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(fā)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(cè)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(chǎn)生煙塵污染大氣環(huán)境之外，還會產(chǎn)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(jù)鄭州市人民政府辦公廳《關(guān)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(qū)內(nèi)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(qū)內(nèi)，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(zhì)燃料替代燃煤?！钡扔嘘P(guān)要求，將原鍋爐房內(nèi)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(zhì)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(zhì)顆粒燃料的原料來源、加工工藝流程和特點

生物質(zhì)顆粒燃料的原料來源主要是以木屑、秸稈為原料，經(jīng)過專業(yè)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(zhì)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(zhì)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(fā)熱量可達3500～4500大卡（二類煙煤的低位發(fā)熱量是3700-4700大卡/千克）；灰分小于10%（煤的灰分在20%以上）；揮發(fā)分≥65.62%（二類煙煤的揮發(fā)分≥20%）。生物質(zhì)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(xù)利用。生物質(zhì)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(zhì)燃料鍋爐的基本原理

生物質(zhì)燃料鍋爐是采用高密度的壓縮成型生物質(zhì)作為鍋爐的燃料，由于燃料的壓縮密實，限制了揮發(fā)分溢出速度，所以生物質(zhì)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(zhì)燃料的燃點比煤低。煤的燃點為400～500℃，生物質(zhì)燃料的燃點為250℃，其溫度的提高由點火熱供給。生物質(zhì)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(zhì)燃料含有一定的水分，并且生物質(zhì)燃料是經(jīng)過壓縮成型的，它的壓縮密實，限制了揮發(fā)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(xiàn)運行的生活及工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)不適合直接使用生物質(zhì)顆粒燃料，若不加改造直接使用生物質(zhì)顆粒燃料，鍋爐將出現(xiàn)嚴重冒黑煙、效率低、有粉塵污染等現(xiàn)象。因此，燃用生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐需要加裝專門的送風設(shè)施，在充分保證燃燒生物質(zhì)“顆?！惫┭趿康囊笙?，鍋爐進風量可以進行調(diào)整。生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的技術(shù)關(guān)鍵是：高密度生物質(zhì)“顆?！眽嚎s成型加工設(shè)備與連續(xù)性生產(chǎn)的自動生產(chǎn)線、鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒方式、換熱方式、送風方式突破傳統(tǒng)模式。

4 生物質(zhì)燃料鍋爐的運行

生物質(zhì)燃料鍋爐的運行與燃煤鍋爐的運行一樣，根據(jù)不同的鍋爐規(guī)格和型號設(shè)置不同的燃燒設(shè)備。但由于生物質(zhì)顆粒燃料是是經(jīng)過壓縮成型的，水分大、密度高、揮發(fā)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(zhì)燃料燃燒完全，即：要使燃燒設(shè)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(shù)等來進行調(diào)節(jié)和控制；在運行中要加強檢查、維護和保養(yǎng)。

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(zhì)燃料的揮發(fā)分迅速溢出，對所安裝的生物質(zhì)燃料鍋爐加裝了專門的送風設(shè)施，在充分保證燃燒生物質(zhì)“顆?！惫┭趿康囊笙?，鍋爐進風量可以進行調(diào)整。在將生物質(zhì)燃料加入到鍋爐爐膛內(nèi)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(jīng)由煤閘門和鏈條爐排進入到爐膛里進行燃燒。而生物質(zhì)燃料在經(jīng)由煤斗和煤閘門時，由于生物質(zhì)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(diào)節(jié)燃料層厚度的閘門。燃料經(jīng)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(jīng)過調(diào)節(jié)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(xiàn)象。但由于燃料在輸料管內(nèi)輸送的過程中，是在螺旋上料機的螺旋軸外力的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動下進入到鍋爐內(nèi)而進行燃燒。

由于生物質(zhì)燃料是經(jīng)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(jié)約鍋爐房占地面積，同時又符合鍋爐房設(shè)計規(guī)范的工藝布置要求，所以輸料管的傾斜角≤60°為宜。在燃料經(jīng)過螺旋式上料機的螺旋軸轉(zhuǎn)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(nèi)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(jié)的輸料管最上端位置開一個檢查孔，并安裝一個行程開關(guān)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(nèi)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(nèi)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(nèi)輸送燃料。由于生物質(zhì)燃料是高揮發(fā)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(zhì)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(zhì)燃料在燃爐中的燃燒溫度能達到1060℃以上。因此，根據(jù)鍋爐負荷情況，正確調(diào)整生物質(zhì)燃料層的厚度及爐排的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速一般情況下可控制在250～400轉(zhuǎn)／分鐘，最高不超過450轉(zhuǎn)／分鐘，以維持煤燃料的足夠燃燼時間。而生物質(zhì)燃料的燃點低、揮發(fā)分高，燃燒速度快、燃盡率高、燃燒溫度高。所以根據(jù)鄭州隴海院鍋爐房所安裝的生物質(zhì)燃料鍋爐經(jīng)過一個采暖期運行來看，我們認為生物質(zhì)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(zhuǎn)速一般情況下可控制在300～500轉(zhuǎn)／分鐘，最高不超過550轉(zhuǎn)／分鐘。以便維持生物質(zhì)燃料足夠的燃燼時間。如果爐排機的轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)燃料斗里的燃料有著火現(xiàn)象，應及時加大爐排機轉(zhuǎn)速，以消除燃料斗里的燃料著火情況。

5 生物質(zhì)燃料鍋爐的管理

由于生物質(zhì)燃料具有揮發(fā)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(jù)鍋爐運行時實際燃料的消耗量調(diào)整上料機的燃料供給量。高溫裂解室內(nèi)（爐膛內(nèi)）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(nèi)（爐膛內(nèi)）的燃料。停爐前，不得再添加生物質(zhì)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(gòu)運行情況及減速機內(nèi)的油位是否正常。定期清理折煙室內(nèi)和煙管內(nèi)積灰和灰渣。高溫裂解室內(nèi)（爐膛內(nèi)）的配氧參數(shù)在鍋爐安裝調(diào)試好后，請勿亂動。鍋爐操作人員必須責任心強，按操作規(guī)程進行作業(yè)。

6 生物質(zhì)燃料鍋爐與燃煤鍋爐的技術(shù)、經(jīng)濟指標分析

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

說明：該生物質(zhì)燃料鍋爐和燃煤鍋爐主要技術(shù)、經(jīng)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(zhì)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(fā)熱量、煙塵濃度以有關(guān)部門測試的評價報告數(shù)據(jù)為準。

7 結(jié)論

從鄭州隴海院鍋爐房安裝的生物質(zhì)燃料鍋爐運行一個采暖期情況來看，生物質(zhì)燃料鍋爐具有以下優(yōu)點：鍋爐燃燒穩(wěn)定，起火快、火焰高、上氣快，運行狀態(tài)良好。鍋爐熱效率等指標均達到和符合JB/T10094-2002《工業(yè)鍋爐通用技術(shù)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(zhì)燃料能使鍋爐房內(nèi)環(huán)境潔凈，并且經(jīng)煙塵測試環(huán)保達標。盡管生物質(zhì)燃料鍋爐的燃料費用比燃煤鍋爐的燃料費用高，但生物質(zhì)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(fā)熱量進行彌補。

由此可見，生物質(zhì)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(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

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