陳杭生

摘 要：介紹了生物質(zhì)顆粒燃料的特點和積灰產(chǎn)生機理，介紹了水管鍋爐結構及其特點與優(yōu)化創(chuàng)新，通過能效測試與理論計算對比，驗證設計的可行性。

關鍵詞：生物質(zhì)顆粒；積灰；水管鍋爐；設計

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）25-0094-02

前言

隨著國家對環(huán)保問題的重視和燃煤鍋爐改造政策的實施，生物質(zhì)顆粒燃料因低碳環(huán)保經(jīng)濟可再生而受到關注，然而生物質(zhì)顆粒鍋爐如雨后春筍般遍及全國各地。SZL10-1.25-S是一種雙鍋筒縱置式鏈條鍋爐，在國內(nèi)有很多制造廠直接在原先燃煤鍋爐基礎上改燒生物質(zhì)顆粒，結構上未作任何改變，上料系統(tǒng)采用原始的粗放式人工投料，既占地又耗工，鍋爐經(jīng)使用后發(fā)現(xiàn)對流管束區(qū)、省煤器區(qū)積灰嚴重，遇水蒸氣凝結成硬塊，對鍋爐的安全運行構成嚴重威脅。每隔三個月機組被迫停爐來進行人工清灰，嚴重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，而這種狀況又會造成燃料耗量增加、排煙溫度升高、熱效率低下。因此，如何開發(fā)設計適應這類生物質(zhì)顆粒燃料的鍋爐成為鍋爐企業(yè)需要研究的重要課題。

1 生物質(zhì)顆粒燃燒特點和積灰產(chǎn)生機理

生物質(zhì)顆粒燃料揮發(fā)份含量高，燃料著火溫度較低，密度小，結構比較松散，在鼓風機和引風機的作用下，燃燒產(chǎn)生的飛灰極易被吹起帶入后面的受熱面中。結渣和積灰現(xiàn)象相比燃煤鍋爐要嚴重的多。

鍋爐在燃煤時產(chǎn)生的煤灰熔點高達1350℃，大部分未熔化灰隨著爐排向后運轉(zhuǎn)直接排至除渣機，少部分粉煤灰的堆積密度為0.79g/cm3，隨著引風機引力帶入對流管束區(qū)后靠著自重落入落灰坑中，更細小粉煤灰進入省煤器和除塵器中。對流管束區(qū)只要定期進行蒸汽吹灰，基本上可以避免積灰的產(chǎn)生。而生物質(zhì)灰的熔點只有900～1050℃，比粉煤灰低很多，燒結特性強，結渣積灰現(xiàn)象比粉煤灰嚴重，已熔化的飛灰在對流管束區(qū)結渣掉入落灰坑中，傳統(tǒng)的落灰口根本無法排出渣塊，造成渣塊層層堆積越堆越高。生物質(zhì)飛灰堆積密度只有0.4247g/cm3，未熔化的飛灰極易粘附在對流管束及省煤器受熱面上無法脫落，如果再采取蒸汽吹灰只會讓積灰更加嚴重。

2 生物質(zhì)顆粒燃料元素和工業(yè)分析見表1。

3 設計方案制定

采用全自動生物質(zhì)顆粒上料系統(tǒng)，料倉容量按2天燃料儲量考慮，建議用戶采購飛灰熔點達到980℃以上的生物質(zhì)顆粒。鍋爐爐膛兩側(cè)水冷壁密排布置，提高有效角系數(shù)，把燃燒室和燃燼室合并成一個大爐膛，提高輻射換熱能力，采用較低的體積熱強度，通過降低爐膛溫度來減少生物質(zhì)飛灰的高溫熔化，取消燃燼室還可以避免該區(qū)域的積灰無法清除的弊端。加大對流管束I區(qū)和Ⅱ區(qū)的落灰閥，解決部分結渣灰塊排出不暢的問題。把傳統(tǒng)燃煤鍋爐鑄鐵省煤器更換成光管節(jié)能器，采用豎直擺放，以便飛灰能自動落入下煙室中。

