生物质锅炉设计思路与方法

生物质锅炉设计思路与方法

徐红

浙江特富发展股份有限公司杭州分公司 浙江杭州 310000

摘要：近年来，我国的农业有了很大进展，玉米、水稻等农作物秸秆、农林产品加工废弃物等可再生资源非常丰富，这些原料经过回收进行集中资源化利用，一方面可以给企业创造利润，增加农民收入;另一方面，生物质成型燃料直接作为锅炉燃料供热取暖，对保护环境、降低大气污染物排放、改善生态、提高农民生活水平等都具有重要作用，是生物质燃料利用的一种有效途径。我国生物质能利用尚属初级阶段，建立生物质燃料供热标准体系，发展壮大专业化供热企业，确保生物质能供热产业可持续健康发展任重而道远。本文首先分析了生物质锅炉燃烧特性，其次探讨了生物质锅炉设计思路，然后就生物质锅炉设计方法进行研究，最后论述了生物质燃料供热的发展，以供参考。

关键词：能源;生物质;锅炉;供热

引言

随着我国目前对污染治理和环境保护工作的日益重视，以及城市环保政策的不断实施，在城市中心区和一些对环境要求比较严格的地区燃煤锅炉的数量正在不断减少，电加热锅炉的数量在不断提升，且上述几种锅炉还伴随有燃料运行成本高、设备投资较大等问题。于是在此背景下，既满足环保排放，不对环境保护治理造成过大压力，运行成本又相对较低的燃生物质锅炉，在锅炉行业中所占的比重越来越大。

1生物质锅炉燃烧特性

生物质锅炉对燃料的适用性强，能适用大部分燃料，但不适用于多种燃料混烧，特别是粒度、密度相差很大的燃料。对燃料的适应性强，主要表现为不同品种的燃料可以掺烧，若掺烧燃料的特性较差，可能会影响锅炉带负荷，锅炉效率下降。炉膛温度低，可有效防止高温腐蚀和积灰的形成；炉膛出口温度低，加入氧化钙等可有效抑制二氧化硫和氮氧化物的生成。

2生物质锅炉设计思路

对生物质成型燃料，通常易着火且易燃尽，并不需要很高的燃烧温度来提高燃烧效率，过高的温度不仅会造成氮氧化物升高，还有结渣、腐蚀加剧等风险;另一方面，温度也不宜过低，否则会降低燃烧效率，并造成一氧化碳超标。兼顾高效与低氮，燃烧温度不宜超过1000℃，也不宜低于700℃，可以针对具体的生物质原料通过实验及模拟，确定最佳温度区间。总体上，高温有利于燃尽，低温有利于控氮。通常，生物质燃烧其氮氧化物的生成与排放不会很高，因其燃料型和热力型氮氧化物都不会过高。但如果燃料特殊，设计、运行不当，也会出现氮氧化物排放高的问题。

3生物质锅炉存在的问题

目前生物质加工很难做到燃料均一性，且破碎后燃料中存在大量的铁钉、铝皮等杂物无法全部分拣，进入炉膛后就会造成流化风强弱不易控制，使燃料无法吹起在锅炉密相区燃烧，引起结焦现象。某生物质电厂锅炉运行期间因燃料水分较高，导致锅炉床温偏低、燃烧不稳。在燃料品种单一且无干料掺配、调节的情况下，为维持锅炉稳定运行，在锅炉燃料中加入施工建筑木模板及设备包装木箱的破碎物。施工建筑木模板及设备包装木箱里的铁钉、铝皮、铁皮等杂物等未经完全分拣随燃料一同进入锅炉。随着锅炉运行时间增加，床压逐渐升高，经常发生排渣不畅。机组并网 40 天后，锅炉多处床温、床压测点显示已极不均匀，锅炉蒸汽参数大幅波动，已不能稳定运行。初步判断为锅炉床面结焦，为防止锅炉床面结焦进一步恶化，被迫停炉。停炉后，开启炉膛入孔门检查，发现锅炉右侧床层表面不平整且有大焦块散落在床面上，2号、3号、4号给料口处有大量燃料堆积，用铁棍探查发现4号排渣口周围有硬状焦块，证实锅炉内流化不良，床面确已结焦。

