生物质燃料锅炉的运行与管理

摘要:目前,我国城市拥有大量的生活燃煤锅炉及工业燃煤锅炉,其中大都分布在城市内及城市周边,由于燃煤锅炉在燃烧过程中时除了产生烟尘污染大气环境之外,还会产生二氧化硫并引起酸雨污染,这种污染直接影响人和动物的呼吸系统,影响植物的光合作用,还会对设备及建筑物造成腐蚀和损害,对环境造成十分严重的污染。因此,为防治大气污染,保护和改善大气环境,保障人体健康,促进经济和社会可持续发展,积极开发利用太阳能、地热能、风能、水能、生物能、核能等较洁净的能源是解决大气污染的根本途径之一。

关键词:生物质燃料;锅炉运行;管理

1 概述

郑州陇海院锅炉房原有在用锅炉额定蒸发量为一台4t/h的燃煤蒸汽锅炉一台,主要为郑州陇海院铁路招待所、铁路运输检察院、铁路运输法院等办公房屋和北侧三栋职工住宅楼提供冬季采暖用蒸汽。由于燃煤锅炉除了产生烟尘污染大气环境之外,还会产生二氧化硫并引起酸雨污染,这种污染危害极大,是燃煤锅炉污染防治的重点。2009年根据郑州市人民政府办公厅《关于推进燃煤锅炉洁净燃料改造的通知》郑政办文〔2007〕69号文件“建成区内10蒸吨以下燃煤锅炉按计划逐步拆除、改用清洁能源或洁净燃料;在本市市区内,集中供热与天然气无法满足需要的用户,其燃煤锅炉可改用生物质燃料替代燃煤。”等有关要求,将原锅炉房内安装的一台4t/h燃煤蒸汽锅炉拆除,安装二台2t/h的生物质燃料蒸汽锅炉(一用一备),以取代原有的燃煤蒸汽锅炉,用于冬季供暖用汽。

2 生物质颗粒燃料的原料来源、加工工艺流程和特点

生物质颗粒燃料的原料来源主要是以木屑、秸秆为原料,经过专业机械、特殊工艺,在无任何化学添加剂的情况下,高压低温压缩加工成型的颗粒状燃料。目前使用比较广泛的生物质颗粒燃料是秸杆颗粒燃料。

加工工艺流程为:粉碎-干燥-搅拌-输送-成型-冷却-检测-包装-成品入库-销售。

生物质颗粒燃料的特点:成型后的燃料体积是原料体积的1/30～40;比重是原料的10～15倍,水分在12%～18%之间(一般煤的水分在10%以下);低位发热量可达3500～4500大卡(二类烟煤的低位发热量是3700-4700大卡/千克);灰分小于10%(煤的灰分在20%以上);挥发分≥65.62%(二类烟煤的挥发分≥20%)。生物质燃料属可再生清洁能源,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用。生物质燃料的硫含量、氮含量低,燃烧过程中生成的SOX、NOX较少。

3 生物质燃料锅炉的基本原理

生物质燃料锅炉是采用高密度的压缩成型生物质作为锅炉的燃料,由于燃料的压缩密实,限制了挥发分溢出速度,所以生物质燃料燃烧主要由下面几个条件控制:一定的温度;一定量的空气(氧气);燃料与空气(氧气)的混合程度;燃料中的可燃物与空气中的氧气进行剧烈的化学反应时间。由于生物质燃料的燃点比煤低。煤的燃点为400～500℃,生物质燃料的燃点为250℃,其温度的提高由点火热供给。生物质燃料的燃烧过程是燃料中的可燃成分与空气中的氧剧烈化合并放出热量的过程。因而氧气的供给量决定燃烧反应的过程,通过对供氧量的控制,可以很好地控制燃烧反应。另外,生物质燃料含有一定的水分,并且生物质燃料是经过压缩成型的,它的压缩密实,限制了挥发分溢出速度,不易着火燃烧和形成黄色明亮的火焰,容易冒黑烟。所以现运行的生活及工业锅炉的结构不适合直接使用生物质颗粒燃料,若不加改造直接使用生物质颗粒燃料,锅炉将出现严重冒黑烟、效率低、有粉尘污染等现象。因此,燃用生物质颗粒燃料锅炉需要加装专门的送风设施,在充分保证燃烧生物质“颗粒”供氧量的要求下,锅炉进风量可以进行调整。生物质颗粒燃料锅炉的技术关键是:高密度生物质“颗粒”压缩成型加工设备与连续性生产的自动生产线、锅炉结构、燃烧方式、换热方式、送风方式突破传统模式。

