生物質燃料鍋爐的運行與管理

陳廷秀

（鄭州鐵路局鄭州房屋修建中心，河南 鄭州 450052）

1 概述

鄭州隴海院鍋爐房原有在用鍋爐額定蒸發量為一臺4t／h的燃煤蒸汽鍋爐一臺，主要為鄭州隴海院鐵路招待所、鐵路運輸檢察院、鐵路運輸法院等辦公房屋和北側三棟職工住宅樓提供冬季采暖用蒸汽。由于燃煤鍋爐除了產生煙塵污染大氣環境之外，還會產生二氧化硫并引起酸雨污染，這種污染危害極大，是燃煤鍋爐污染防治的重點。2009年根據鄭州市人民政府辦公廳《關于推進燃煤鍋爐潔凈燃料改造的通知》鄭政辦文〔2007〕69號文件“建成區內10蒸噸以下燃煤鍋爐按計劃逐步拆除、改用清潔能源或潔凈燃料；在本市市區內，集中供熱與天然氣無法滿足需要的用戶，其燃煤鍋爐可改用生物質燃料替代燃煤?！钡扔嘘P要求，將原鍋爐房內安裝的一臺4t／h燃煤蒸汽鍋爐拆除，安裝二臺2t／h的生物質燃料蒸汽鍋爐（一用一備），以取代原有的燃煤蒸汽鍋爐，用于冬季供暖用汽。

2 生物質顆粒燃料的原料來源、加工工藝流程和特點

生物質顆粒燃料的原料來源主要是以木屑、秸稈為原料，經過專業機械、特殊工藝，在無任何化學添加劑的情況下，高壓低溫壓縮加工成型的顆粒狀燃料。目前使用比較廣泛的生物質顆粒燃料是秸桿顆粒燃料。

加工工藝流程為：粉碎-干燥-攪拌-輸送-成型-冷卻-檢測-包裝-成品入庫-銷售。

生物質顆粒燃料的特點：成型后的燃料體積是原料體積的1/30～40；比重是原料的10～15倍，水分在12%～18%之間（一般煤的水分在10%以下）；低位發熱量可達3500～4500大卡（二類煙煤的低位發熱量是3700-4700大卡/千克）；灰分小于10%（煤的灰分在20%以上）；揮發分≥65.62%（二類煙煤的揮發分≥20%）。生物質燃料屬可再生清潔能源,與風能、太陽能等同屬可再生能源,資源豐富,可保證能源的永續利用。生物質燃料的硫含量、氮含量低，燃燒過程中生成的SOX、NOX較少。

3 生物質燃料鍋爐的基本原理

生物質燃料鍋爐是采用高密度的壓縮成型生物質作為鍋爐的燃料，由于燃料的壓縮密實，限制了揮發分溢出速度，所以生物質燃料燃燒主要由下面幾個條件控制:一定的溫度；一定量的空氣(氧氣)；燃料與空氣(氧氣)的混合程度；燃料中的可燃物與空氣中的氧氣進行劇烈的化學反應時間。由于生物質燃料的燃點比煤低。煤的燃點為400～500℃，生物質燃料的燃點為250℃，其溫度的提高由點火熱供給。生物質燃料的燃燒過程是燃料中的可燃成分與空氣中的氧劇烈化合并放出熱量的過程。因而氧氣的供給量決定燃燒反應的過程，通過對供氧量的控制，可以很好地控制燃燒反應。另外，生物質燃料含有一定的水分，并且生物質燃料是經過壓縮成型的，它的壓縮密實，限制了揮發分溢出速度，不易著火燃燒和形成黃色明亮的火焰，容易冒黑煙。所以現運行的生活及工業鍋爐的結構不適合直接使用生物質顆粒燃料，若不加改造直接使用生物質顆粒燃料，鍋爐將出現嚴重冒黑煙、效率低、有粉塵污染等現象。因此，燃用生物質顆粒燃料鍋爐需要加裝專門的送風設施，在充分保證燃燒生物質“顆?！惫┭趿康囊笙?，鍋爐進風量可以進行調整。生物質顆粒燃料鍋爐的技術關鍵是：高密度生物質“顆粒”壓縮成型加工設備與連續性生產的自動生產線、鍋爐結構、燃燒方式、換熱方式、送風方式突破傳統模式。