4生物质锅炉设计方法

4.1加强燃料掺配及筛分管理

合理掺配燃料，特别是阴雨天，做到干湿、粗细燃料搭配合理。晴天时对库存湿燃料进行摊晒，减少含水量高、热值低的燃料入炉。在燃料破碎机出口、皮带输送机头部加装强磁滚筒除铁器，减少铁质杂物和大块的砖块入炉；加强皮带看护工的管理力度，提高皮带看护质量，及时将裹夹在燃料中的大块铁器、杂物捡出。

4.2生物质锅炉结构设计

开发以秸秆固化成型生物质块为燃料的新型炉型，重点研究空气深度分级低氮燃烧技术、狭小空间旋流二次风强化燃烧技术、给料布风自动协同调控技术、高效低阻强化换热技术等关键技术。除上述关键技术外，其它若干重要的技术细节也应给予高度重视，在设计和运行中要统筹考虑处理好。主要包括:标准化模块化设计;点火、压火、运行操作便利;异常状况处理方便;给料口防返串;炉门、看火孔、泄压阀安全可靠;出灰排灰清灰便利;风门调节、风压平衡易操控;受热面防垢;水平烟道疏水;设备管道保温及高温防护;配套工具包括一氧化碳报警等。

4.3增设摇摆机构

新型脱硝喷枪是将传统往复机构与喷嘴相结合设计，实现径向摇摆，在短距离内实现氨均匀分布，用以满足不同管径排烟管的脱硝。产品能根据不同的烟气流量和喷枪喷射量实时调节喷雾扩散角和摆动频率，产品喷雾锥角可达15°~60°，改进后的喷嘴雾化贯穿距较短，雾化锥角较大，雾炬较为饱满，雾化液滴沿径向分布较为均匀，改善了雾化质量。

4.4合理调整燃烧工况

运行中发现排渣不畅时，应加大床料置换力度，及时将炉内杂物随床料置换排出，保证锅炉流化正常，并密切监视床温、床压、风室压力、一次风量等参数的变化。由于秸秆的灰熔点较低，通过合理调整锅炉一、二次风的配比等燃烧工况来降低燃烧温度，使其尽可能不超过750℃，可有效降低生物质燃料燃烧后结焦速度。

5生物质能供热的发展

为有效治理农村分散锅炉造成的污染，以及为新型城镇化建设提供清洁供热，应加大政策支持力度，建立包括成型燃料产品加工、专用锅炉和工程建设在内的生物质成型燃料供热标准体系，并积极培育发展大型专业化生物质能供热企业，不断提高产业技术水平，实现生物质能供热产业化可持续健康发展。目前，生物质成型燃料制备机械、专用炉具制造、燃料燃烧等技术日益成熟，生物质成型燃料已经初步具备较大规模产业化发展的条件。生物质能供热作为应对大气污染的重要措施，也是绿色低碳新型城镇化建设的重要内容。研究新型生物质常压热水供暖炉，满足乡村棚室种养殖和村镇企事业单位等生产生活取暖需求，对打通秸秆成型燃料作为村镇主流清洁能源的“最后一公里”，建立绿色宜居村镇现代清洁能源体系、创建生活炊事供暖与生产加温新模式、驱动农村能源革命具有重要意义。

结语

综上所述，根据生物质资源条件，建立秸秆等生物质原料收储运加为一体的生物质块状燃料专业化生产体系和分布式村镇生物质供热消费体系，结合新型城镇化进程，在局部地区形成生物质能供热主导地位，对秸杆进行规模化消纳利用，带动秸秆禁烧和秸秆资源化利用，有利于促进大气污染治理，可实现“农林业—资源综合利用—清洁供热”循环发展。

参考文献

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