層燃鍋爐燃煤改燒生物質顆粒燃料分析

張華軍

摘 要：近年隨著國家節能環保要求的提高，各地方高污染高耗能設備正逐步淘汰，包括燃煤鍋爐。在符合節能環保要求的鍋爐設備中（包括燃生物質鍋爐，燃油氣鍋爐等），燃生物質鍋爐，特別是在原有燃煤鍋爐基礎上改燃生物質鍋爐，具有明顯的經濟成本優勢，被多數中小微企業采納。本文就層燃鍋爐燃煤改燒生物質顆粒燃料措施進行了簡要分析。

關鍵詞：層燃鍋爐；生物質燃料；燃煤

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.071

0 引言

利用傳統燃煤鍋爐，進行燃生物質鍋爐改造，與傳統燃煤鍋爐相比，具有更高的節能環保效益，符合國家政策要求；與燃油燃氣鍋爐相比，在投資成本和運行成本上具有突出的優勢，更貼近中小微企業的需求。從整體上進行分析，目前以層燃鍋爐燃煤改燒生物質顆粒燃料，因為其與傳統燃煤的特性差異，經常會導致鍋爐出現運行缺陷、節能效果不明顯等問題。針對此為提高生物質顆粒燃料燃燒效率及確保鍋爐效率，需要基于現狀做好技術分析，采取措施來進行優化，減少安全隱患，進一步提高改造后鍋爐的能效指標，降低污染排放。

1 生物質顆粒燃料概述

生物質顆粒燃料主要為木屑、花生殼、稻殼、秸稈、棉籽殼等經過專業技術處理后，生產得到的塊狀能源，其為一種新型節能能源，在鍋爐燃燒中具有較大的發展前景。生物質顆粒燃料具有燃燒量大特點，一般發熱量可以達到3900～4800千卡/kg，碳化后發熱量則可以達到7000～8000千卡/kg[1]。與燃煤材料相比，生物質顆粒燃料純度更好控制，一般不會含有其他不產生熱量的雜物，且絕對不會含有碳矸石、石頭等雜質，具有極高的燃燒效率。另外，還具有清潔、安全以及工藝簡單等優點，與燃煤相比更清潔，鍋爐燃燒時加料方便，可以解放人力，提高工作效率。且在生物質顆粒燃料燃燒后，產生的灰燼品質也比較高，可以當做鉀肥回收利用。與傳統燃料相比，具有經濟性與環保性優勢，滿足可持續發展理念。

2 層燃鍋爐燃煤改燒生物質顆粒燃料事故分析

雖然生物質顆粒燃料，為一種新型清潔能源，且具有比較高的燃燒效率，但是因為與燃煤性能的差異，導致其在燃燒過程中，很容易造成鍋爐運行缺陷，情況嚴重的便會出現安全事故。如為降低生產成本，私自將層燃燃煤鍋爐改燒生物質燃料，未對鍋爐爐膛結構及送風系統進行改造完善，在應用后，很容易在鍋爐后管板高溫側出現脹管滲漏問題，及焊接煙管端部出現裂紋，甚至造成管板開裂[2]。

常見安全事故的發生，主要是因為生物質燃料密度較小，且結構松散度高，在燃燒過程中存在高揮發性，一般在250～350℃條件下，會將大部分揮發分析出[2]。這樣經揮發后析出的疏松焦炭便會受氣流牽引進入到煙道內部。針對此，如果層燃鍋爐由燃煤更改為燒生物質顆粒燃料，需要對鍋爐系統進行改造，并控制通風強度。在設計燃燒系統時，應遵循生物質燃料所具有的特點，適當增大爐膛容積，并要充分擾動，保證爐膛內受熱面充分。另外，為提高生物質燃料燃燒綜合效率，還需要做好各項參數的控制，如鍋爐本體各構件形狀、位置以及尺寸等，以及溫度、流速、壓力等參數，提高鍋爐燃燒安全性。

