生物质与炉渣混燃循环流化床锅炉设计构想.doc

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生物质与炉渣混燃循环流化床锅炉设计构想

摘要：目前生物质工业锅炉多采用层燃方式，生物质燃料灰熔点较低，灰成分碱金属含量高，结渣、受热面积灰、腐蚀等情况比较严重，制约层燃生物质锅炉的发展。另外在工业锅炉占很大份额的燃煤层燃炉炉渣含碳量普遍高于20%，造成能源浪费。本文根据生物质燃料以及层燃炉渣的特点，提出燃用生物质与层燃炉渣混合燃料循环流化床锅炉的设计构想。通过合理的燃料配比提高生物质燃料灰熔点，稳定流化床循环物料，采取一定措施减少碱金属的升华和尾部受热面积灰、腐蚀。并对其在小型工业锅炉应用的“节能减排”效果进行了预测。

引言

随着节能减排工作的广泛开展，使用农作物秸秆、稻壳等生物质能源作为主要燃料的供热设备日益增多。国家陆续出台了相应的激励政策，鼓励燃用相对清洁的可再生生物质能源。国家发改委2007年8月公布的《可再生能源中长期发展规划》中指出：全国农作物秸秆年产生量约6亿吨，除部分作为造纸原料和畜牧饲料外，大约3亿吨可作为燃料使用，折合约1.5亿吨标准煤。秸秆燃烧利用前景广阔。

目前生物质能的燃烧利用有气化、层燃、流化床燃烧等方式。一般的生物质气化过程中产生大量的水汽、焦油，清理困难，且整个气化系统能耗较高、效率较低，而且生物质气化产物主要为CO，使用过程中易造成事故；目前应用较多的层燃生物质锅炉主要存在炉渣含碳量高、结渣、腐蚀等问题；循环流化床(CFB)锅炉燃烧生物质时由于生物质燃料的灰分普遍较低，如果运行过程中辅助床料补充不及时会骤然降低炉膛内部物料浓度，使炉膛高度方向的温差加大，灰循环被切断，流化床将无法运行，所以在流化床中燃烧生物质时以适当掺加其他高灰分燃料混烧为宜。

链条炉排是工业锅炉最常用的燃烧设备，国内已有相当丰富的制造和运行经验，这种燃烧设备对负荷变化和间歇运行的适应性强，符合小型锅炉房负荷多变的特点。但是链条炉排的着火条件不好和区段性燃烧，限制了它的煤种适应性和燃烧效率，当燃用难着火、难燃尽的燃料时，链条炉排上的燃烧工况就会恶化，造成炉渣含碳量高，炉渣含碳量高已成为制约层燃炉效率提高的瓶颈，一般层燃炉炉渣含碳量为20%~30%，甚至能达到30%以上。

本文提出一种新的构思，将层燃炉的炉渣和生物质燃料在同一循环流化床内

燃烧。用层燃炉的炉渣帮助生物质燃料建立良好的循环，保证锅炉的正常运行，

同时又使层燃炉的炉渣进一步燃烧，降低炉渣含碳量。

1燃料特性

1.1生物质燃料特性

以北方地区常用的玉米秸秆成型燃料和稻壳为例，给出生物质燃料的特性，见表1。

2锅炉结构

锅炉主要由流化装置、炉膛水冷壁、高温旋风分离器、U型返料器、对流管束、省煤器等部件组成。锅炉采用双级配风，一次风从炉膛底部布风板风帽进入炉膛，二次风从卫燃带下部进入炉膛，一、二次风配比为1：1。炉膛下部卫燃带以及密相区覆盖有耐火防磨材料，密相区无受热面，稀相区除卫燃带外的四周布置光管水冷壁，经旋风分离器的烟气进入对流受热面，锅炉尾部竖井烟道布置铸铁省煤器。

3设计需要考虑的特殊问题

3.1防止结渣

流化床可控制在800~850℃的较低温度范围高效燃烧，且炉膛内温度场分布较均匀，大大减少了熔渣生成量，从而避免生物质由于燃烧温度高而烧结。另外，层燃炉渣中有大量Al2O3、MgO等高熔点物质，生物质与炉渣按一定配比混燃可以改善混合燃料中的Si、Al配比，可以在一定程度上提高生物质燃料灰熔点，有利于控制床内聚团、结渣。

3.2组织燃烧

由表1可知秸秆类生物质燃料普遍的特点是挥发分很高，一般情况下植物秸秆、木材干燥无灰基挥发分(Vdaf)可达70%~80%，所以生物质秸秆燃料比较容易着火，一般情况下在250~350℃温度下挥发分就大量析出并开始剧烈燃烧[4]，此时若空气供应量不足或不能与空气充分混合，将会增大不完全燃烧损失，并且缺氧条件下容易产生大量不易燃尽并且分离器很难有效分离的炭黑，造成锅炉冒黑烟的现象。所以应适当加高密相区直段，使分别进入流化床的炉渣和秸秆成型颗粒充分混合，并提高二次风速，保证二次风穿透力，强化烟气扰动。

混合燃料燃烧过程中容易产生大量CO，而实验证明当烟气温度较低(≤700℃时)即便CO与空气充分混合也很难充分燃尽[1]，为保证大量挥发分和焦炭在有限的炉膛高度范围内充分燃尽，避免在高温旋风分离器、返料器出现再燃，造成灰循环回路局部结焦，炉膛稀相区空截面风速可控制在3~4m/s左右的较低范围内，延长碳粒在炉膛停留时间，并减轻分离器负荷。所以燃用生物质、炉渣混合燃料的循环流化床宜选取较低的炉膛截面热负荷(1.5~2MW/m2)。

3.3分离器效率的选择

生物质燃料析出挥发分同时产生的固定碳由于灰烬包裹、空气渗透困难、炉膛温度较低等因素的影响，燃烧速度比较缓慢，