4 生物质燃料锅炉的运行

生物质燃料锅炉的运行与燃煤锅炉的运行一样,根据不同的锅炉规格和型号设置不同的燃烧设备。但由于生物质颗粒燃料是是经过压缩成型的,水分大、密度高、挥发分溢出速度慢,不易着火燃烧,容易冒黑烟。所以要保证生物质燃料燃烧完全,即:要使燃烧设备与所用燃料相适应;要从提高炉膛温度、改善燃烧来减少不完全损失;要从燃料空气比例,煤层厚度,炉排速度,炉膛负压和过量空气系数等来进行调节和控制;在运行中要加强检查、维护和保养。

因此,可以采取以下措施以提高锅炉最大的热效率。为了提高炉膛温度,便于生物质燃料的挥发分迅速溢出,对所安装的生物质燃料锅炉加装了专门的送风设施,在充分保证燃烧生物质“颗粒”供氧量的要求下,锅炉进风量可以进行调整。在将生物质燃料加入到锅炉炉膛内时,为了便于往料斗里进料,采用了不同于以往燃煤锅炉的上煤方式。燃煤锅炉的上煤方法是由上煤机或传送煤装置直接将煤倒入煤斗里,经由煤闸门和链条炉排进入到炉膛里进行燃烧。而生物质燃料在经由煤斗和煤闸门时,由于生物质燃料颗粒比煤大,在通过煤闸门时,由于颗粒之间相互碰撞阻力较大,而且燃料颗粒由于体积比煤大,进入煤闸门时容易被挡住,所以在燃料斗里通过煤闸门的燃料层厚度不均匀,不利于燃烧。所以为了解决这个问题,把原来进燃料斗用的敞口式料斗制作成密闭式料斗,在料斗里直接加装一个可以手动调节燃料层厚度的闸门。燃料经由地面下储料斗→螺旋式上料机→输料管→密闭式料斗→煤闸门→链条炉排→锅炉。在经过调节燃料层厚度的闸门时,燃料也遇到相互碰撞的阻力、颗粒燃料体积大容易被煤闸门挡住的现象。但由于燃料在输料管内输送的过程中,是在螺旋上料机的螺旋轴外力的转动下进入料斗的,在螺旋轴外力的推动下可以克服燃料相互碰撞的阻力,以使燃料顺利进通过煤闸门,在链条炉排的转动下进入到锅炉内而进行燃烧。

