朱建軍

摘 要：文章介紹了一種新型的燃料為固體成型的生物質(zhì)熱水鍋爐，結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，水循環(huán)可靠。針對燃料的特性采取特定的措施，合理的布置受熱面，層狀燃燒方式，燃料適應(yīng)性廣。并對鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：固體成型的生物質(zhì)燃料；鏈條爐排層狀燃燒；自然循環(huán)；受熱面為全水管式鍋爐

1 概述

隨著社會對能源需求的日益增長，作為主要能源來源的化石燃料在迅速地減少。因此，尋找一種可再生的替代能源，成為社會普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。生物質(zhì)能是一種理想的可再生能源，它來源廣泛，每年都有大量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)及森林廢棄物產(chǎn)出。在目前世界的能源消耗中，生物質(zhì)能消耗占世界總能耗的14%，僅次于石油、煤炭和天然氣，位居第四位。而在我們國家特別是北方地區(qū)玉米桿、稻殼等可再生資源資源非常豐富，用其代替或部分代替燃煤，能為用戶帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)回報。

SZL4.2-1.0/95/70-T型組裝水管熱水鍋爐，采用雙鍋筒縱置式布置，燃燒方式用鏈條爐排。額定功率4.2MW，額定出水壓力1.0MPa，額定出水溫度95℃，鍋爐設(shè)計(jì)燃料為固體生物質(zhì)燃料。爐膛兩側(cè)墻水冷壁采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)；爐膛前、后墻水冷壁管向下延伸到爐排上部形成前后拱，這樣既增加鍋爐的密封性能，可有效降低爐墻外壁溫度，減少散熱損失，又增加了爐膛容積及受熱面，同時加固了后拱的強(qiáng)度。爐膛后為燃燼室、對流管束，尾部有省煤器。煙氣經(jīng)爐膛、燃燼室、對流管束、省煤器進(jìn)入尾部煙道，通過除塵器、引風(fēng)機(jī)、煙囪排入大氣。

本鍋爐分上下兩大件出廠，上部大件包括鍋爐本體、上部鋼架及上部爐墻，下部大件包括煤斗、鏈條爐排、下部爐墻及內(nèi)部通風(fēng)道，除前后拱管及其連接管現(xiàn)場裝配，部分磚墻及前后爐拱在現(xiàn)場砌筑外，其余部件均組裝出廠，尾部省煤器及煙風(fēng)道隨爐配套出廠。尾部除塵器及其接管按照合同發(fā)貨。

該鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行工況范圍：熱負(fù)荷： 70%-100%。

2 鍋爐規(guī)范

額定功率：4.2MW

額定出水壓力：1.0MPa

額定出水溫度：95℃

回水溫度：70℃

冷空氣溫度：20℃

試驗(yàn)壓力：1.4MPa

輻射受熱面：26.08m2

對流受熱面：111.7m2

省煤器受熱面：139.52m2

爐排有效面積：7.7m2

排煙溫度：154℃

排煙處過量空氣系數(shù)：1.65

設(shè)計(jì)效率：82.4%

鍋爐水容量：7.5m3

金屬耗量：鍋爐本體9718 kg；鋼結(jié)構(gòu)8203kg；爐排15593kg

總耗電量：53.35KW

3 對燃料的要求

該型鍋爐按生物質(zhì)固體成型固體燃料（BBDF）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

進(jìn)入本鍋爐的秸桿經(jīng)烘干，并制成塊狀或棒狀，因此本設(shè)計(jì)采用鏈條爐排的層狀燃燒方式，燃料適應(yīng)性廣。

生物質(zhì)固體成型固體燃料的特性如下：灰分：5～20%；水分：≤12%，低位發(fā)熱值：14650～16747KJ/Kg（3500～4000kcal/kg；密度：800～1100kg/m3；塊狀尺寸為32×32×（30～80），或棒狀尺寸為φ30×（30～80）。

4 鍋爐給水品質(zhì)應(yīng)符合GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》的有關(guān)規(guī)定（見表1）

