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朱性貴，張本峰，朱迎紅，范子久
（河南心連心化學工業集團股份有限公司，河南新鄉453731）
摘要：據生物質燃料（糠醛渣）的理化特點，結合以往的手燒爐、鏈條爐、差速床鍋爐等燃燒方式的缺陷及問題，河南心連心化學工業集團股份有限公司與鍋爐制造企業共同研究開發出35t/h次高壓中溫循環流化床鍋爐（2臺），并配套12MW抽凝式汽輪發電機組。簡介本生物質（糠醛渣）鍋爐的設備參數、糠醛渣的特性、鍋爐系統結構與流程，詳細介紹試運行過程中陸續對鍋爐返料系統、給料系統、排料系統、脫硝系統等進行的一系列優化改造，以及改造后的運行情況。實際應用情況表明，新型生物質（糠醛渣）鍋爐在不摻燒其他任何燃料的工況下實現了滿負荷、穩定運行，年發電凈利潤超過300萬元，年可消耗糠醛渣200kt，并在業內首次實現了生物質（糠醛渣）鍋爐煙氣的超低排放，實現了經濟效益和環保效益的雙豐收，值得在糠醛生產行業全面推廣應用。
0引言
河南心連心化學工業集團股份有限公司（簡稱河南心連心）產品以化肥（尿素、復合肥）為主，同時生產甲醇、二甲醚、三聚氰胺、糠醇、糠醛（產能50kt/a）等。在糠醛的生產過程中會產生糠醛渣這一固體廢物，受環保政策日益嚴苛的影響，固體廢物的處理途徑越來越少。為解決這一難題，河南心連心決定用鍋爐對糠醛渣進行燃燒處理，產生的蒸汽供化肥生產系統使用，以實現變廢為寶的目的。
業內曾經采用過固定爐排手燒爐、鏈條爐、差速床鍋爐等多種鍋爐來處理糖醛渣，但均存在燃燒效率低、排放超標、系統腐蝕嚴重、受熱面集灰等問題，后來逐步淘汰。而今國內能源形勢、環保形勢越來越嚴峻，開發一種實用的新型生物質（糠醛渣）循環流化床鍋爐[簡稱生物質（糠醛渣）鍋爐]勢在必行。鑒于循環流化床鍋爐具有燃料適應性強、不易結渣、環保指標較好等諸多優點，初步分析認為比較適合燃燒處理糠醛渣。
1新型生物質（糠醛渣）鍋爐的研發
1.1生物質（糠醛渣）鍋爐普遍存在的問題
近年來，山東、河北等地的部分糠醛生產企業陸續開始走熱電聯產的道路，但在生物質（糠醛渣）鍋爐的開發過程中都存在一定的問題：①鍋爐燃燒效率低；②糠醛渣后燃性強，經常燒壞除塵器布袋，造成尾氣煙塵排放超標；③系統腐蝕嚴重，無法長周期運行；④糠醛渣含水率高，無法保證爐床溫度，造成頻繁停爐；⑤為保證燃燒，需添加其他燃料維持運行，違背生物質（糠醛渣）鍋爐應用的初衷；⑥NOx及SO2原始排放濃度高，不易實現達標排放。
1.2新型生物質（糠醛渣）鍋爐的特點
結合生產實際，在保證生物質（糠醛渣）燃料及時干燥和有效燃燒的同時，新開發的專用循環流化床鍋爐主要需具備以下特點。
?。?）給料系統采用螺旋給料機，保證系統密封性良好，避免糠醛渣逸出而造成二次污染。
?。?）改變燃煤鍋爐的給料方式，將燃料入爐位置抬高，布置在爐膛稀相區；增高爐膛高度，以保證物料在爐膛內的停留時間。
（3）旋風分離器錐段加長、角度加大，避免堵塞。
（4）調整一、二次風比例，保證糠醛渣充分干燥并保證床層溫度。
（5）結合燃料特性，降低料層差壓和用氧量，并選取合理的爐床溫度（一般穩定在800~850℃），分級燃燒，減少NOx及SO2的生成。
?。?）鍋爐中后部設置膜式壁包墻結構空置煙道，使未燃燼的物料在煙道內沉降，以解決糠醛渣的后燃問題。
?。?）爐膛、過熱器、省煤器等多處均采用膜式壁或膜式壁包墻結構，保證換熱效果及提高鍋爐熱效率。
?。?）空氣預熱器低溫段列管采用內鍍搪瓷結構，降低腐蝕風險。
2新型生物質（糠醛渣）鍋爐簡況
