陳杭生

摘 要：介紹了生物質(zhì)顆粒燃料的特點(diǎn)和積灰產(chǎn)生機(jī)理，介紹了水管鍋爐結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)與優(yōu)化創(chuàng)新，通過(guò)能效測(cè)試與理論計(jì)算對(duì)比，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)顆粒；積灰；水管鍋爐；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）25-0094-02

前言

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保問(wèn)題的重視和燃煤鍋爐改造政策的實(shí)施，生物質(zhì)顆粒燃料因低碳環(huán)保經(jīng)濟(jì)可再生而受到關(guān)注，然而生物質(zhì)顆粒鍋爐如雨后春筍般遍及全國(guó)各地。SZL10-1.25-S是一種雙鍋筒縱置式鏈條鍋爐，在國(guó)內(nèi)有很多制造廠直接在原先燃煤鍋爐基礎(chǔ)上改燒生物質(zhì)顆粒，結(jié)構(gòu)上未作任何改變，上料系統(tǒng)采用原始的粗放式人工投料，既占地又耗工，鍋爐經(jīng)使用后發(fā)現(xiàn)對(duì)流管束區(qū)、省煤器區(qū)積灰嚴(yán)重，遇水蒸氣凝結(jié)成硬塊，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。每隔三個(gè)月機(jī)組被迫停爐來(lái)進(jìn)行人工清灰，嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，而這種狀況又會(huì)造成燃料耗量增加、排煙溫度升高、熱效率低下。因此，如何開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)適應(yīng)這類生物質(zhì)顆粒燃料的鍋爐成為鍋爐企業(yè)需要研究的重要課題。

1 生物質(zhì)顆粒燃燒特點(diǎn)和積灰產(chǎn)生機(jī)理

生物質(zhì)顆粒燃料揮發(fā)份含量高，燃料著火溫度較低，密度小，結(jié)構(gòu)比較松散，在鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的作用下，燃燒產(chǎn)生的飛灰極易被吹起帶入后面的受熱面中。結(jié)渣和積灰現(xiàn)象相比燃煤鍋爐要嚴(yán)重的多。

鍋爐在燃煤時(shí)產(chǎn)生的煤灰熔點(diǎn)高達(dá)1350℃，大部分未熔化灰隨著爐排向后運(yùn)轉(zhuǎn)直接排至除渣機(jī)，少部分粉煤灰的堆積密度為0.79g/cm3，隨著引風(fēng)機(jī)引力帶入對(duì)流管束區(qū)后靠著自重落入落灰坑中，更細(xì)小粉煤灰進(jìn)入省煤器和除塵器中。對(duì)流管束區(qū)只要定期進(jìn)行蒸汽吹灰，基本上可以避免積灰的產(chǎn)生。而生物質(zhì)灰的熔點(diǎn)只有900～1050℃，比粉煤灰低很多，燒結(jié)特性強(qiáng)，結(jié)渣積灰現(xiàn)象比粉煤灰嚴(yán)重，已熔化的飛灰在對(duì)流管束區(qū)結(jié)渣掉入落灰坑中，傳統(tǒng)的落灰口根本無(wú)法排出渣塊，造成渣塊層層堆積越堆越高。生物質(zhì)飛灰堆積密度只有0.4247g/cm3，未熔化的飛灰極易粘附在對(duì)流管束及省煤器受熱面上無(wú)法脫落，如果再采取蒸汽吹灰只會(huì)讓積灰更加嚴(yán)重。

2 生物質(zhì)顆粒燃料元素和工業(yè)分析見(jiàn)表1。

3 設(shè)計(jì)方案制定

采用全自動(dòng)生物質(zhì)顆粒上料系統(tǒng)，料倉(cāng)容量按2天燃料儲(chǔ)量考慮，建議用戶采購(gòu)飛灰熔點(diǎn)達(dá)到980℃以上的生物質(zhì)顆粒。鍋爐爐膛兩側(cè)水冷壁密排布置，提高有效角系數(shù)，把燃燒室和燃燼室合并成一個(gè)大爐膛，提高輻射換熱能力，采用較低的體積熱強(qiáng)度，通過(guò)降低爐膛溫度來(lái)減少生物質(zhì)飛灰的高溫熔化，取消燃燼室還可以避免該區(qū)域的積灰無(wú)法清除的弊端。加大對(duì)流管束I區(qū)和Ⅱ區(qū)的落灰閥，解決部分結(jié)渣灰塊排出不暢的問(wèn)題。把傳統(tǒng)燃煤鍋爐鑄鐵省煤器更換成光管節(jié)能器，采用豎直擺放，以便飛灰能自動(dòng)落入下煙室中。

