賈金嶺

(鄭州鍋爐股份有限公司，河南鄭州450003)

　　摘要：介紹了一種組合式往復爐排生物質鍋爐設計開發及應用情況，該鍋爐能燃燒高水分、低熱值生物質燃料，為有效處理類似的難燃生物質燃料提供了一種新型設備。

　　0前言

　　隨著國家對環境保護的日益重視，對大氣污染物排放的治理力度越來越大，以煤作為鍋爐主要燃料的中小型鍋爐受到了嚴格限制，因此生物質鍋爐得以迅速發展。生物質燃料是一種可以滿足大規模開發利用的可再生燃料，其含硫、灰分少，燃燒后產生的SO2、煙塵等有害排放物比煤少得多，是一種名符其實的清潔能源。另一方面，我國的生物質資源豐富，每年都有大量的工業、農業、林業等生物質廢棄物產出，用其代替或部分代替鍋爐燃煤，是一種較理想的選擇。

　　作為鍋爐燃料的生物質有多種多樣，有成型顆粒的，有壓制成塊的，也有以散料型式直接作為鍋爐燃料的。木材加工廠的下腳料如樹皮、木屑等常常以散料型式作為鍋爐燃料加以利用，但有些木材加工廠下腳料的水分含量高達50%以上，熱值很低，用常規的生物質鍋爐很難有效地燃燒，為此，我們開發了一種前后兩段、不同傾斜角度的組合式往復爐排鍋爐，以適應這類高水分、低熱值生物質的燃燒。

　　1設計條件

　　1.1設計燃料

　　該鍋爐是為云南某木材加工廠專門設計的，用戶要求把每天產生的約200t木材下腳料全部用作鍋爐燃料處理掉，產生1.25MPa的飽和蒸汽供生產工藝用。這些下腳料含水率高，尤其在雨季達到55%左右，雙方商定鍋爐設計時按55%考慮。經化驗，木材下腳料的主要成分分析結果如下(除揮發分外，其余均為收到基)：

　　全水分：55%碳：22.87%

　　氫：2.41%氧：17.67%

　　氮：0.95%硫：0.09%

　　灰分：1.01%干燥無灰基揮發分：76.8%

　　低位發熱量：7291kJ/kg

　　經熱平衡計算，將每天200t左右的木材下腳料全部燒掉，每小時可以產生20t/h左右1.25MPa的飽和蒸汽，與用戶協商后，鍋爐額定蒸發量按20t/h設計。

　　現場考察發現，有些木材下腳料的尺寸很大，為了能順暢地進入鍋爐，要求對這些木材下腳料進行預處理，處理后的入爐燃料尺寸(長×寬×高)不超過350mm×35mm×35mm。

　　1.2設計參數

　　額定蒸發量 20t/h

　　額定蒸汽壓力 1.25MPa

　　額定蒸汽溫度 194℃

　　給水溫度 104℃

　　冷空氣溫度 20℃

　　鍋爐設計熱效率 86.1%

　　燃料消耗量 7526kg/h

　　設計排煙溫度 140℃

　　2總體結構

　　鍋爐結構見圖1。

　　根據用戶工藝需要低壓飽和蒸汽的特點，該鍋爐采用雙鍋筒橫置式、自然循環、平衡通風的結構型式，爐膛采用底部支撐與頂部吊掛相結合的支吊方式。

　　針對用戶燃料水分高、熱值低的特點，該鍋爐的燃燒裝置采用前后兩段不同傾斜角度、組合式往復爐排，以有效地燃燒這些難燃生物質燃料。

　　鍋爐整體采用單層布置方式，出渣設備設在0m標高以下，運行操作層設在0m標高，鍋爐系統布置簡潔，最大限度地為用戶節省土建費用。

　　3設計要點

　　3.1燃燒裝置

　　由于用戶提供的燃料水分高、熱值低，經反復研究、探討，最后決定該鍋爐的燃燒裝置采用分段式、不同傾斜角度的組合式往復爐排，整個爐排分前后兩段，兩段爐排設計的傾角不同，前部為預熱、烘干段，采用32°大傾角階梯爐排，后段為主燃及燃盡段，采用10°小傾角平緩式階梯爐排。燃料由進料口進入爐膛時，首先落到前段大傾角爐排前部，受到活動爐排片的推動，燃料在向爐膛推進過程中，會在大傾角爐排上產生由上往下翻滾的附加運動，加強了燃料自身的擾動，提高了撥火能力，增加了透氣性，有利于熱空氣與燃料的充分混合。另一方面，燃料在向前滾動推進的過程中，受到爐膛火焰充分輻射，非常利于水分的析出，因此燃料在大傾角爐排段能夠得到充分烘干、干燥。干燥后的燃料進入后部小傾角爐排，在活動爐排片的推動下，連續向前運動，燃料自身也會產生相對移動，這樣有利于與一次風的充分混合，同時在后拱的連續輻射作用下，逐步完成燃燒、燃盡過程。因為燃料在前部大傾角爐排段進行了充分的烘干，在后部小傾角爐排段的燃盡過程就相對容易些，因此這種異傾角組合式往復爐排能夠適應含水分較高的生物質燃料的燃燒。

