研究與開發(fā)新型生物質(zhì)燃料鍋爐的研發(fā)與應用文章編號:10048774(2011)02-1704新型生物質(zhì)燃料鍋爐的研發(fā)與應用李榮,朱琳珺(偉明環(huán)保設(shè)備有限公司,上海200120)摘要:針對生物質(zhì)燃料的理化特點,設(shè)計開發(fā)了單層布置的新型生物質(zhì)燃料鍋爐,重點介紹了該鍋爐的設(shè)計思想和結(jié)構(gòu)特點,設(shè)計的新型生物質(zhì)燃料鍋爐已得到實際應用。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)燃料;鏈條爐排鍋爐;單層布置中圖分類號:TK229文獻標識碼:A第一作者:李榮Design and Application of New Type Boiler Firing Biomass(964-),江蘇無錫人,高級工程師,LI Rong, ZHU Lin-jun主要從事生物質(zhì)燃Weiming Environment Protection Equipment Co Ltd, Shanghai 200120, China)料鍋爐及垃圾焚燒Abstract: According to the physical and chemical properties of biomass fuel in China, the鍋爐的開發(fā)與應用ning method and structure characteristics of the new type boiler firing biomass were introduced研究。Key words: biomass fuel; chain grate stoker boiler; one-layer arrangement0前言(2)爐膛為膜式壁結(jié)構(gòu),采用敷管爐墻,重量利用農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)的廢棄物在鍋爐中輕保溫及氣密性好。焚燒,所產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電或供汽,既有良好的社(3)爐膛較高,確保爐膛出口煙溫低于灰熔點會效益,又有可觀的經(jīng)濟效益。由于各種生物有效地保護過熱器,防止結(jié)焦。質(zhì)外形各異、成分復雜,通常采用鏈條爐排鍋爐直接(4)為了改善爐內(nèi)高溫煙氣的充滿度,后墻水燃燒的方式。冷壁在爐膛出口下緣處向爐內(nèi)突出形成折焰角?，F(xiàn)有的橫梁式鏈條爐排鍋爐,鏈條爐排載荷由(5)根據(jù)生物質(zhì)燃料的燃燒特性,在爐膛下部鍋爐房基礎(chǔ)承載,鍋爐房一般采用雙層布置。土建設(shè)置前拱,確保新燃料的水分迅速蒸發(fā)和汽化,及時工作量大,投資成本高,建設(shè)周期長-”。地著火、燃燒新型生物質(zhì)燃料鍋爐的研發(fā)(6)在前拱及爐膛后墻處布置有二次風管,充為了更好地推廣生物質(zhì)能發(fā)電,尤其是適應生分利用高速二次風射流引帶和推送煙氣的作用,加物質(zhì)資源豐富而水泥等建材匱乏地區(qū)的需求,我們強煙氣的擾動,造成煙氣漩渦,延長煙氣在爐內(nèi)的行全新開發(fā)了一種新型單層布置的生物質(zhì)燃料鍋爐,程、改善爐內(nèi)氣流的充滿度,使生物質(zhì)燃料完全燃在保證生物質(zhì)燃料及時干燥和有效燃燒的同時,可燒,飛灰可燃物減少,并補充燃燒所需要的氧氣。大幅度減少土建工作量、縮短建設(shè)周期、降低投資成(7)生物質(zhì)燃料給料采用全新設(shè)計的星型給料本裝置,內(nèi)有防堵的彈簧機構(gòu),確保給料暢通。新型生物質(zhì)燃料鍋爐的特點:(8)生物質(zhì)燃料通過噴播裝置噴入爐膛,在噴播(1)改變了傳統(tǒng)鏈條爐排的載荷由鍋爐房基礎(chǔ)過程中,一部分細屑開始懸浮燃燒,大顆粒落到爐排承載的模式,橫梁式鏈條爐排直接支承在鍋爐鋼架上繼續(xù)燃燒,燃燒熱強度高。播散風采用熱風從噴播上,鍋爐房由雙層布置改為單層布置,由此減少土建裝置中國煤化工地噴播到爐膛后工作量,縮短建設(shè)周期,降低投資成本,尤其適合水部,另CNMHG所需的氧氣泥等建材缺乏的東南亞和南亞地區(qū)。