4 生物質燃料鍋爐的運行

生物質燃料鍋爐的運行與燃煤鍋爐的運行一樣，根據不同的鍋爐規格和型號設置不同的燃燒設備。但由于生物質顆粒燃料是是經過壓縮成型的，水分大、密度高、揮發分溢出速度慢，不易著火燃燒，容易冒黑煙。所以要保證生物質燃料燃燒完全，即：要使燃燒設備與所用燃料相適應；要從提高爐膛溫度、改善燃燒來減少不完全損失；要從燃料空氣比例，煤層厚度，爐排速度，爐膛負壓和過量空氣系數等來進行調節和控制；在運行中要加強檢查、維護和保養。

因此，可以采取以下措施以提高鍋爐最大的熱效率。為了提高爐膛溫度，便于生物質燃料的揮發分迅速溢出，對所安裝的生物質燃料鍋爐加裝了專門的送風設施，在充分保證燃燒生物質“顆粒”供氧量的要求下，鍋爐進風量可以進行調整。在將生物質燃料加入到鍋爐爐膛內時，為了便于往料斗里進料，采用了不同于以往燃煤鍋爐的上煤方式。燃煤鍋爐的上煤方法是由上煤機或傳送煤裝置直接將煤倒入煤斗里，經由煤閘門和鏈條爐排進入到爐膛里進行燃燒。而生物質燃料在經由煤斗和煤閘門時，由于生物質燃料顆粒比煤大，在通過煤閘門時，由于顆粒之間相互碰撞阻力較大，而且燃料顆粒由于體積比煤大，進入煤閘門時容易被擋住，所以在燃料斗里通過煤閘門的燃料層厚度不均勻，不利于燃燒。所以為了解決這個問題，把原來進燃料斗用的敞口式料斗制作成密閉式料斗，在料斗里直接加裝一個可以手動調節燃料層厚度的閘門。燃料經由地面下儲料斗→螺旋式上料機→輸料管→密閉式料斗→煤閘門→鏈條爐排→鍋爐。在經過調節燃料層厚度的閘門時，燃料也遇到相互碰撞的阻力、顆粒燃料體積大容易被煤閘門擋住的現象。但由于燃料在輸料管內輸送的過程中，是在螺旋上料機的螺旋軸外力的轉動下進入料斗的，在螺旋軸外力的推動下可以克服燃料相互碰撞的阻力，以使燃料順利進通過煤閘門，在鏈條爐排的轉動下進入到鍋爐內而進行燃燒。

由于生物質燃料是經過高壓低溫壓縮加工成型的顆粒狀燃料，水分大，體積大，燃料之間相互碰撞阻力大，所以在安裝螺旋式上料機時要注意以下幾個方面：螺旋式上料機安裝時，輸料管與地面下儲料斗連接時要有一定的傾斜角度。但為了節約鍋爐房占地面積，同時又符合鍋爐房設計規范的工藝布置要求，所以輸料管的傾斜角≤60°為宜。在燃料經過螺旋式上料機的螺旋軸轉動下通過輸料管進入到密閉式料斗時，由于燃料層厚度受煤閘門的限制。因此，為了避免燃料進入的太多，造成燃料在密閉式燃料斗和輸料管內積壓，并影響燃料通過煤閘門?？梢栽诼菪缴狭蠙C最上端與密閉式料斗連結的輸料管最上端位置開一個檢查孔，并安裝一個行程開關對螺旋式上料機電動機的啟動、停止進行自動控制。當密閉式料斗和輸料管內的燃料積壓時，可以自動切斷螺旋式上料機電動機電源，而使螺旋式上料機停止工作；當密閉式燃料斗和輸料管內的燃料缺少時，自動連接螺旋上料機電動機電源，使螺旋上料機開始工作，往輸料管和密閉式料斗內輸送燃料。由于生物質燃料是高揮發分燃料，燃料的燃燒速度比煤快，并且燃料所含的灰分比煤低，燃料的燃盡率比煤高。生物質燃料的燃盡率可達到96%，而煤的燃盡率在85～94%之間。所以生物質燃料在燃爐中的燃燒溫度能達到1060℃以上。因此，根據鍋爐負荷情況，正確調整生物質燃料層的厚度及爐排的轉速，是為了最大的提高鍋爐熱效率的一項措施。一般燃煤鍋爐的煤層厚度控制在100～140毫米之間，負荷高時加高煤層厚度，負荷低時減低煤層厚度。爐排機轉速一般情況下可控制在250～400轉／分鐘，最高不超過450轉／分鐘，以維持煤燃料的足夠燃燼時間。而生物質燃料的燃點低、揮發分高，燃燒速度快、燃盡率高、燃燒溫度高。所以根據鄭州隴海院鍋爐房所安裝的生物質燃料鍋爐經過一個采暖期運行來看，我們認為生物質燃料鍋爐的煤層厚度一般控制在130～150毫米之間，負荷高時可加高燃料層厚度，負荷低時減低燃料層厚度。爐排機轉速一般情況下可控制在300～500轉／分鐘，最高不超過550轉／分鐘。以便維持生物質燃料足夠的燃燼時間。如果爐排機的轉速過慢，容易引起倒燃而使燃料斗里的燃料著火。所以在鍋爐運行時要隨時觀察爐排上燃料燃燒的情況，如發現燃料斗里的燃料有著火現象，應及時加大爐排機轉速，以消除燃料斗里的燃料著火情況。