　　往復運動的活動爐排片采用整體框架拖動運行，推進裝置采用機械偏心搖臂帶動整體框架，變頻調速控制。針對前后兩段爐排的作用不同，設置了兩套變速裝置分別與兩段爐排配套使用，這樣在鍋爐運行過程中，可以根據燃料含水分高低、爐膛內的燃燒情況，分別對兩段爐排的推進速度進行調整，如對含水分高的燃料，可減慢前段爐排的推進速度；對尺寸較大的硬質燃料，可調慢后段爐排的推進速度；對尺寸較小、水分較少的燃料，可加快前、后段爐排的推進速度，以充分利用爐排的有效長度，對燃料進行烘干、燃燒、燃盡。

　　3.2爐前給料裝置

　　由于生物質燃料流動性差、部分尺寸較長，本鍋爐前墻設置兩個入口截面為1m×0.5m的給料裝置，給料裝置底部設有可轉動的調節板，調節板表面設有播料風，改變調節板與水平面的夾角，在播料風的配合下，可調整燃料在爐排上的落點。針對含水率、尺寸、密度不同的燃料，通過改變其在爐排上的落點，以達到燃料烘干、燃燒、燃盡各階段的合理化。每個給料裝置前配置一臺無軸雙螺旋給料機，這種給料機沒有中軸，從而避免柔性燃料在螺旋軸上纏繞，保證燃料順利地進入爐前給料裝置。

　　3.3一二次風

　　除上述播料風可以作為二次風外，在爐膛上設置了三組二次風：后拱出口處的二次風除了促進煙氣與空氣充分混合外，還可將爐膛高溫煙氣推向前拱區，以利于燃料的預熱、干燥、引燃；布置在給料口上方的前后墻二次風，除對由爐膛下部出來的煙氣進行再次攪拌混合外，主要作用是對進入爐膛燃料的燃燒及時提供充足的空氣，提高燃燒效率。進入爐膛的生物質燃料會迅速地析出大量的揮發分，如果不能及時、充分地加入二次風，揮發分就不能及時燃盡，造成不完全燃燒熱損失。在每一組二次風風道上都裝有調節擋板，可根據燃燒工況的需要分別調節各組的風量。

　　往復爐排正下方分割為若干個風室，作為一次風的通風口，為爐排上的燃料提供一次風并冷卻爐排片。

　　3.4對流受熱面

　　針對生物質燃料燃燒后形成的飛灰易粘結的特點，該鍋爐的對流管束采用順列布置，省煤器采用鋼管式、光管順列布置，空氣預熱器采用臥式、順列布置；為防止產生低溫腐蝕，空氣預熱器管采用搪瓷管。

　　在各對流受熱面處均設置激波吹灰器，避免或減輕受熱面積灰，保證鍋爐正常、可靠地運行。

　　4運行效果

　　該鍋爐已于2018年3月16日點火運行，經過10天左右的細心調試，在燃用水分為48%～55%的木材下腳料時，能夠穩定地連續運行。在調試過程中，分別通過調整往復爐排預熱與干燥段、主燃與燃盡段的推進速度，找到了二者最佳的匹配關系，使進入爐排預熱與烘干段的新燃料在預熱、干燥、析出大部分水分的同時，能夠隨著爐排的推動及時地進入主燃與燃盡段；根據燃料在爐排上的分布情況和燃燒狀況，及時調整主燃與燃盡段的推進速度，既要防止燃料在爐排前后兩段結合部堆積、形成燃料淤滯，又要防止燃料在爐排上產生脫節現象，這樣在充分利用往復爐排有效面積的前提下，配合爐拱、二次風及爐膛的燃燒空間，有效地保證了燃料的充分燃燒。

　　監測儀表顯示的鍋爐主要運行參數為：爐膛下部溫度801～880℃，爐膛出口煙溫723～780℃，省煤器進口煙溫298～341℃，排煙溫度(空氣預熱器出口煙溫)131～146℃，鍋筒壓力1.02～1.21MPa，鍋爐蒸發量18.7～20.2t/h，給水溫度為86～102℃，鍋爐出口含氧量6.7%～7.9%。從運行實測結果來看，該鍋爐的運行數據基本達到了設計要求，用戶對鍋爐運行情況也非常滿意。

　　5結束語

　　生物質燃料作為一種可再生、環境友好型燃料，越來越受到各行業鍋爐用戶的重視。對于一些含水率高達50%以上、熱值很低的生物質燃料，用一般的生物質鍋爐很難有效地燃燒，我公司針對這些燃料水分高、熱值低的特點，設計開發的異傾角、兩段式組合往復爐排生物質鍋爐，能很好地燃燒含水分55%左右的木材加工下腳料，為廣泛地利用這類難燃生物質燃料提供了一條有效途徑。