孟憲勇 孫本元 白志忠

(中央儲(chǔ)備糧海拉爾直屬庫有限公司 021008)

中央儲(chǔ)備糧海拉爾直屬庫有限公司(以下簡稱直屬庫)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市海拉爾西郊，距離市中心3.5 km，海拔623 m，直屬庫地理位置十分特殊，東鄰海拉爾西山國家森林公園，直線距離900 m；南面是西山自然保護(hù)區(qū)，直屬庫距離保護(hù)區(qū)緩沖區(qū)最近處只有542 m。

直屬庫本部每年承擔(dān)大量儲(chǔ)備糧輪換任務(wù)，由于呼倫貝爾地處高寒地區(qū)，在小麥?zhǔn)斋@期氣溫偏低，收獲的小麥含水率偏高，必須烘干才能達(dá)到安全儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)。直屬庫于2014年獲得批準(zhǔn)改建1臺(tái)日處理300 t小麥的烘干設(shè)備并配備了噴淋式脫硫設(shè)備，熱風(fēng)爐使用燃料為水洗煤，燃燒后產(chǎn)生的固體廢棄物、二氧化硫、氮氧化物等污染物的量均較高，對周邊環(huán)境造成較大影響。

為切實(shí)解決燃煤熱風(fēng)爐產(chǎn)生的環(huán)境問題，保障經(jīng)濟(jì)-環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，直屬庫積極響應(yīng)國家政策，決定對熱風(fēng)爐進(jìn)行環(huán)保改造。由生物質(zhì)燃料熱風(fēng)爐替代燃煤熱風(fēng)爐，一方面既能完成國家糧食收儲(chǔ)任務(wù)，另一方面也能減少對環(huán)境的污染。

1 生物質(zhì)燃料熱風(fēng)爐及除塵系統(tǒng)簡介

1.1 生物質(zhì)燃料熱風(fēng)爐

生物質(zhì)燃料熱風(fēng)爐設(shè)備采用鏈帶式鏈條爐排，配備減速箱驅(qū)動(dòng)。其速度可變頻調(diào)整，運(yùn)行平穩(wěn)，采用機(jī)械上料、除渣、通風(fēng)，爐排減速機(jī)及鼓風(fēng)機(jī)與熱風(fēng)溫度可連鎖控制，自動(dòng)調(diào)整，控制風(fēng)溫。

1.2 除塵系統(tǒng)

YXBC型布袋除塵器具有除塵效率高，系統(tǒng)阻力低等特點(diǎn)，完全能滿足糧食烘干煙氣除塵治理需要。其除塵工藝如圖1所示，含塵煙氣由除塵器入口進(jìn)入除塵本體內(nèi)，經(jīng)陶瓷管及脈沖式布袋除塵后潔凈煙氣，由引風(fēng)機(jī)引出經(jīng)煙囪排出。

圖1 除塵器工藝流程圖

1.3 脈沖式除塵器技術(shù)參數(shù)

脈沖式除塵器主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 脈沖式除塵器技術(shù)參數(shù)

2 生物質(zhì)燃料熱風(fēng)爐基本結(jié)構(gòu)與改造方法

2.1 熱風(fēng)爐基本結(jié)構(gòu)

熱風(fēng)爐分為上下兩部分，上部是輕質(zhì)外保溫的復(fù)合結(jié)構(gòu)鋼制爐體，下部是鏈條爐排燃燒機(jī)構(gòu)組件，現(xiàn)場組裝；鋼制爐體內(nèi)設(shè)計(jì)有輻射換熱段和對流換熱段，高溫輻射段設(shè)不銹鋼自由伸縮換熱結(jié)構(gòu)，形變應(yīng)力控制好，不易老化，爐體壽命長；烘干塔末端余熱風(fēng)經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)進(jìn)入熱風(fēng)爐體換熱面，加溫后回到烘干塔熱風(fēng)室，實(shí)現(xiàn)烘干余熱利用；爐體煙氣出口對接原有列管換熱器。

