗粒燃料是经过压制粘合而成的,其密度远大于原生物质。成型燃料的结构与组织特征决定了挥发分的析出速度与传热速度都很低。生物质成型燃料的燃烧过程可分为干燥脱水、挥发分析出、挥发分燃烧、焦炭燃烧和燃烬几个阶段。其燃烧过程是:1)燃料进入燃烧室内,在高温热量(由前期燃烧形成)作用下,燃料被加热和析出水分。当温度达到约250℃左右,热分解开始,析出挥发分,形成焦炭。气态的挥发分和周围高温空气掺混首先被引燃而燃烧,进行可燃气体和氧气的放热化学反应,形成火焰。2)成型燃料表层部分的碳处于过度燃烧区,形成较长火焰。3)焦炭扩散燃烧,燃烧产物CO2、CO及其气体向外扩散,CO与O2结合成CO2,在表面进行CO的燃烧,在层内主要进行碳燃烧,在表面形成灰壳,并随着燃烧,燃烬壳不断加厚。当可燃物基本燃尽,在没有强烈干扰的情况下,形成整体的灰球,灰球变暗红色成为灰渣,完成整个燃烧过程。在炉内强烈气流的干扰下,则有一部分细碎燃料,以飞灰形态随烟气逸出炉内。
生物质颗粒燃料本身的灰分中含有钙、钠、钾等离子,这些离子在燃烧过程中容易形成渣层,且灰的软化温度较低,因此燃料本身的特性决定了结渣的特性和程度。燃烧过程中燃料层的温度,炉膛温度,燃料与空气混合不充分以及锅炉超负荷运行是造成结渣的重要因素。生物质颗粒中还含有氯、硫等元素,对钢材有腐蚀作用。
2、固定炉排燃煤锅炉改燃木柴、生物质颗粒等
2.1 改燃木柴
在节能和环保要求日益严格的今天,部分地区已不准许安装蒸发量较小的固定炉排燃煤锅炉,而原燃煤的固定炉排锅炉也要进行改造。因此,新装的固定炉排燃煤锅炉有部分直接燃用木柴、木板等,出现的问题有:
1)木柴燃烧过快,添加燃料时间短。木柴一般呈块状,开始燃烧时需要大量空气,后一阶段需要空气量减少,过量空气变多。
2)多数炉门处于常开状态,增加了漏风和散热。
3)炉膛容积小,火焰较高,烟气流速快,烟气流程短,排烟温度较高。在进行测试时发现,燃烧时排烟温度常超过300℃。
4)燃烧过程扰动不足,烟气中CO含量高,未燃尽的碳颗粒较多。
5)燃烧中空气分布不均匀,对水冷壁的冲刷严重。
这些问题一方面给锅炉带来了安全隐患,严重时会使锅炉积灰结焦甚至出现受热面变形的情况,另一方面,锅炉的热效率低下,燃烧不稳定,锅炉出力达不到使用要求。由于木柴、木板均为人工送料,锅炉运行的自动化程度较低,现场粉尘较大,操作环境差。
2.2 改燃生物质颗粒
这种锅炉改燃生物质颗粒一般要增加送料器,改变人工送料的方式。下面通过一个案例说明这种改造存在的缺陷。
在对某企业的锅炉能效测试中发现:锅炉经过改造,由固定炉排手烧燃煤炉改为给料机输送燃料的燃生物质颗粒炉,在测试中发现尾部烟气氧含量超过17%,并且经过多次调节也无法降下来,锅炉的配风设计不合理,炉内燃烧状况极差。经过观察燃烧过程,发现锅炉燃烧不佳的原因:
如图1示,燃料由锅炉前端位于炉排上方约0.6m高的送料口给入,为实现燃料均匀分布在炉排上,送料风风管鼓入大量热风将燃料颗粒吹撒在炉排上,而这一部分热风未能有效地参与燃烧反应,反而增加了过量空气,缩短了飞灰和可燃气体成分的停留时间,使其不能充分参与燃烧,降低了锅炉的热效率。
由一次热风管送入的热风不足,因而在右侧添加了一台鼓风机从底部供风,降低了风温,不利于燃烧。燃料在炉排上堆积过厚(图2示),难以燃尽并产生较多CO。因此这种设计极大的影响了锅炉的热效率。同时,该锅炉的尾部还增加了空气预热器,由于引风机的功率不足,导致炉膛呈微正压燃烧,炉内烟气冒出,导致炉墙部分位置出现烧黑的现象。