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡介

鍋爐整體型式為雙鍋筒縱置式自然循環(huán)鍋爐，為縮短安裝工期及基建投資，本鍋爐設(shè)計(jì)成組裝鍋爐，分上下兩大件出廠

針對生物質(zhì)燃料的燃燒特性采取以下幾項(xiàng)改進(jìn)措施。

5.1 鏈條爐排的層式燃燒：由于燃料經(jīng)烘干，并制成塊狀或棒狀，本鍋爐采用前軸驅(qū)動鏈條爐排的層式燃燒方式，著火條件好，燃料適應(yīng)性廣。

5.2 采用較高的前拱和低而長的后拱：既可保證揮發(fā)份有足夠大的空間充分燃燒，又可保證固定碳在后拱區(qū)有較長的燃燒時間，以提高鍋爐燃燒效率。

5.3 合理的二次風(fēng)系統(tǒng)：由于該燃料揮發(fā)分高，燃燒速度快，為防止空氣與可燃?xì)怏w混合不均勻，使煙氣中的碳?xì)浠衔锓纸猓跔t膛燃燒區(qū)設(shè)計(jì)了二次風(fēng)噴嘴。后拱出口處的二次風(fēng)除了使煙氣與空氣充分混合外，還可將爐膛高溫?zé)煔馔葡蚯肮皡^(qū)，有利于燃料的著火。二次風(fēng)風(fēng)道上都裝有調(diào)節(jié)閥門，可根據(jù)燃燒工況需要調(diào)節(jié)各組風(fēng)量。

5.4 采用下部絕熱爐膛：在爐膛下部，前拱區(qū)及后拱區(qū)，都采用絕熱爐膛，以提高燃燒區(qū)的燃燒溫度，保證燃料的完全充分燃燒。

5.5 鍋爐兩側(cè)墻水冷壁采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)；爐膛前、后墻水冷壁管向下延伸到爐排上部形成前后水冷拱，這樣既增加鍋爐的密封性能，又增加了爐膛容積及受熱面，同時加固了后拱的強(qiáng)度。

1）水冷系統(tǒng)：包括前后拱管、側(cè)水冷壁、對流管束、上、下鍋筒、下降管及集箱。

（1）鍋筒：上鍋筒直徑為900，厚14，長5300（不算兩端封頭），下鍋筒直徑為900，厚度為14，長2140（不算兩端封頭），材料均采用Q245R。下鍋筒通過兩個汽包支座擱在底盤上，后邊一個為活動支座。上下鍋筒中心距為2300，上鍋筒支承在焊接的水冷壁、對流管束上。上鍋筒內(nèi)部裝有配水裝置和出水裝置，由省煤器集箱引出的回水經(jīng)4根φ89的管子進(jìn)入鍋筒內(nèi)φ159的配水管，配水管兩端留有半圓形出水口。上鍋筒內(nèi)還裝設(shè)橫向隔板，使上升管與下降管隔開。在鍋筒的頂部裝有出水裝置，加熱后的熱水在鍋筒內(nèi)混合后由出水裝置引出，供給用戶。下鍋筒內(nèi)設(shè)有排污裝置。

（2）水冷壁：爐膛兩側(cè)采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，管子為φ51×4，節(jié)距為100。前、后墻水冷壁為φ51×3的管子共28 根，節(jié)距為120mm，前后墻水冷壁向下延伸，形成高而短的前拱和低而長的后拱。后拱傾角為10°，前后拱總覆蓋率達(dá)80%。

（3）燃燼室：兩側(cè)為φ51×4膜式水冷壁管子連接于上鍋筒與兩側(cè)集箱之間，管間距為100mm，貼后墻管有兩排共16根，連接于上下鍋筒之間，橫向管間距為110mm，管徑φ51×3。

（4）對流管束：上下鍋筒間由320根φ51×3的對流管束分別與上下鍋筒采用焊接連接，管間有一堵隔墻，煙氣成兩個回路橫向沖刷流動。

（5）省煤器采用流線型鰭片式鑄鐵省煤器，長度為1500 mm，材料為HT200。省煤器共64根省煤器管組成，回水由進(jìn)水管流入省煤器，沿逆煙氣方向而上，然后再由出水管送入鍋筒。

