|
韓曉多
（黑龍江歲寶熱電有限公司，黑龍江哈爾濱150300）
摘要：簡述了循環流化床鍋爐工作原理和特點，稻殼的輸送方式，生物質顆粒上料流程，生物質的特性和燃燒過程及燃燒后結焦與積灰、焦油的防治。
前言
隨著國民經濟快速發展，能源消耗迅速增長，石化燃料資源日益耗盡，利用可再生資源已是國民經濟可持續發展的重大課題。隨著科學技術的不斷進步，燃燒生物質燃料的熱電企業如雨后春筍般涌現出來，而對于已經服役的電站鍋爐，要想使生物質燃料得到充分的利用，是擺在從業人員面前的重大課題。本文對充分利用秸稈、稻殼等可再生資源,在循環流化床鍋爐的應用進行分析。
1生物質燃料的燃燒特性
1.1含碳量較少，含固定碳少，稻殼燃料的熱值也較低，放熱量少，需要增加燃料量。
1.2含氫量稍多，揮發份明顯較多，生物質燃料易被引燃，燃燒初期，揮發分析出量較大，在空氣和溫度不足的情況下易產生鑲黑邊的火焰。
1.3含氧量多，氧量是燃料中的雜質，由于生物質燃料的密度小，投入爐膛內的燃料量較大，故在燃燒時需要空氣量相對多一些，才能使物料能完全燃燒。
1.4密度小，這類燃料易于燃燒和燃燼，灰渣中殘留的碳量較少。
2稻殼燃料的燃燒過程
稻殼燃料的燃燒過程同樣也是強烈的熱化學反應，除燃料的存在外，發生燃燒必須有足夠的熱量供給和適當的空氣供應。可以分作：燃燒的準備階段（揮發分析出）、焦炭（固定碳）燃燒階段、燃盡階段。當稻殼和生物質顆粒的混合燃料（以下簡稱為燃料）送入爐膛后，首先吸收爐內熱量，燃料中的水分蒸發，揮發分逸出，當燃料被加熱到某一溫度時，即開始著火燃燒，進入燃燒階段。首先是揮發分著火燃燒，并放出大量熱對焦炭直接加熱，使焦炭也迅速燃燒起來。
燃燒階段是一個強烈的放熱階段，此階段的燃燒速度主要取決于燃料與氧的化學反映速度和與空氣的接觸速度。當爐內溫度很高、氧氣供應充足而又與燃料混合強烈和均勻時，燃燒速度就快；反之，則燃燒速度主慢。隨著燃燒的進行，未燃盡而被灰包圍著的少量固定炭在燃盡階段繼續燃燒，直到燃盡。以上三個階段是連續無界限的，同時也是相互交錯進行的。
稻殼燃料的密度小，結構比較松散，揮發分含量高，在250℃時熱分解開始，在325℃時就已十分活躍，350℃時揮發分就能析出80%。可以看到，揮發分析出時間較短，若空氣供應不當，有機揮發物容易不被燃燼而排出，排煙為黑色，嚴重時為濃黃色煙。所以，在設計燃用生物質燃料，必須有足夠的擴散型空氣供給，燃燒室必須有足夠的容積和一定的攔火，以便有足夠的燃燒空間和燃燒時間。
揮發分逐漸析出和燃燒后，燃料的剩余物為疏松的焦碳，氣流運動會將一部分炭粒裹入煙道，形成黑絮，所以通風過強會降低燃燒效率。固定炭燃燒受到灰分包裹和空氣滲透較難的影響，易有殘炭遺留。在循環流化床中，由于二級破碎的因素，可以很好地解決此問題。
從上述分析看出，稻殼燃料在直接燃燒時存在揮發分逸出過快、空氣供給量和供給方式在第一階段有所不同等問題。這些問題在一般的爐型中不易解決。高密度的壓縮成型生物質顆粒燃料，由于它壓縮密實，限制了揮發分逸出速度，加之空氣流動通有一定的通道而比較均勻，燃燒過程相對較穩定，可以改善需氧量大起大落的波動。
鍋爐燃燒生物質燃料后，改變了鍋爐原有的燃燒狀況。由于生物質的揮發份較高，極易引燃，為保持燃料的充分燃燒奠定了基礎，故在很大程度上提高了混合燃料的燃燼度。
3鍋爐床料的解決辦法
以石英砂作為鍋爐的輔助燃料，這樣既能通過石英砂吸收稻殼在燃燒過程中產生的熱量控制床溫，也能滿足循環流化床鍋爐的底料要求，同時降低了成本。經過合理配風，精心調整，生物質燃料能達到完全燃燒，鍋爐負荷、主汽溫度、壓力、排煙溫度及灰渣含碳量等主要指標均達到原設計要求。
4防止結焦及焦油產生的方法
4.1鍋爐易結焦的部位是對流過熱器、高溫省煤器，在實際工作中可以通過通過在生物質燃料中摻配一定比例的CaO，來控制灰熔點，可按比值（SiO2+Al2O3）/CaO來判定，當該值在1.6～2.13之間時灰熔點最低。對于固態排渣爐來說，只要不在該值范圍內即可；運行中控制爐膛溫度低于軟化溫度100℃以上，循環流化床鍋爐運行時的爐膛溫度900～1000℃，而生物質燃料的灰的軟化溫度非常高，高于爐膛溫度400℃以上，所以燒100%的生物質顆粒也不易結焦。
4.2焦油是生物質在氣化過程中不可避免的副產物。由于焦油在高溫時呈氣態，與可燃氣體完全混合并燃燒；對一般生物質而言，在500℃左右時焦油產物最多，高于或低于這一溫度焦油都相應減少；而鍋爐爐膛溫度大于800℃，且有富氧燃燒區域，產生的少量焦油能在爐膛內燃燼，所以其對鍋爐尾部受熱面的影響是不大的。
5生物質燃料對尾部受熱面的磨損問題
生物質燃料的灰中含有大量的SiO2，對鍋爐尾部受熱面的磨損影響很大，在設備本身采取最有效的辦法是加裝防磨瓦。運行中可以通過減小煙氣流速和減小飛灰顆粒直徑來控制。
結束語
生物質是可再生的，對環境友好的潔凈能源，除了傳統的直接燃燒外，近年來發展了生物質熱解、氣化、快速熱解液化、制氫等有發展潛力的技術路線，每種路線又采用了諸如固定床、流化床、移動床、氣流床等工藝過程，形成了一個豐富多彩的技術門類。
參考文獻
[1]陳克仁.循環流化床鍋爐設計、調試、運行與檢修維護技術實用手冊[M].北京：當代中國音像出版社. |