在充分考慮糠醛渣物料特性的前提下，河南心連心與鍋爐制造企業共同研制開發新型生物質（糠醛渣）循環流化床鍋爐（鍋爐制造企業負責提供鍋爐設計圖紙，河南心連心負責提供工藝指標需求）——35t/h次高壓中溫循環流化床鍋爐（2臺），并配套12MW抽凝式汽輪發電機組，建成后可消耗糠醛渣200kt/a。2017年4月完成圖紙設計，2017年12月完成建設工作，2018年3月進行試生產，2018年4月進行技改，2018年5月生物質（糠醛渣）鍋爐運行正常。
2.1新型生物質（糠醛渣）鍋爐設備參數
鍋爐所用燃料——糠醛渣密度為500~640kg/m3、粒徑2~5mm。設計燃料收到基高位發熱量2147kcal/kg；設計鍋爐額定蒸發量35t/h，額定蒸汽壓力5.3MPa，額定蒸汽溫度450℃，給水溫度104℃，排污率2%，設計熱效率87%。
鍋爐外形參數：爐膛寬度（兩側水冷壁管子中心線間距離）4235mm，爐膛深度（前后水冷壁中心線間距離）4025mm；鍋筒中心線標高34080mm，鍋爐頂板標高35180mm；鍋爐寬度8400mm、鍋爐深度22430mm（靠近煙道的一側為后墻，遠離煙道的一側為前墻，從后墻方向看，左右側分別為左側墻、右側墻，左右側墻之間為鍋爐的寬度，前后側墻之間為鍋爐的深度）。
2.2燃料特性（表1）
2.3鍋爐系統簡述
本生物質（糠醛渣）鍋爐采用中溫次高壓參數、自然循環、固態排渣，是一個單鍋筒、單爐膛布置以及平衡通風的循環流化床鍋爐，爐架采用全鋼結構且島式半露天布置。鍋爐爐膛采用膜式壁，全懸吊結構，所有重量均作用于頂板梁上，保證鍋爐運行狀態下膜式壁自由向下膨脹。鍋爐中部為旋風分離器及返料裝置，鍋爐中后部采用含包墻膜式壁結構的煙道。鍋爐尾部上半部為包墻膜式壁，內置高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器；下部布置5組空氣預熱器，采用列管結構，最下端2組空氣預熱器管束為內鍍搪瓷管。
送風系統分為一次風和二次風，一次風經空氣預熱器加熱后用于鍋爐床料燃燒；二次風經空氣預熱器加熱后從爐膛中部進入，形成擾動風，促進床料循環。主蒸汽經鍋筒導汽管、低溫過熱器、減溫器、高溫過熱器、匯汽集箱送至汽輪發電機發電。
生物質（糠醛渣）鍋爐系統流程如圖1。
3新型生物質（糠醛渣）鍋爐的優化改進
糠醛渣作為一種新型的生物質能，目前國內還沒有較成熟的燃燒處理經驗可供參考，因此，試運行過程中結合現場實際情況，我們對鍋爐系統進行了多項技改，最終達到了系統滿負荷、長周期運行的目的。
3.1返料器改造
3.1.1初始運行狀況
糠醛渣易粘結，初始運行時鍋爐返料器粘灰嚴重，經常因返料器堵塞而造成返料中斷，導致鍋爐頻繁啟停，返料中斷在停爐原因（次數）中占比超過五成，不能保證鍋爐的長周期運行。
3.1.2改造措施及效果
?。?）在返料系統各易粘灰部位增設空氣炮。
（2）在回料道增設輸送風，加快灰的循環速度。
?。?）在原兩路返料風（松動風和返料風）管線上增設閥門及壓力表、流量表，通過調節閥門的開度來調節返灰速度。通過上述改造及調整后，返料系統運行穩定，保證了鍋爐的穩定運行。
3.2給料機改造
3.2.1初始運行狀況
（1）原設計二次給料使用的是螺旋給料機，運行中螺旋給料機常出現軸承脫落或斷裂、絞籠卡死（不轉）等現象，在鍋爐提負荷（增大給料量）后，螺旋給料機的問題更加嚴重，螺旋葉片上粘料嚴重，無法適應鍋爐滿負荷生產需要。
（2）下料立管管壁粘料嚴重，經常出現堵塞現象，嚴重影響鍋爐的穩定運行。
（3）密封皮帶機電機過小，密封皮帶上燃料多時，電機帶不動皮帶傳動送料；密封皮帶停運后再次啟動時，皮帶需人為協助才能轉動。
?。?）現場漏渣嚴重，環保風險大。
3.2.2改進措施及效果
取消螺旋給料機，改用斜管，糠醛渣由給料皮帶直接進入斜管而送入爐膛，斜管中間增設空氣炮防堵。
給料系統優化改造后，不僅滿足了鍋爐滿負荷、長周期運行的需要，而且還減少了運轉設備的故障隱患和日常的維護、保養費用；單爐負荷較改造前增加約5t/h，2臺鍋爐均能夠實現滿負荷運行；下料管堵塞及密封皮帶電機帶不動傳送皮帶、現場漏渣等問題得到徹底解決，降低了環保風險。