2）爐墻部分：本爐為組裝鍋爐，采用輕型爐墻，鍋爐爐膛及燃燼室兩側(cè)全部采用輕質(zhì)保溫材料，既加強(qiáng)了爐墻的保溫隔熱性能又減輕了鍋爐總重。后半部內(nèi)層為耐火磚，外層為保溫材料。前后拱分別由前后拱管作骨架澆筑耐火混凝土組成，后拱的重量吊在兩個橫梁上，鍋爐的前后拱、前墻、中墻和下部爐墻在工地由安裝部門在用戶現(xiàn)場砌筑施工。

3）燃燒系統(tǒng)部分：燃燒系統(tǒng)包括煤斗、鏈條爐排、爐排傳動裝置。

本鍋爐鏈條爐排為大塊爐排片。爐排前后軸距為5.56m，有效寬度為1.6m，爐排下面劃分為5個獨(dú)立的風(fēng)室，根據(jù)燃燒情況配風(fēng)，進(jìn)風(fēng)方式為雙側(cè)進(jìn)風(fēng)，進(jìn)風(fēng)均勻。爐膛前部設(shè)有煤斗、煤閘門，用以調(diào)節(jié)進(jìn)入爐排的料層厚度。爐排速度由減速箱控制調(diào)節(jié)。燒透的爐渣排入渣斗。

6 鍋爐管道系統(tǒng)及附件

鍋爐范圍內(nèi)管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足TSG G0001-2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》》及TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》（附錄B：鍋爐儀表配置要求）的要求。

鍋爐本體附件除放氣閥、出水閥、安全閥、排污閥外，還有測量儀表、壓力表、溫度計(jì)，測點(diǎn)應(yīng)參照圖紙6T8150-0和現(xiàn)場具體情況而定。

7 輔機(jī)配套

用戶自己選配輔機(jī)時，各輔機(jī)的參數(shù)不能低于我廠輔機(jī)清單上輔機(jī)的參數(shù)，海拔高地區(qū)的風(fēng)機(jī)參數(shù)應(yīng)予以修正。

8 鍋爐按GB50273-2009《鍋爐安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行安裝與驗(yàn)收。

9 對于鏈條爐排鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，應(yīng)做到如下方面：（1）水質(zhì)一定要符合標(biāo)準(zhǔn)，保證受熱面不結(jié)垢，提高換熱系數(shù)；（2）鼓引風(fēng)機(jī)及循環(huán)水泵采用變頻控制；（3）控制排煙處過量空氣系數(shù)小于1.65；（4）定期吹灰，提高換熱效率；（5）鍋爐及系統(tǒng)杜絕跑、冒、滴、漏；（6）風(fēng)機(jī)軸承和循環(huán)泵軸承的冷卻水盡可能循環(huán)利用。（7）鍋爐爐墻、煙風(fēng)道、各種熱力設(shè)備、熱力管道及閥門應(yīng)當(dāng)密封和保溫，其表面溫度低于50℃，減少散熱損失。

總之，該鍋爐在河南洛陽某地運(yùn)行已經(jīng)一年有余，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求，受到用戶的好評，在設(shè)計(jì)上是成功的，其獨(dú)特新穎的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對于其它爐型的生物質(zhì)鍋爐也具有一定的參考價值。生物質(zhì)鍋爐與一般工業(yè)鍋爐在結(jié)構(gòu)形式上具有共同之處，但也有不同之處。生物質(zhì)鍋爐的爐型根據(jù)燃料的不同，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同。在設(shè)計(jì)生物質(zhì)鍋爐時一定要根據(jù)燃料的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出具有防腐蝕性、防結(jié)渣、防積灰等特性的生物質(zhì)鍋爐結(jié)構(gòu)型式，盡量減少生物質(zhì)鍋爐在運(yùn)行時可能出現(xiàn)的各種安全隱患。隨著能源危機(jī)的加劇及節(jié)能環(huán)保的意識增強(qiáng)，燃燒清潔燃料及可再生能源是未來的發(fā)展趨勢。促使我國的生物質(zhì)鍋爐得到快速發(fā)展，促使我們生存的環(huán)境愈來愈美好。

參考文獻(xiàn)

[1]趙明泉，等編.鍋爐結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)大學(xué).

[2]金安定，曹子棟，等.工業(yè)鍋爐原理.西安交通大學(xué)出版社.