(9)橫梁式鏈條爐排的爐排片采用耐熱鑄鐵,使用壽命長。收稿日期:2010-1221(10)空氣預熱器中管子采用大口徑管,不易堵工業(yè)鍋爐2011年第2期(總第126期)灰(3)鍋爐基本尺寸2新型生物質(zhì)燃料鍋爐的應用鍋筒中心標高27500mm為了更好地適應國際市場,我們應用新型生物鍋爐最高點標高(過熱器連接管)29000mm質(zhì)燃料鍋爐技術(shù),為印度市場研制開發(fā)了額定蒸發(fā)鍋爐深度(Z1~4柱距離)11965mm量為45U/h的次高壓生物質(zhì)燃料鍋爐,見圖1。鍋爐寬度5150mm(4)鍋爐結(jié)構(gòu)簡述A-A BB針對燃用印度植物( Julie Flora)或木片等生物質(zhì)燃料,鍋爐設(shè)計為單鍋筒、自然循環(huán)、∏型布置的結(jié)構(gòu)型式。鍋爐房設(shè)計為單層布置。橫梁式鏈條爐排直接支承在鍋爐鋼架上,其重量通過鍋爐鋼柱傳遞到柱基。鍋爐燃燒設(shè)備由橫梁式鏈條爐排、噴播裝置、送風系統(tǒng)組成。尺寸為4300mm×6500mm的橫梁式鏈條爐排是鍋爐主要燃燒設(shè)備,制備成的印度植物( JulieFlora)、木片(尺寸小于40mmx40mmx5mm),從噴播裝置送入爐膛。一部分較細小的燃料在空間懸浮燃燒,另一部分落在爐排上以層燃方式進行燃燒。來自空氣預熱器的熱風,從兩側(cè)爐排進風管進入八6930051504個風室。爐排進風管入口處設(shè)有調(diào)節(jié)風門,用以調(diào)1一橫梁式鏈條爐排2-鍋筒3-爐膛4給料裝置節(jié)各風室的風量,使爐排上的燃料燃燒完全。5—噴播裝置6—折焰角7—水平煙道8一高溫過熱器四套噴播裝置布置在鍋爐前墻,它由星型給料9—低溫過熱器10—前拱11一出渣和出灰設(shè)備裝置和噴播裝置組成。其中,星型給料裝置中裝有12—尾部煙道13—省煤器14-空氣預熱器防堵的彈簧機構(gòu);噴播裝置中設(shè)有角度調(diào)節(jié)板和調(diào)15-吹灰器16—二次風17—鋼架和平臺扶梯節(jié)風門,用于調(diào)節(jié)燃料噴播狀況。角度調(diào)節(jié)板的調(diào)圖1新型45Uh次高壓生物質(zhì)燃料鍋爐(1)鍋爐參數(shù)節(jié)范圍為-30°-10°。額定蒸發(fā)量45 t/h送風系統(tǒng)分為一次風系統(tǒng)和二次風系統(tǒng)兩部額定蒸汽壓力6.47MPa分,燃燒所需空氣經(jīng)空氣預熱器加熱成熱風,約40%經(jīng)爐排進風管進入爐排下部風室,作為一次風額定蒸汽溫度485℃供爐排上燃料燃燒用。約占總風量20%的熱風從給水溫度130℃排污率2%噴播裝置中噴出,稱為播散風,它一方面把燃料噴播設(shè)計燃料印度植物( Julie Flora),木片到爐膛后部,另一方面補充燃料懸浮燃燒部分所需(2)燃料成分的氧氣。鍋爐爐膛設(shè)計為由d60×4mm節(jié)距為100mm設(shè)計燃料成分詳見表1。的管子和扁鋼焊成膜式水冷壁結(jié)構(gòu),其斷面尺寸為表1設(shè)計燃料元素分析印度植物( Julie Flora)木片4700mm×4300mm。水冷壁外每隔3m左右布置剛性梁,把整個水冷壁組成剛性吊箍式結(jié)構(gòu),水冷壁本身及其爐墻、剛性梁等重量均通過水冷壁固定裝02731.540.99may中國煤化工由膨脹。為保證水冷壁組成了四個獨0.15CNMHG2.953.3730.0020.00為確保新燃料的水分迅速蒸發(fā)和汽化,及時地Q/(k·kg)1080,001271300著火、燃燒,前墻水冷壁自下集箱上傾20°形成前拱,再回折形成前水冷壁。為了改善爐內(nèi)高溫煙氣研究與開發(fā)·新型生物質(zhì)燃料鍋爐的研發(fā)與應用的充滿度,后墻水冷壁在爐膛出口下緣處向爐內(nèi)突卻水,過熱器設(shè)計減溫幅度為55℃出形成折焰角折焰角伸入爐膛1800mm。