一台湿背式燃油锅炉改烧生物质燃料的实践

经验交流 一台湿背式燃油锅炉改烧生物质燃料的实践 4 3 文章编号 ： 1 0 0 4 - 8 7 7 4 ( 2 0 1 2 ) 0 3 - 4 3 - 0 3 一 台湿背式燃油锅炉改烧 生物质燃料的实践 李广东 ， 常小芳 ， 周 中健 ( 1 江苏省特种设备检验研究院连云港分院，江苏 连云港 2 2 2 0 0 4 ； 2 连云港市灌南质量技术监督局 ， 江苏 连云港 2 2 2 5 0 0 ) Pr a c t i c e o n Us i n g Bi o ma s s Fu e l f o r A W e t b a c k Oi l fir e d Bo i l e r L I G u a n g d o n g ， C HA N G X i a o f a n g ， Z H O U Z h o n g - j i a n ( 1 L i a n y u n g a n g B r a n c h o f J i a n g s u S p e c i a l E q u i p m e n t I n s p e c t i o n I n s t i t u t e ， Li a n y u n g a n g 2 22 0 04， Ch i n a； 2 T h e Q u a l i t y T e c h n i c a l S u p e r v i s i o n B u r e a u o f G u a n n a n ， L i a n y u n g a n g 2 2 2 5 0 0 ， C h i n a ) 摘要： 针对生物质燃料的燃烧特性和湿背式燃油锅炉的结构特点， 对燃油锅炉运行系统 进行改造使其燃烧生物质燃料 ， 分析改造措施和改造后的使用运行情况， 提出运行要求， 评估改 造 的经济性 。 关键词 ： 燃油锅炉 ；生物质燃 料 ； 节能改造 ； 效益 中图分类号 ： T K 2 2 9 9 2 ； T K 2 2 9 7 文献标识码 ： B O 前言 连云港灌南农业开发区内， 有 6 0余家食用菌生 产厂 ， 每年产生数 万吨的生物 质废料 ( 食 用菌生长 的“ 土壤” 废菌包) 。由于食用菌生产 的需要或 日晒雨淋 ， 它的水分含量为 3 0 4 0 。干燥的菌 包主要成分为 ： 3 0 的木屑、 3 0 的麸皮、 2 0 的 棉籽壳和 2 0 的玉米 芯 ， 颗粒 直径 一般 小 于 6 5 0 I x m， 少量最大不超过 1 mm。综合利用生长食用菌 后的生物质废料 ， 不仅可以降低生产成本 ， 而且解决 了这些生物质废弃物的处理难题 ， 具有 良好 的节能 和环保效益。本文以一台型号为 WN S 4 一1 2 5 一Y 湿背式燃油锅炉改造后的运行状况为例作进一步阐 述 。 1 生物质燃料 ( 废茵包 ) 的特性 第一 作 者： 李 广 东 ( 1 9 6 7一) ， 1 9 8 9年 7 月毕业于江苏化工 学 院， 高 级 工 程 师 ， 锅炉 、 压 力容器 检验 师。现 从 事 承 压 类 设备的检验工作。 高、 挥发分高、 灰分低 、 发热量也较低 ， 导致生物质的 燃烧机理 、 反应速度 以及燃烧产物的成分与柴油燃 烧的成分有很大的不同。生物质中可燃烧 的部分主 要是纤维素、 半纤维素和木质素。燃烧过程中纤维 素与半纤维素首先释放出挥发分并燃烧 ， 而木质素 转变为碳后才发生气 固两相反应 。