同时,由于固定炉排不是专门针对生物质颗粒进行设计和制作的,往往会出现生物质颗粒从炉排漏下去的情况,这样也增加了燃料的固体未完全燃烧热损失。
3、链条炉排锅炉改燃生物质颗粒的问题
链条炉排锅炉作为一种常见的锅炉结构形式,由于其运行稳定可靠、操作方便,使用中较为常见,这种类型的锅炉较多设计为燃烧烟煤的锅炉,燃烧形式为层燃。在实际运行中,有部分设计燃料为煤的链条
(1)当直接改燃生物质颗粒后,由于生物质颗粒密度小于煤,且挥发份含量远高于煤,其燃烧主要在炉排上部的空间发生,因此燃料在炉内的停留时间变短,许多焦粒和炭黑无法燃尽,还会造成整个火界后移,甚至引起尾部受热面部位二次燃烧。(2)链条炉排燃煤锅炉一般只有在炉排下方鼓入一次风,不设置二次风,而生物质颗粒挥发份的燃烧需要大量空气,因此会造成燃烧区缺氧的情况,产生较多CO。(3)受热面布置与生物质颗粒的燃烧情况不相符,造成换热效果变差,炉膛出口烟气温度高。(4)生物质颗粒的热值较煤低,燃烧温度低,燃烧强度小,不适宜较大的炉排面积,因此直接改燃生物质颗粒的煤炉会出现出力不足的情况。(5)由于鼓风一般偏高,而且生物质颗粒的灰分较轻,飞灰量变大。
结合生物质颗粒的特点及以上情况,改造要考虑到燃烧、积灰、结焦等众多问题,而不宜直接将燃料更换为生物质颗粒。
4、固定炉排锅炉改燃粉状生物质
在某些企业中,粉状生物质如锯末较易获得,于是将固定炉排锅炉改为燃粉状生物质锅炉。这种改造一般是在前端的人孔接上给料管,生物质粉末通过风力输送到炉膛中进行燃烧。通过分析,这种改造会存在以下问题:
1)燃烧方式由层燃变为室燃,烟气流程变短,烟气中未燃尽碳颗粒和CO增多;
2)粉状生物质燃烧系统点火程序不完善,存在点火爆燃现象,且木粉加料仓没有防火防爆装置;
3)燃烧中的颗粒和生物质中的杂质冲刷水冷壁,易造成较大磨损;
4)容易结焦。
5、燃油锅炉改燃生物质
这种改造的燃油锅炉一般为卧式三回程结构(图3),然后在锅炉前端加装采用水冷的生物质颗粒燃烧机,燃烧机采用固定炉排,生物质颗粒通过螺旋给料机给入,燃烧后产生的高匮唐进入锅炉炉膛和烟管换热,接着进入省煤器换热。这种锅炉存在的问题包括:
1)部分生物质颗粒燃烧机不成熟,无相关的型式试验即投入使用。生物质颗粒在燃烧机内气化后产生的可燃气体携带大量的生物质粉尘进入炉胆,对炉胆造成不同程度的磨损,当引风机和鼓风机匹配不佳时,生物质灰分容易在烟管里沉积。
2)炉胆前部布置过多的卫燃带,燃烧机出来的气流温度高,容易烧塌卫燃带,加上气流温度达到灰分的熔点,灰分容易粘附在受热面上,燃料含硫量大时,长期作用对受热面造成腐蚀损坏,同时灰分中含有的碱金属离子也会对受热面造成腐蚀。
3)燃烧机与锅炉不匹配,锅炉不能全部吸收燃烧机产生的高温气流,使锅炉及其辅机长期处于超负荷状态,造成烟管越堵、风机越大、积灰越多的恶性循环。
4)生物质燃料与油不同,灰分含量大,燃烧后的烟气传热特性与油燃烧后的烟气传热特性存在不同。改造的锅炉未经科学的热力计算,多凭经验估算。
5、总结
由于燃料特性存在较大不同,无论什么型式的燃煤、油锅炉直接改为燃生物质锅炉而不进行设计或相应改造,一般都不能取得较好的效果。要克服以上存在的问题,要针对燃料的特点对燃烧系统、烟风系统、除尘系统等进行改造,才能实现锅炉安全、经济地运行。