鍋爐尾部豎井中單級布置有鋼管式省煤器和管在前拱及爐膛后墻處布置有二次風管,占總風式空氣預熱器,其中,鋼管式省煤器布置在尾部豎井量約為40%的經(jīng)空氣預熱器加熱的熱風作為二次的上部蛇形管由d32×4mm的碳素鋼制成,分四風,以使燃料完全燃燒,飛灰可燃物減少,并補充燃組,呈逆流順列布置,單側(cè)進出水,集箱均布置在鍋燒所需要的氧氣爐的右側(cè)。為混合均勻,在第二組省煤器(順煙氣為了確保爐膛出口煙溫低于灰熔點,防止過熱流動方向)后設(shè)一混合集箱。器結(jié)焦,爐膛高度設(shè)計為19m。立式鋼管空氣預熱器布置在尾部豎井的下段,在爐膛出口處,在折焰角上方及水平煙道內(nèi)順雙回程。為防止堵灰,鋼管采用大口徑的d60煙氣流動方向共布置了兩級垂直式對流過熱器。高2mm螺紋管;為防止腐蝕,空氣預熱器下管箱管子溫段在前、低溫段在后,總體呈平行混合流布置。飽采用考登鋼和蒸汽自鍋筒引出至低溫過熱器進口集箱,然后進鍋爐采用鋼柱支承結(jié)構(gòu),半露天布置。整個爐低溫過熱器。低溫過熱器管子為38×4mm管,材室、過熱器均吊在頂梁上,然后通過鋼柱傳到柱基,料為碳鋼。過熱蒸汽從低溫過熱器出來后經(jīng)噴水減尾部構(gòu)架支承省煤器和空氣預熱器的重量,并承受溫器后進入高溫過熱器。高溫過熱器采用平行混合頂板梁及其爐墻的重量。流布置管子為d38×4mm管,材料為合金鋼(5)鍋爐運行參數(shù)匯總(100%負荷),如表2、減溫器采用噴水減溫器,以130℃給水作為冷表3。表2100%印度植物( Julie Flora)名稱受熱面積煙氣出口工質(zhì)進囗工質(zhì)出口嫻氣平均工質(zhì)平均溫壓傳熱系數(shù)吸熱量Hm2溫度T/℃溫度1℃溫度2℃速度速度T/ K kcalQ/(kcl過量空氣(m·8)(m·s-)(m2h·℃)]·kg-)系數(shù)a爐膛326.51239.61.350高溫過熱器264.035336.7附加受熱面28.8懸吊管29.6低溫過熱器538.8487284087613.4220372329.51.400省煤器942.213026744.477.8空預器7.510117.3142.61.480表3100%木片名稱熱面積煙氣出口工質(zhì)進口丁質(zhì)出口煙氣平均工質(zhì)平均溫K(klQ(kcal過量空氣(m·s-)(m·s-)(m2h·℃)1]·kg)系數(shù)a爐膛326.51544.81.350高溫過熱器264.06.018.7304252.91.375附加受熱面28865828824.827.81.375懸吊管3.465728.33.21.375低溫過熱器538.847913.421835.7375.01.400省煤器42.2空預器11.I16.3153.41.4803結(jié)論爐房V中國煤化工幅度減少了土建此新型生物質(zhì)燃料鍋爐的研發(fā)與應用,突破了工作CNMHG生物質(zhì)燃料鍋爐傳統(tǒng)鏈條爐排的載荷由鍋爐房基礎(chǔ)承載的模式,創(chuàng)中的各項技術(shù)提高了生物質(zhì)燃料燃燒效率。盟新地將橫梁式鏈條爐排直接支承在鍋爐鋼架上,鍋參考文獻[1]姚向君,田宜水.生物質(zhì)能資源清潔轉(zhuǎn)化利用技術(shù)工業(yè)鍋爐20ll年第2期(總第126期)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005omass and Bioenergy, 2004, 26(6): 561-569[2]張明,袁益超,劉聿拯,生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)的發(fā)展研[5]樂園,李龍生秸稈類生物質(zhì)燃燒特性的研究[J究[J].能源研究與信息,2005,21(1):15能源及工藝,20(4):30-34.eng Jin, Mingyao Zhang, Renping 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Experimental study on cotton stalk combustion[J].中國電機工程學報,2006,26(11):65in a fluidized bed[門]. Energy200,338):1224-1232.[7]蔣旭光,李香排,池涌,等.