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劉影
(安徽國禎生態科技有限公司，安徽阜陽236000)
摘要：本文介紹了20t/h差速循環流化床鍋爐的結構特點：鍋爐采用差速床設計、分級送風控制NOx排放，膜式水冷壁防止漏風、水冷旋風分離器防止分離器內結焦以及螺紋煙管省煤器及防腐空氣預熱器，運行結果表明，鍋爐出力充足，各項排放指標滿足國家環保排放標準。
國內外生物質應用現狀
生物質能是重要的可再生能源，具有綠色、低碳、清潔、可再生等特點，加快生物質能開發利用，是改善環境質量、發展循環經濟的重要任務。據《生物質能發展“十三五”規劃》，到2020年我國生物質成型燃料年利用量約3000萬t[1]。芬蘭生物質熱電聯產已有20多年的歷史，生物質在2001年占到可再生能源的85%，
2007年，熱電聯產發電量已占到國內總發電量的29%。生物質熱電聯產技術在瑞典也得到了充分的利用，Kristianstad生物質熱電廠采用循環流化床，以木材為燃料，額定發電量為13.5MW，額定供熱量為35MW[2]。目前生物質供熱發電占瑞典全國能源消費總量的16.5%，占供熱能源消費總量的68.5%。丹麥BWE公司的48t/h、75t/h及130t/h水冷振動爐排爐技術是國際上領先的生物質燃燒發電技術，在世界范圍內得到推廣應用。丹麥熱電聯產發電量占到其年發電量的70%，在供電、供熱方面占有重要的份額[3]。
我國生物質鍋爐的研發起步于上世紀80年代末，其中，哈爾濱工業大學循環流化床課題組在上世紀90年代初在國內率先研究生物質流化床鍋爐，先后成功開發了2t/h、4t/h、6t/h、10t/h、12.5t/h、14t/h、15t/h、20t/h、30t/h、35t/h、50t/h、75t/h、90t/h、130t/h燃稻谷殼、廢木與木屑、甘蔗渣、玉米秸稈、酒糟、糠醛渣及棕櫚空果穗、煙梗等生物質流化床鍋爐60多臺[4－5]，其中出口國外的有21臺。2005年后開發的生物質發電鍋爐20余臺，容量為：10t/h、20t/h、30t/h、35t/h、75t/h、90t/h及130t/h。近幾年，國內一些小型工業鍋爐廠生產往復爐排生物質成型顆粒的工業鍋爐，鍋爐出力為2～10t/h(1.4～7MW)為主[6－9]。
在35t/h以下鍋爐全面禁煤形勢下，生物質鍋爐以運行成本相對較低，采用布袋除塵器后煙塵及SO2排放濃度自然滿足環保排放標準而受到用戶青睞，尤其是循環流化床生物質鍋爐[10]，采用分級燃燒NOx排放濃度小于200mg/m3，自然滿足國家環保排放標準，因此是生物質用戶的首選。我公司采購一臺20t/h差速循環流化床鍋爐，由哈爾濱工業大學循環流化床課題組研發，安徽博瑞特熱能設備有限公司制造，于2017年12月投入使用，效果良好，下面介紹該爐結構及運行情況。
1爐型的選擇
現有的生物質鍋爐有爐排爐(鏈條爐，往復爐排爐)和循環流化床鍋爐。選擇爐排爐還是循環流化床，需要從多個方面進行比較。由于農業秸稈灰熔點低至1000℃左右，采用鏈條爐和往復爐排容易在爐排上結渣，所以，丹麥BWE公司采用水冷振動爐排，解決爐排上結渣，同時一旦有渣塊可以通過振動爐排清除，而水冷振動爐排技術國內還不太成熟，并且造價昂貴。其次從熱效率來考慮，爐排爐飛灰及爐渣含碳量高，與循環流化床相比，熱效率低3%～5%。
此外，爐排爐NOx排放濃度高達350～450mg/m3，需要配合SNCＲ脫硝才能勉強達到200mg/m3，而循環流化床一般低于200mg/m3，能夠自然滿足環保排放標準，因此，在環保要求較高的當下，選擇循環流化床成為必然。常規循環流化床給料點是正壓，要通過引風機將爐膛出口負壓拉至－800～－600Pa，從而將給料點維持在－50Pa左右才能保證給料點不向外冒煙，實際運行過程中經常出現給料點向外冒煙現象。差速循環流化床具有給料點是負壓，不會向外冒煙，而且爐膛出口負壓為－150Pa左右，相比常規循環流化床，引風機節能效果顯著；此外，由于生物質與床料密度相差較大，導致常規循環流化床密相區床料與生物質混合效果較差，而差速循環床底部高速床與低速床之間會形成內循環，將高密度的床料與低密度的生物質均勻混合，有利于燃盡。鑒于此，本爐選擇差速循環流化床生物質鍋爐。
