一台湿背式燃油锅炉改烧生物质燃料的实践.docx

文章编号: 1004-8774( 2012) 03-43-03一台湿背式燃油锅炉改烧生物质燃料的实践李广东1 ，常小芳1 ，周中健2( 1 江苏省特种设备检验研究院连云港分院，江苏 连云港 222004;2 连云港市灌南质量技术监督局，江苏 连云港 222500)practice on using biomass fuel fora wet-back oil-fired boilerli guang-dong1 ，chang xiao-fang1 ，zhou zhong-jian2( 1 lianyungang branch of jiangsu special equipment inspection institute，lianyungang 222004，china;2 the quality technical supervision bureau of guannan，lianyungang 222500，china)第一 作 者: 李 广 东( 1967 ) ，1989 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。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: tk229. 92; tk229. 7文献标识码: b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，未烧完的生物质前言连云港灌南农业开发区内，有 60 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 30% 40% 。干燥的菌 包主要成分为1: 30% 的木屑、30% 的麸皮、20% 的 棉籽壳和 20% 的 玉 米 芯，颗粒直径一般小于 650 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 wns 41 25y 湿背式燃油锅炉改造后的运行状况为例作进一步阐 述。02燃料就会结团且烧不尽 。生物质( 废菌包) 具体分析数据见表 1、表 2、表 3。生物质燃料( 废菌包) 的特性生物质燃料水分变化范围较大、密度低、含氧量1表 1 生物质( 废菌包) 的成分分析空干基水分mad / %收到基灰分aad / %空干基挥发分vad / %空干基固定碳fcad / %发热量qnet ar/ ( mjkg 1 )硫s / %氮n / %碳c / %氢h / %氧o / %8 274 9273 767 130 120 9539 475 0245 5616 84收稿日期: 2012-02-03工业锅 炉2012 年第 3 期( 总第 133 期)44表 2 灰分分析失较高。( 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。%二氧化硅 三氧化二铝 三氧化二铁 氧化钙 氧化镁项目sio2al2 o3fe2 o3caomgo结果 47 677 484 7112 536 16表 3灰溶点温度项目变形温度 dt软化温度 st流动温度 ft2 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结果726773801改造方案燃油锅炉的改造方案22 12 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 30 kw) 。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 10% ) ，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，排烟热损图 1 燃烧器结构生物质燃料通过进料鼓风机沿切向喷入燃烧器 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3，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 70 以下) ，间接地增大锅炉的受热面积。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 10% 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。3经验交流一台湿背式燃油锅炉改烧生物质燃料的实践45( 4) 要定期清理燃烧器内的积灰( 频次很少) 。运行效果与经济性分析根据上述方案，我们将一台型号为 wns 4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。41. 25y 湿背式燃油锅炉进行改造，初期的设备投入约 90 万元，不仅增加了除尘系统，而且增加燃料表 4改造前后每吨蒸汽的成本对比生物质柴油 使用生物质燃料比使用柴油时多耗电量改造前比改造后多耗用的其它费用( 如燃料烘干、人员 工资、设备维修、折旧等财务费用及其它)0 40 元 / kg5 80 元 / kg1 00 元 / kwh104 元395 元11 元260 kg68 kg11 kwh142 元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 138 元( 一个月节 约: 138 元 / 吨 30 天 / 月 50 吨 / 天 = 20 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