熱風(fēng)爐主要從低濕度烘干熱風(fēng)回用和加大換熱面積，減少爐體比熱容，減少散熱損失四方面提高經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，改造后起爐快，爐體散熱和排煙溫度大幅度降低，熱風(fēng)回用20%以上，經(jīng)濟(jì)效果提升明顯。

2.2 改造方法

2.2.1 前期準(zhǔn)備 2019年9月下旬對需要改造的部分設(shè)施進(jìn)行拆除，對原有引風(fēng)機(jī)、簡易除塵設(shè)備、熱風(fēng)爐上部等進(jìn)行拆除，并澆筑引風(fēng)機(jī)、除塵器、輔助風(fēng)機(jī)混凝土基礎(chǔ)。

2.2.2 中期施工 2019年10月進(jìn)行布袋除塵器的整體組裝，安裝引風(fēng)機(jī)、陶瓷管除塵器和布袋除塵器，制作并安裝進(jìn)出煙氣風(fēng)管，安裝壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)備等。整個(gè)安裝經(jīng)歷了設(shè)備安裝、固定、組裝、保溫等過程。

該項(xiàng)目于2020年3月下旬開始調(diào)試運(yùn)行，經(jīng)空載運(yùn)行后正式點(diǎn)火投料，開始烘干調(diào)試運(yùn)行。熱風(fēng)爐、余熱回收系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)均運(yùn)行正常。每班交接時(shí)，陶瓷管除塵器放灰翻板和卸灰閥各開關(guān)一次，排灰時(shí)間大約1 min～2 min。

2.3 設(shè)備運(yùn)行參數(shù)

檢測方法：新設(shè)備采用數(shù)字化監(jiān)控設(shè)計(jì)，運(yùn)行參數(shù)主要依托現(xiàn)場儀表顯示的頻率、溫度和風(fēng)機(jī)曲線推算等方法計(jì)量得到。熱風(fēng)爐主要運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 生物質(zhì)燃料熱風(fēng)爐主要運(yùn)行參數(shù)

3 設(shè)備改造效果

本次烘干設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行20 d，烘干小麥8000多噸，烘干后小麥符合質(zhì)量要求，烘干塔改造達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.1 改造前后烘干速度

技改前使用燃煤熱風(fēng)爐烘干速度(應(yīng)該是烘干塔的生產(chǎn)率)為16.88 t/h，技改后生物質(zhì)燃料熱風(fēng)爐烘干速度(應(yīng)該是烘干塔的生產(chǎn)率)為18.79 t/h，較之前提高11.31%。

3.2 改造前后燃料和耗電成本

使用改造前后的烘干設(shè)備干燥小麥燃料成本和耗電成本比較見表3，改造后使用生物質(zhì)燃料熱風(fēng)爐燃料成本增加了35.25%，耗電成本降低了60.35%。綜合比較，使用生物質(zhì)熱風(fēng)爐成本較之前降低了0.39%。

表3 改造前后小麥烘干成本 (單位：元/t)

3.3 成本增減原因分析

新舊爐比較：

①實(shí)現(xiàn)烘干塔余熱回收利用，經(jīng)濟(jì)效果顯著。

依據(jù)熱風(fēng)加溫原理Q=Kq(t2-t1)，按冬季外溫-30℃比較，現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)回風(fēng)20℃，熱風(fēng)爐出口143℃，循環(huán)風(fēng)1.6萬立，占總風(fēng)量約20%，

Q后/Q前=(143-20)/(143+30)=71.1%

貢獻(xiàn)熱效率提高=100%-(71.1%×8×20%+8×80%)/8=5.78%

②換熱面布置前移，換熱面積加大、提高了燃料利用率、效益明顯。

新鋼制爐體的前部換熱面直接和火焰接觸，利用大量輻射換熱，后部換熱面利用對流換熱，換熱后煙氣再進(jìn)入原有列管換熱器。因此新爐型可實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)低燃燒溫度下的高熱風(fēng)溫度，并且爐體和換熱器外圍溫度大幅降低，散熱損失可以大幅減小，外排煙溫度熱量損失也極低。