4 鍋爐整體結(jié)構(gòu)組成

該鍋爐主要由垂直提升機(jī)、料倉(cāng)、輸送機(jī)、分料煤斗、鏈條爐排、爐膛、對(duì)流管束I區(qū)、對(duì)流管束II區(qū)、上煙室、節(jié)能器、下煙室等組成，如圖1。

5 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與優(yōu)化創(chuàng)新

5.1 生物質(zhì)顆粒自動(dòng)給料系統(tǒng)

生物質(zhì)顆粒自動(dòng)給料系統(tǒng)由進(jìn)料斗、垂直提升機(jī)、出料管、料倉(cāng)、物位儀、稱重裝置、輸送機(jī)、分料煤斗、鏈條爐排組成。生物質(zhì)顆粒卸入進(jìn)料斗，再通過(guò)垂直提升機(jī)輸送，經(jīng)過(guò)出料管落入料倉(cāng)中，生物質(zhì)顆粒通過(guò)稱重裝置和皮帶輸送機(jī)送入分料煤斗，再由鏈條爐排送入爐膛燃燒。物位儀顯示低物位時(shí)啟動(dòng)垂直提升機(jī)進(jìn)料，物位儀顯示高物位停止垂直提升機(jī)運(yùn)行。當(dāng)鍋爐需要送料時(shí)，通過(guò)程序控制自動(dòng)開(kāi)啟稱重裝置和皮帶輸送機(jī)進(jìn)行送料。整個(gè)過(guò)程省時(shí)省力，使用方便快捷，自動(dòng)化程度較高，特別對(duì)于6噸及以上大型鍋爐使用企業(yè)可以帶來(lái)較佳的經(jīng)濟(jì)效益。整套系統(tǒng)占地少、高空布置結(jié)構(gòu)緊湊、可以節(jié)省土地資源。

5.2 燃燒換熱系統(tǒng)

燃燒換熱系統(tǒng)由爐膛、對(duì)流管束區(qū)I、對(duì)流管束區(qū)II、空氣吹灰器、落灰閥、落灰坑組成。爐膛兩側(cè)φ51x3水冷壁管按53mm節(jié)距排列，光管有效角系數(shù)可提高到0.99。爐膛前側(cè)布置了φ51x3前水墻管，后側(cè)也布置了φ51x3水冷壁管，取消了原先燃煤鍋爐的燃燼室布置，既提高了爐膛輻射換熱效果，又避免了積灰死角。整個(gè)爐膛布置可以有效降低爐膛溫度，使?fàn)t膛出口溫度控制在980℃以內(nèi)，最大程度降低生物質(zhì)飛灰的熔化現(xiàn)象。大量生物質(zhì)爐灰由鏈條爐排排入落灰坑，少量飛灰及熔化灰與高溫?zé)煔庖黄疬M(jìn)入對(duì)流管束區(qū)I和對(duì)流管束區(qū)II進(jìn)行對(duì)流換熱。隨著煙氣溫度的降低，少量熔化灰冷卻結(jié)渣并吸附部分飛灰靠自重落入落灰閥上。考慮到生物質(zhì)飛灰密度小遇水易粘結(jié)流動(dòng)性差，采用空氣吹灰來(lái)清除吸附在對(duì)流管束上的飛灰。落灰閥按600×350大口徑設(shè)計(jì)，以便排灰順暢避免積灰。

5.3 尾部余熱回收系統(tǒng)

把省煤器改為光管節(jié)能器，管子采用φ32x3蛇形管立式錯(cuò)列布置，橫向節(jié)距取100mm，縱向節(jié)距取60mm，每一列蛇形管之間留有18mm間隙，可以確保飛灰順暢掉落至下煙室，即使有積灰也可以打開(kāi)上煙室檢查門進(jìn)行清理，解決了傳統(tǒng)鰭片省煤器因間隙小根本無(wú)法清灰的弊端。

6 熱力計(jì)算

鍋爐熱力計(jì)算采用2003年中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社《層狀燃燒及流化床燃燒工業(yè)鍋爐熱力計(jì)算方法》進(jìn)行計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法表8-1中鍋爐管束及鋼管省煤器熱有效系數(shù)取0.55～0.65，我們根據(jù)多臺(tái)鍋爐運(yùn)行的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看取0.6最為合適。熱力計(jì)算結(jié)果匯總表見(jiàn)表2。

7 鍋爐能效測(cè)試與結(jié)論

鍋爐能效測(cè)試部門測(cè)試結(jié)果如表3，該鍋爐已達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)，測(cè)試結(jié)果與計(jì)算相差不大，該鍋爐具有較高的熱效率和較低的排煙溫度，節(jié)能減排效果顯著，市場(chǎng)發(fā)展前景可期。

參考文獻(xiàn)：

[1]工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算方法編委會(huì).工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算方法[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[2]林宗虎，徐同模.實(shí)用鍋爐手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.endprint