3 層燃鍋爐燃煤改燒生物質顆粒燃料工藝優化

3.1 合理選擇燃燒設備

應結合生物質顆粒燃料特性選擇燃燒設備，提高燃料燃燒效率。 一般可以選擇用循環流化床，對于規模比較小的燃燒系統，則可以選擇用拋煤機倒轉爐排，利用其所具有的層燃與懸浮燃特點，降低安全事故的發生概率。系統設計時，由爐前若干個燃料進口角度與推煤形成可調機械風力拋煤機，將提前準備好的生物質燃料拋入爐膛內部。其中顆粒較大的部分會落到爐排后部，而較小顆粒而落在爐排前部，爐排運行時由后部向前部推進，在一次風配合下燃燒，燒盡的爐渣進入到前部渣斗內。且前部比較小的燃料顆粒，在拋入爐膛時會呈現懸浮狀，通過二次風來進行充分燃燒。利用前墻二次風托送與影響，對燃燒過程進行了強化，保證拋入的所有燃料全部充分燃燒，提高鍋爐熱效率。

3.2 增設燃燒設備

層燃燃煤鍋爐結構系統設計，主要目的是滿足燃煤需求，在改燒生物質燃料時，即便是對結構進行改造，也不可能完全匹配生物質燃料燃燒需求。因此，對于鍋爐系統空間允許的情況，且經濟條件能夠達到要求，則可以采取增設燃燒設備或者燃燒室的方法，發生可燃氣體并初步燃燒，而系統原有的燃燒室則作為燃盡室應用。此種設計方法，可以最大程度上提高燃料燃燒效率，可以被應用于小型鍋爐改造。而對于鍋爐爐膛容積足夠大的情況，在進行系統改造時，則可以利用移動爐排來代替固定爐排。如果需要選擇用小型爐排，應盡量選擇用傾斜式往復爐排，減少燃燒結渣量，提高生物質顆粒燃料燃燒效果。

3.3 增設二次風系統

一般情況下，對于中小型鍋爐系統來說，設有一次風系統便可以滿足燃料燃燒需求，但是因為生物質燃料揮發性比較高，且析出時間較短與燃煤相比會在更短的時間內完成燃燒，并且多發生在爐膛空間內。為提高燃燒效率，需要對層燃燃煤鍋爐進行增設二次風系統改造，避免一次風系統不能滿足燃燒需求，通過合理的改造，來為爐膛提供充足的空氣，為燃料懸浮燃燒提供充足的氧氣[3]。其中，在增設二次風系統前，需要做好系統燃燒所需風壓與風量，并配置變頻調速風機。另外，應將二次風進口設置在爐墻不同位置，便于從不同角度來向爐內提供充足的擾動氣流，保證燃燒區內有合適的溫度，并延長可燃物與高溫煙氣在爐內停留的時間，提高燃料燃燒高效性。

4 結束語

燃生物質顆粒鍋爐與燃煤鍋爐相比，在環保性上具有較大優勢；與燃油氣鍋爐相比，在經濟成本上具有明顯優勢，因此被多數中小微企業采納。在層燃鍋爐燃煤改燃生物質過程中，為提高其應用效率，需要對燃煤鍋爐進行結構改造及系統改造，避免因為燃料間性能差異而出現運行缺陷、能耗指標降低等問題，提高生物質燃料燃燒綜合效率。

參考文獻：

[1] 畢慧杰，吳英偉，黃芝.層燃鍋爐燃煤改燒生物質顆粒燃料的探討[J].節能，2009，01：27-29.

[2] 孟豐平，樓錦杰.層燃燃煤鍋爐改燒生物質燃料引起的事故分析[J].工業鍋爐，2009，01：51-53.

[3] 畢慧杰，吳英偉，黃芝.區域供熱鍋爐房燃煤改燒生物質顆粒燃料的工藝改造[J].區域供熱，2010，01：35-39.