2 20t/h差速循環流化床鍋爐結構與運行效果
2.1鍋爐結構
差速循環流化床由高速床和低速床組成，高速床與低速床之間具有高差，高速床的流化速度一般是低速床的2倍，高速床不布置埋管，因此不存在埋管磨損；低速床布置埋管，由于大顆粒主要分布在主床內，細顆粒主要在低速床內，使得低速床流化速度在1.5～2m/s條件下就能良好流化，從而使得低速床內的埋管磨損大幅降低(原因有兩個：一是顆粒平均粒徑小，二是流化速度低)，所以，低速床內埋管防磨時間超過3萬t，4年才需要大修一次。低速床內布置埋管，有利于控制密相區溫度在750～850℃，很好地解決了生物質燃燒結渣問題。圖1是20t/h差速循環流化床總圖。
2.2鍋爐的基本參數
鍋爐出力D=20t/h，壓力：1.25MPa，給水溫度：104℃，過熱蒸汽溫度：300℃，排煙溫度150℃，設計熱效率：88%，燃料：各種生物質散料，元素分析如表1所示。
鍋爐沿深度方向K1K2距離：4460mm，K2K3距離：3100mm，K3K4距離：2500mm，鍋爐沿寬度方向K5K6中心距離：4300mm，鍋筒中心線標高：20616mm。
2.3鍋爐結構特點
(1)高速床與低速床組合，形成內循環，解決床料與生物質均勻混合；
(2)負壓給料，解決給料口冒煙難題；
(3)采用膜式壁，解決爐膛漏風問題；
(4)立式水冷旋風分離器，防止分離器結焦；
(5)采用螺紋煙管省煤器，減少受熱面積灰，提高傳熱效率；
(6)空氣預熱器低溫段采用ND鋼，解決空預器腐蝕難題。
2.4尾氣排放控制措施及運行效果
采用分級燃燒控制NOx排放，一次風通過高速床進入爐內參與燃燒，二次風一部分通過低速床進入低速床參與燃燒，另一部分通過三次風管噴入埋管上方稀相區燃燒。一次風量∶二次風量∶三次風量=45∶25∶30，自2017年12月投入運行以來，NOx排放濃度低于150mg/m3。
由于燃料中含硫量很低，所以SO2排放濃度低于100mg/m3。本爐在空氣預熱器后布置布袋除塵器，煙塵排放濃度低于30mg/m3。
鍋爐在滿負荷工況下，排煙溫度為140℃，鍋爐熱效率達到88.5%。
3結論
20t/h差速循環流化床的運行結果表明，鍋爐出力充足，額定工況下達到設計熱效率，污染物排放濃度滿足國家環保排放標準，可以直接燃燒生物質散料，具有燃燒效率高，運行成本低，值得大力推廣。
參考文獻
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[2]袁振宏，羅文，呂鵬梅，等.生物質能產業現狀及發展前景[J].化工進展，2009，28(10)：1687－1692.
[3]吳金卓，馬琳，林文樹.生物質發電技術和經濟性研究綜述[J].森林工程，2012，28(5)：102－106.
[4]別如山，李炳熙，陸慧林，等.燃生物廢料流化床鍋爐[J].熱能動力工程，2000，15(4)：344－347.
[5]別如山.生物質供熱國內外現狀發展前景與建議[J].工業鍋爐，2018(1)：1－8.
[6]劉萍，王勇，李云金，等.DZG1.5－1.0－M小型高效快裝生物質鍋爐的研發[J].工業鍋爐，2016(2)：23－26.
[7]張智深，鄭進標，毛軍，等.DZL6－1.0－BMF臥式燃顆粒鏈條爐排蒸汽鍋爐的設計[J].工業鍋爐，2016(4)：26－29.
[8]史向華，王濤，張方春.SZW10－1.25－M型生物質鍋爐的設計[J].工業鍋爐，2010(4)：17－19.
[9]王曉鵬，劉圣勇.生物質成型燃料鏈條蒸汽鍋爐的設計和性能試[J].河南科學，2016，34(4)：563－568.
[10]別如山，楊文，宋興飛.采用流化床或低倍率循環流化床燃燒生物質發電的建議[J].工業鍋爐，2010(2)：1－3. |