這兩點(diǎn)在對比改造前后煙橋溫度和排煙溫度指標(biāo)非常明顯，見圖2和圖3。

圖2 改造前爐體換熱器系統(tǒng)溫度分布情況

注：改造后排煙溫度33.6℃

③由于爐體材料和結(jié)構(gòu)的改變，新爐比熱容大幅減少，新爐啟動(dòng)迅速，控制先進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)快速啟停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以大量節(jié)約初始運(yùn)行燃料。

④由于大量采用變頻控制，實(shí)現(xiàn)了精確燃燒溫度控制。

3.4 改造前后污染物排放量

由表4可以看出，使用生物質(zhì)燃料熱風(fēng)爐和配套除塵設(shè)備之后，固體廢棄物排放量降低了96.49%，顆粒物排放濃度為12.55 mg/m3，較技改前下降了99.82%，二氧化硫排放濃度為59.08 mg/m3，較技改前下降了15.74%，氮氧化物排放濃度為79.85 mg/m3，較技改前下降了90.32%。

表4 改造前后污染物排放情況及下降率

4 結(jié)束語

糧食干燥是中國糧食行業(yè)“節(jié)能減排”的重點(diǎn)[1]。目前谷物烘干市場上還是以燃煤熱風(fēng)爐為主，主要原因是燃煤熱風(fēng)爐的出風(fēng)溫度高、烘干速度快，煤炭熱值高、價(jià)格低，設(shè)備造價(jià)低，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較好[2]。但是使用燃煤熱風(fēng)爐產(chǎn)生的固體廢棄物非常多，也沒有實(shí)現(xiàn)廢物再利用。加上糧食干燥系統(tǒng)沒有配備高效節(jié)能減排設(shè)備，燃料燃燒產(chǎn)生的CO、CO2、SO2、NOx等氣體排放物，直接排入大氣，尤其是懸浮顆粒物和NOx的排放量均較高，對大氣環(huán)境造成了污染。

生物質(zhì)顆粒燃料是一種以植物和農(nóng)林廢棄物為原料的既環(huán)保又可循環(huán)利用的清潔能源。生物質(zhì)燃料中硫、氮和灰分含量較低，無需脫硫處理，這種原料來源廣泛，具有“綠色煤炭”之稱，是我國大力發(fā)展的一種燃料。以生物質(zhì)顆粒為燃料的節(jié)能環(huán)保型熱源鍋爐，具有自動(dòng)化程度高、控溫精準(zhǔn)、低排放等特點(diǎn)[3]。生物質(zhì)顆粒燃燒爐屬于國家政策支持發(fā)展范疇，易于被地方政府接受。

直屬庫本次設(shè)備改造之后，烘干塔生產(chǎn)率提高了，成本也略有下降，各種污染物的排放量均大幅度降低，其中二氧化硫和氮氧化物排放濃度分別為59.08 mg/m3和79.85 mg/m3，較之前分別下降了15.74%和90.32%，均達(dá)到《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271-2014)。特別是固體廢棄物的排放量降低了96.49%，而且直屬庫和某農(nóng)場達(dá)成協(xié)議，生物質(zhì)燃料產(chǎn)生的爐渣和除塵處理后的除塵灰可作為農(nóng)場的生態(tài)肥料，做到了廢物再利用，體現(xiàn)了生物質(zhì)原料的環(huán)保性。

本次技改后生物質(zhì)燃料熱風(fēng)爐配有多管陶瓷除塵器和脈沖布袋除塵器，綜合除塵效率大幅度提升，其中多管陶瓷除塵器熄滅生物質(zhì)燃料燃燒后產(chǎn)生的火星，避免損壞布袋，使顆粒物排放達(dá)到要求。處理后顆粒物排放濃度由技改前7028.05 mg/m3下降至12.55 mg/m3，下降率為99.82%，達(dá)到《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。

隨著我國生態(tài)文明建設(shè)要求的不斷提高和大氣污染治理力度的不斷加大，以煤炭為燃料的烘干機(jī)數(shù)量必將逐步減少，使用自動(dòng)化程度高、操作便利、排放達(dá)標(biāo)的清潔熱源將成為糧食烘干機(jī)熱源的發(fā)展方向。