5 生物質燃料鍋爐的管理

由于生物質燃料具有揮發分高，燃點低、燃盡率高、灰分少的特點，所以為了保證鍋爐燃燒正常運行，在運行時須注意以下幾點：根據鍋爐運行時實際燃料的消耗量調整上料機的燃料供給量。高溫裂解室內（爐膛內）燃料未燃盡，鼓、引風機不得停止運行。運行中突然停電時，必須及時清除高溫裂解室內（爐膛內）的燃料。停爐前，不得再添加生物質燃料。停爐時，無需封火，爐排上燃料燃盡后，鼓、引風機方可停止運行。每班檢查傳動機構運行情況及減速機內的油位是否正常。定期清理折煙室內和煙管內積灰和灰渣。高溫裂解室內（爐膛內）的配氧參數在鍋爐安裝調試好后，請勿亂動。鍋爐操作人員必須責任心強，按操作規程進行作業。

6 生物質燃料鍋爐與燃煤鍋爐的技術、經濟指標分析

通過對生物質燃料鍋爐與燃煤鍋爐的技術、經濟指標進行分析，可以對生物質燃料鍋爐的主要技術性能有進一步的了解，同時也為生物質燃料鍋爐安裝選型提供一個具有科學價值的參考依據，以達到降低生物質燃料鍋爐運行成本、提高經濟效益和社會效益的目的。

說明：該生物質燃料鍋爐和燃煤鍋爐主要技術、經濟指標分析以鄭州隴海院鍋爐房原安裝的燃煤鍋爐和在2009年改造安裝后的生物質燃料鍋爐為例，鍋爐運行時間為一個采暖期120日。燃料消耗量、熱效率、燃料發熱量、煙塵濃度以有關部門測試的評價報告數據為準。

7 結論

從鄭州隴海院鍋爐房安裝的生物質燃料鍋爐運行一個采暖期情況來看，生物質燃料鍋爐具有以下優點：鍋爐燃燒穩定，起火快、火焰高、上氣快，運行狀態良好。鍋爐熱效率等指標均達到和符合JB/T10094-2002《工業鍋爐通用技術條件》的要求。改變以往的燃燒方式，沒有異味、煙塵及大量的渣排量。燃燒生物質燃料能使鍋爐房內環境潔凈，并且經煙塵測試環保達標。盡管生物質燃料鍋爐的燃料費用比燃煤鍋爐的燃料費用高，但生物質燃料的燃盡率比煤的燃盡率高，這樣可以增加一部分燃料發熱量進行彌補。

由此可見，生物質燃料作為鍋爐燃料，是替代天然氣、液化石油氣、電、煤等的理想燃料，使用前景廣闊，并具有良好的社會效益、經濟效益和環境效益。

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