最初生物质燃料 表面挥发分首先燃烧形成较长火焰 ， 成型燃料 的表 层部分碳处于过渡燃烧区 ， 并向深层渗透 ， 此阶段主 要进行固定碳燃烧 ， 随着 固定碳燃烧的加深 ， 形成厚 的灰壳。虽然热膨胀作用会使灰壳上呈现微孔组织 或空隙通道 ， 但是燃烧灰 的低熔点引起 的粘结性 占 主导作用。如果没有外力的作用 ， 未烧完 的生物质 燃料就会结团且烧不尽 J 。生物质 ( 废菌包 ) 具体 分析数据见表 l 、 表 2 、 表 3 。 生物质燃料水分变化范围较大、 密度低 、 含氧量 表1 生物质( 废菌包) 的成分分析 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 2 - 0 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 工业锅炉 2 0 1 2年第 3期( 总第 1 3 3期) 表2 灰分分析 失较高。 项 目 二 铁 项 目 变形 温度 DT 软化温度 S T 流动温度 ， 结果 7 2 6 7 7 3 8 0 1 2 改造方案 2 1 燃油锅炉的改造方案 2 1 1改造 内容 ( 1 ) 拆除燃油燃烧器后 ， 将锅炉本体上原安装 燃烧器的洞 口尽量开大 ， 并用法兰接 出， 安装生物质 燃料燃烧器。 ( 2 ) 在燃油锅炉的烟气 出口加装引风及除尘装 置( 配用 电动机功率 为 3 0 k W) 。一方面保证生物 质燃料在微负压状态下燃烧 ， 另一方面也通过引风 的作用使生物质作旋转、 扬起 、 翻腾状燃烧 。 2 1 2技术特 点 ( 1 ) 生物质燃料在炉膛 内未完全燃烧而被夹杂 在烟气中“ 拖” 走 ， 导致着火点后移 ， 甚至发生二次 燃烧 ， 造成锅炉局部 区域温度高于设计温度 。设计 燃烧器的 目的就是让着火点前移 ， 使较长的火焰被 “ 拖” 进炉胆 ， 即使发生二次燃烧 ， 也让它在锅炉 的 炉胆内进行。 ( 2 ) 引风量要足够大。因为燃烧过程要保证微 负压状态燃烧 ， 一二次风量较大， 同时燃烧 中的水分 也会产生大量的烟气以及要保证燃料旋转 、 扬起 、 翻 腾 状态 。 ( 3 ) 燃油锅炉的炉胆被作为副燃 烧室使用 ， 二 次切向风的进入使未燃尽 的碳粒和可燃气体完全燃 烧 ， 减少 了高温缺氧不完全燃烧所产生的黑烟。 ( 4 ) 为防止积灰、 结渣 ， 通过控制燃 烧温度、 过 量空气系数以及烟气流速来解决。 ( 5 ) 生物质燃烧产生 5 左右的粉尘状灰分 ， 烟 气除尘装置为 2级 ， 第一级为旋风除尘器 ， 第二级为 水膜除尘器 ， 除尘器的烟气处理量选取要大点 ， 保证 烟气排放符合环保要求。同时灰分 中含有较多的二 氧化硅 ， 对烟管的磨损大， 要对烟管采取防磨措施。 2 2 生物质燃料燃烧器的设计 2 2 1 生物质燃烧的特点 ( 1 ) 生物质水分含量较高( 即使预先干燥处理 ， 水分含量也会达 1 0 ) ， 燃烧需要较高 的干燥温度 和较长的干燥时间， 产生的烟气体积较大， 排烟热损 ( 2 ) 生物质燃料的密度小 ， 结构松散 ， 迎风面积 大 ， 容易被吹起 ， 飘浮( 沸腾) 燃烧的比例较大 。 ( 3 ) 生物质发热量低 ， 炉膛温度场偏低 ， 稳定燃 烧 比较困难。 2 2 2生物质燃烧器的设计 针对生物质燃烧 的特点 ， 我们设计 了专门的燃 烧器。其结构如图 1 所示 。 副 燃 烧 宦 图 1 燃烧器结构 生物质燃料通过进料鼓风机沿切向喷人燃烧器 内( 进料鼓风机作用仅是把燃料鼓入燃烧器内) ， 经 一 次切 向风的作用作切 向旋转高速运动 ， 同时 由于 引风的作用 ， 作 轴向运动。