由于生物质燃料是经过高压低温压缩加工成型的颗粒状燃料,水分大,体积大,燃料之间相互碰撞阻力大,所以在安装螺旋式上料机时要注意以下几个方面:螺旋式上料机安装时,输料管与地面下储料斗连接时要有一定的倾斜角度。但为了节约锅炉房占地面积,同时又符合锅炉房设计规范的工艺布置要求,所以输料管的倾斜角≤60°为宜。在燃料经过螺旋式上料机的螺旋轴转动下通过输料管进入到密闭式料斗时,由于燃料层厚度受煤闸门的限制。因此,为了避免燃料进入的太多,造成燃料在密闭式燃料斗和输料管内积压,并影响燃料通过煤闸门。可以在螺旋式上料机最上端与密闭式料斗连结的输料管最上端位置开一个检查孔,并安装一个行程开关对螺旋式上料机电动机的启动、停止进行自动控制。当密闭式料斗和输料管内的燃料积压时,可以自动切断螺旋式上料机电动机电源,而使螺旋式上料机停止工作;当密闭式燃料斗和输料管内的燃料缺少时,自动连接螺旋上料机电动机电源,使螺旋上料机开始工作,往输料管和密闭式料斗内输送燃料。由于生物质燃料是高挥发分燃料,燃料的燃烧速度比煤快,并且燃料所含的灰分比煤低,燃料的燃尽率比煤高。生物质燃料的燃尽率可达到96%,而煤的燃尽率在85～94%之间。所以生物质燃料在燃炉中的燃烧温度能达到1060℃以上。因此,根据锅炉负荷情况,正确调整生物质燃料层的厚度及炉排的转速,是为了最大的提高锅炉热效率的一项措施。一般燃煤锅炉的煤层厚度控制在100～140毫米之间,负荷高时加高煤层厚度,负荷低时减低煤层厚度。炉排机转速一般情况下可控制在250～400转/分钟,最高不超过450转/分钟,以维持煤燃料的足够燃烬时间。而生物质燃料的燃点低、挥发分高,燃烧速度快、燃尽率高、燃烧温度高。所以根据郑州陇海院锅炉房所安装的生物质燃料锅炉经过一个采暖期运行来看,我们认为生物质燃料锅炉的煤层厚度一般控制在130～150毫米之间,负荷高时可加高燃料层厚度,负荷低时减低燃料层厚度。炉排机转速一般情况下可控制在300～500转/分钟,最高不超过550转/分钟。以便维持生物质燃料足够的燃烬时间。如果炉排机的转速过慢,容易引起倒燃而使燃料斗里的燃料着火。所以在锅炉运行时要随时观察炉排上燃料燃烧的情况,如发现燃料斗里的燃料有着火现象,应及时加大炉排机转速,以消除燃料斗里的燃料着火情况。

5 生物质燃料锅炉的管理

由于生物质燃料具有挥发分高,燃点低、燃尽率高、灰分少的特点,所以为了保证锅炉燃烧正常运行,在运行时须注意以下几点:根据锅炉运行时实际燃料的消耗量调整上料机的燃料供给量。高温裂解室内(炉膛内)燃料未燃尽,鼓、引风机不得停止运行。运行中突然停电时,必须及时清除高温裂解室内(炉膛内)的燃料。停炉前,不得再添加生物质燃料。停炉时,无需封火,炉排上燃料燃尽后,鼓、引风机方可停止运行。每班检查传动机构运行情况及减速机内的油位是否正常。定期清理折烟室内和烟管内积灰和灰渣。高温裂解室内(炉膛内)的配氧参数在锅炉安装调试好后,请勿乱动。锅炉操作人员必须责任心强,按操作规程进行作业。

6 生物质燃料锅炉与燃煤锅炉的技术、经济指标分析

通过对生物质燃料锅炉与燃煤锅炉的技术、经济指标进行分析,可以对生物质燃料锅炉的主要技术性能有进一步的了解,同时也为生物质燃料锅炉安装选型提供一个具有科学价值的参考依据,以达到降低生物质燃料锅炉运行成本、提高经济效益和社会效益的目的。

说明:该生物质燃料锅炉和燃煤锅炉主要技术、经济指标分析以郑州陇海院锅炉房原安装的燃煤锅炉和在2009年改造安装后的生物质燃料锅炉为例,锅炉运行时间为一个采暖期120日。燃料消耗量、热效率、燃料发热量、烟尘浓度以有关部门测试的评价报告数据为准。

7 结论

从郑州陇海院锅炉房安装的生物质燃料锅炉运行一个采暖期情况来看,生物质燃料锅炉具有以下优点:锅炉燃烧稳定,起火快、火焰高、上气快,运行状态良好。锅炉热效率等指标均达到和符合JB/T10094-2002《工业锅炉通用技术条件》的要求。改变以往的燃烧方式,没有异味、烟尘及大量的渣排量。燃烧生物质燃料能使锅炉房内环境洁净,并且经烟尘测试环保达标。尽管生物质燃料锅炉的燃料费用比燃煤锅炉的燃料费用高,但生物质燃料的燃尽率比煤的燃尽率高,这样可以增加一部分燃料发热量进行弥补。

由此可见,生物质燃料作为锅炉燃料,是替代天然气、液化石油气、电、煤等的理想燃料,使用前景广阔,并具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。

参考文献

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