4 鍋爐整體結構組成

該鍋爐主要由垂直提升機、料倉、輸送機、分料煤斗、鏈條爐排、爐膛、對流管束I區(qū)、對流管束II區(qū)、上煙室、節(jié)能器、下煙室等組成，如圖1。

5 結構特點與優(yōu)化創(chuàng)新

5.1 生物質(zhì)顆粒自動給料系統(tǒng)

生物質(zhì)顆粒自動給料系統(tǒng)由進料斗、垂直提升機、出料管、料倉、物位儀、稱重裝置、輸送機、分料煤斗、鏈條爐排組成。生物質(zhì)顆粒卸入進料斗，再通過垂直提升機輸送，經(jīng)過出料管落入料倉中，生物質(zhì)顆粒通過稱重裝置和皮帶輸送機送入分料煤斗，再由鏈條爐排送入爐膛燃燒。物位儀顯示低物位時啟動垂直提升機進料，物位儀顯示高物位停止垂直提升機運行。當鍋爐需要送料時，通過程序控制自動開啟稱重裝置和皮帶輸送機進行送料。整個過程省時省力，使用方便快捷，自動化程度較高，特別對于6噸及以上大型鍋爐使用企業(yè)可以帶來較佳的經(jīng)濟效益。整套系統(tǒng)占地少、高空布置結構緊湊、可以節(jié)省土地資源。

5.2 燃燒換熱系統(tǒng)

燃燒換熱系統(tǒng)由爐膛、對流管束區(qū)I、對流管束區(qū)II、空氣吹灰器、落灰閥、落灰坑組成。爐膛兩側(cè)φ51x3水冷壁管按53mm節(jié)距排列，光管有效角系數(shù)可提高到0.99。爐膛前側(cè)布置了φ51x3前水墻管，后側(cè)也布置了φ51x3水冷壁管，取消了原先燃煤鍋爐的燃燼室布置，既提高了爐膛輻射換熱效果，又避免了積灰死角。整個爐膛布置可以有效降低爐膛溫度，使爐膛出口溫度控制在980℃以內(nèi)，最大程度降低生物質(zhì)飛灰的熔化現(xiàn)象。大量生物質(zhì)爐灰由鏈條爐排排入落灰坑，少量飛灰及熔化灰與高溫煙氣一起進入對流管束區(qū)I和對流管束區(qū)II進行對流換熱。隨著煙氣溫度的降低，少量熔化灰冷卻結渣并吸附部分飛灰靠自重落入落灰閥上。考慮到生物質(zhì)飛灰密度小遇水易粘結流動性差，采用空氣吹灰來清除吸附在對流管束上的飛灰。落灰閥按600×350大口徑設計，以便排灰順暢避免積灰。

5.3 尾部余熱回收系統(tǒng)

把省煤器改為光管節(jié)能器，管子采用φ32x3蛇形管立式錯列布置，橫向節(jié)距取100mm，縱向節(jié)距取60mm，每一列蛇形管之間留有18mm間隙，可以確保飛灰順暢掉落至下煙室，即使有積灰也可以打開上煙室檢查門進行清理，解決了傳統(tǒng)鰭片省煤器因間隙小根本無法清灰的弊端。

6 熱力計算

鍋爐熱力計算采用2003年中國標準出版社《層狀燃燒及流化床燃燒工業(yè)鍋爐熱力計算方法》進行計算，標準計算方法表8-1中鍋爐管束及鋼管省煤器熱有效系數(shù)取0.55～0.65，我們根據(jù)多臺鍋爐運行的實際經(jīng)驗來看取0.6最為合適。熱力計算結果匯總表見表2。

7 鍋爐能效測試與結論

鍋爐能效測試部門測試結果如表3，該鍋爐已達到設計參數(shù)，測試結果與計算相差不大，該鍋爐具有較高的熱效率和較低的排煙溫度，節(jié)能減排效果顯著，市場發(fā)展前景可期。

參考文獻：

[1]工業(yè)鍋爐設計計算方法編委會.工業(yè)鍋爐設計計算方法[M].北京：中國標準出版社，2003.

[2]林宗虎，徐同模.實用鍋爐手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.endprint