3.3冷渣系統改造
3.3.1初始運行狀況
冷渣系統下料不順暢，冷渣機廠家對2臺冷渣機進口處作了改造之后，下渣管堵料現象有所改善，但仍有不下料和向外噴料的現象，危及現場操作人員的人身安全。
3.3.2改進措施及效果
?。?）對冷渣機進口部位重新進行改造，下渣管插板向上抬高30cm左右，并將下料口密封，防止噴料傷人。
?。?）取消爐膛內冷渣機進渣下料管口3個原有風帽，改為定向風帽。
（3）爐膛底部增設2根φ159mm下渣管，下接冷渣機，系統運行中通過這2根下渣管將不能流化的大顆粒物料排出爐膛。
冷渣系統改造后，爐膛底部排渣口可以將爐內不流化的大顆粒物料排出，避免鍋爐因物料流化不良而停爐，減少了停爐次數，保證了鍋爐的穩定運行。
3.4儲料棚料坑改造
拆除2臺螺旋給料機，增設2臺振動電機（通過電機的振動作用防止下料不暢），中間保留1臺撥料器。經運行確認，撥料器一般情況下處于停運狀態，料量大時隨振動電機短暫啟動，防止物料堵塞。
3.5脫硝系統改造
3.5.1初始運行狀況
在線監控數據達到超低排放要求是鍋爐環保運行的必要條件。試運行期間，在線NOx監測數據達不到NOx超低排放（≤50mg/m3）的要求——氨水滴度在200以上、NOx初始濃度在120mg/m3左右時，通過脫硝系統的處理最多可將NOx排放濃度降至60mg/m3左右。
3.5.2改造措施及效果
?。?）添加不同比例的惰性物料，以試驗惰性物料對脫硝效率的影響。
?。?）通過試驗，調整一/二次風配比等，以提高脫硝效率。
采用添加（一定比例的）惰性物料、調整一/二次風配比等一系列舉措后，最終實現了NOx的超低排放——NOx在線監測數據在30mg/m3以下，且氨水滴度由210降至150，大大降低了脫硝成本，煙氣中SO2含量也達到超低排放要求，節省了脫硫成本。
3.6針對受熱面積灰的改造
3.6.1初始運行狀況
由于鍋爐系統煙道阻力過大，在停爐后檢查發現，屏式過熱器、高溫過熱器及下部灰斗、空氣預熱器及下部灰斗積灰較多，不僅增大了煙道的阻力和引風機負荷，而且也降低了各受熱面的換熱效果及鍋爐熱效率，對鍋爐的長周期運行造成較大影響。
3.6.2改造措施及效果
?。?）采用激波吹灰器對積灰較嚴重部位定時吹灰，增加高溫過熱器和空氣預熱器（底部2組）的吹灰次數。
（2）在包墻底部增設4個空氣炮。
改造措施實施后，各受熱面換熱效果及鍋爐熱效率得到提高，排灰順暢，降低了系統阻力，避免了因包墻底部灰多、阻力大而導致的停爐。
4運行情況及效益分析
4.1運行情況
經過近半年的運行及相關改造，目前生物質（糠醛渣）鍋爐已實現長周期、穩定運行，其運行數據見表2。
4.2效益分析
生物質（糠醛渣）鍋爐試運行過程中，經陸續進行返料系統、給料系統、排料系統、脫硝系統等多項改造后，目前鍋爐已完全達到設計要求，在不摻燒任何其他燃料（純燒糠醛渣）的工況下實現了滿負荷、穩定運行，且在業內第一家實現了生物質（糠醛渣）鍋爐煙氣大氣污染物超低排放——煙塵濃度＜5mg/m3、SO2濃度＜20mg/m3、NOx濃度＜30mg/m3；經測算，每年可為公司提供5.3MPa蒸汽500kt以上、向糠醛裝置輸送1.3MPa蒸汽200kt以上，每年發電7200×104kW·h、發電凈利潤超過300萬元，實現了經濟效益和環保效益的雙豐收。
5結束語
經過30多年的發展，目前國內已有各類糠醛生產企業300多家，各糠醛生產企業都在摸索更好的糠醛渣處理途徑，現階段作為生物質能燃料開發熱電聯產項目是解決糠醛渣去向的最好方案，這對于改善當地儲運、保護大氣環境、發展經濟、提高環保效益意義重大，尤其是對主要糠醛生產企業集聚區如黑龍江、河南、河北、東北、山東等地，全面推廣生物質（糠醛渣）循環流化床鍋爐具有重大的經濟、環保與社會意義。 |