木屑焚燒過程中氯化氫排[4]Kristensen E F, Kristensen J K. Development and test of放特性研究[.燃料化學學報,2004,32(3):307small-scale batch-fired straw boilers in Denmark[J].Bi-》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》(上接第12頁)的排放。由于熱解氣中富含的H2與N2結(jié)合反應的的密封性要求,而且可以保證燃料在裝置中順利流能力比O2強,可以減少N2與O2反應的機率同時動和充分加熱。無軸螺旋式管式反應器與加熱外筒焦油也具有分解氮氧化物的作用初步實驗證明可之間存在夾層,實驗時夾層內(nèi)導入高溫煙氣加熱無以降低氮氧化物排放60%左右。由于我國燃煤鍋軸螺旋式管式反應器,同時在夾層內(nèi)設(shè)置導流片起爐數(shù)量眾多,一旦這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來,社會效益和經(jīng)到強化傳熱和延長煙氣停留時間的作用。濟效益將會很大。6總結(jié)4 LATAAAAAA在過去的近20多年里,在廣大技術(shù)人員的努力下,通過對生物質(zhì)熱解機理的不斷研究,進行了熱解反應參數(shù)的優(yōu)化選取、催化劑的選擇和催化環(huán)境的改善,建立了深厚的理論研究基礎(chǔ),目的是獲得更高質(zhì)量和產(chǎn)量的一次熱解產(chǎn)物。密封料倉2一螺旋式給料3—螺旋式管式反應器目前,我們正積極開展生物質(zhì)熱解裝置的工業(yè)4—導流片5—加熱外筒6一加熱熱源進口化設(shè)計,盡早實現(xiàn)該項技術(shù)產(chǎn)業(yè)化,更加高效地利用7一加熱熱源出口8一密封渣倉9—熱解氣出口生物質(zhì)能。圖7實驗樣機示意圖參考文獻實踐證明該工藝路線燃料適用性非常強不但(1]董良杰生物質(zhì)熱裂解技術(shù)及其反應動力學研究[D]可以對多種類型生物質(zhì)進行熱解,而且對燃料的粒沈陽:沈陽農(nóng)業(yè)大學,1997度、濕度等參數(shù)要求不高,特別適于市場產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[(2]顏涌捷,李庭深任錚偉.城市生活垃圾能源利用探討需要。運行數(shù)據(jù)顯示木材在490~510℃的熱解溫[J].太陽能學報,1996,17(2):18-2度下,當進料速度為60kg/h(螺旋轉(zhuǎn)速為20Hz)[3]劉平吳創(chuàng)之羅曾凡等反應溫度對兩種特定生物質(zhì)時,可以取得高質(zhì)量的熱解產(chǎn)物,包含幾種主要成熱解氣體產(chǎn)物的影響[C].中國工程熱物理學會代用燃分,CO:18.66%,CO2:13.14%,CH4:10.11%,H2料技術(shù)分會,1997:301-307379%,CHn:31.23%,O2:0.97%,N2:22.094%[4]蔣劍春.生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化行為特性和工程化研究低位發(fā)熱值6478k/m3。目前正在實施更深一層D].北京:中國林業(yè)科學研究院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所,2003的研究,分為兩條路線:第一條是對熱解氣繼續(xù)進行[5]吳創(chuàng)之,馬隆龍生物質(zhì)能現(xiàn)代化利用技術(shù)[M]北京:氧化反應,裂解熱解氣中大分子鏈結(jié)構(gòu)的焦油,再通化學工業(yè)出版社,2003過還原反應獲取更高品質(zhì)的生物質(zhì)氣化氣,用于燃[6]姚向君,田宜水生物質(zhì)能資源清潔轉(zhuǎn)化利用技術(shù)(第1氣輪機發(fā)電;第二條是不考慮消除焦油,直接將熱解版T業(yè)出計005氣以再燃的方式噴入燃煤工業(yè)鍋爐中,不但可以節(jié)[7]吳中國煤化工2)生物質(zhì)氣化工藝約比較緊缺的煤炭資源,而且可以降低氮氧化物CNMHG(2)51-52