燃烧所需 的空气绝大部 分来 自前部的一次切 向风( 一次切 向风在燃烧器 内 也通过燃料 喷 口进 入) ， 高速运转 的气流将燃烧室 内的高温烟气卷吸到燃烧室的前端 ， 保证 了燃烧室 前端能够维持足够高的温度 ， 使得燃料稳定着火燃 烧 ， 着火后的飞灰被 “ 拖 ” 进 锅炉 的炉胆 内继续 燃 烧 ， 燃烧所需的空气通过二次切向风 口进入 ， 这样整 个燃烧过程就是强烈的旋转 、 扬起 、 翻腾和复杂的轴 向运动 ， 形成 了良好 的空气动力 场 J ， 燃烧 过程更 为剧烈 ， 燃烧更为充分 ， 保证燃料的燃尽 ， 也有助于 低负荷稳燃 ， 同时也减轻受热面的积灰。另外燃烧 器采用水冷方式冷却( 对水起预热作用 ) ， 冷却水经 过预热后作为锅炉的给水 ， 提高 了锅炉的给水温度 ( 控制在 7 O c I = 以下 ) ， 间接地增大锅炉的受热面积。 3 改造后的运行 要求 ( 1 ) 初始运行时 ， 须人工用 木材点火 ， 让其燃烧 十余分钟后关上点火门， 系统开始正常运行 。 ( 2 ) 生物质燃料含水分较 多， 须对其进行干燥 预处理 ， 保持水分在 1 0 以下 。否则由于燃料中水 分过多， 就导致烟气中水蒸气增多， 将降低烟气的露 点温度 ， 增加了尾部结露的可能性 ， 将导致烟气腐蚀 现象的加剧 。 ( 3 ) 系统运行过程 中， 燃烧器停运时间过长 ， 须 重新 点 火 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 经验交流 一 台湿背式燃油锅炉改烧生物质燃料的实践 4 5 ( 4 ) 要定期清理燃烧器内的积灰 ( 频次很少) 。 4 运行效 果与经济性分析 根据上 述方案 ， 我 们将 一 台型号为 WN S 4 1 2 5 一Y湿背式燃油锅炉进行改造， 初期 的设备 投 入约 9 0万元 ， 不仅增加 了除尘系统 ， 而且增加燃料 的烘干系统和给料系统。 改造后的锅炉出力与燃油时没有显著差别。通 过一年多的运行， 整个系统的运行安全、 稳定 ， 达到了 预期的效果 ， 但整个系统耗用电量与燃油耗用电量相 比较大。改造前后每吨蒸汽的成本对比见表 4 。 表 4改造前后每吨蒸汽 的成本对 比 根据公司财务提供的数据 ， 分析一年多的运行 情况 ， 与燃油相 比， 每吨蒸汽节省 1 3 8元 ( 一个月节 约 ： 1 3 8 吨 3 0天 月 5 0吨 天 =2 0 7万 元 ) ， 运行效益非常可观 ， 5个 月就收 回全部投 资 。 目 前 ， 又有 4家食用菌生产厂 的燃油锅炉进行了改造 并投人运行 ， 均取得 了良好 的经济效益与社会效益。 盟 参考文献 1 徐志伟， 等 食用菌栽培废料的营养价值和开发利用途 径 J 青海畜牧兽医杂志， 1 9 9 7 ( 4 ) 2 沈国章 ， 钟振成， 吴占松， 等 生物质燃料在流化床内结 渣特性判别指标研究 J 热力发电， 2 0 1 l ( 4 ) 3 谷开兴 ， 靳宗伟， 高永彬 ， 等 循环流化床燃烧秸秆类生 物质技术的探讨 J 工业锅炉， 2 0 1 0 ( 6 ) 上海工业锅炉研究所诚聘 广 告 招聘职位 ：余热锅炉产品设计师 ( 1 2 名 ) 职位要求： 1 、本科及以上学历，热能及相关专业 ，中级以上职称 ； 2 、有 1 0 年以上余热锅炉产品设计、研发的工作经验，尤其对冶金、化工等行业的余热锅炉项 目具备 独