2008年第8期ENERGY CONSERVATION(總第313期)生物質(zhì)鍋爐的性能論述李海英(聯(lián)美(中國(guó))投資有限公司,北京10006摘要:討論并比較用于生物質(zhì)燃燒發(fā)電的各種鍋爐技術(shù)。著重介紹聯(lián)美集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)的循環(huán)固定床鍋爐特點(diǎn),為企業(yè)選擇生物質(zhì)鍋爐提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);鍋爐技術(shù);循環(huán)固定床鍋爐中圖分類號(hào):TK2291K6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào):1004-7948(200608-0052-03引言干燥的燃料中加入水分來(lái)控制燃燒。生物質(zhì)能是地球上最普遍的一種可再生能源,(2)給料機(jī)式燃燒鍋爐。量大面廣,開(kāi)發(fā)利用潛力巨大,同時(shí)具有CO2零排給料機(jī)式燃燒鍋爐可以分為以下幾類:固定傾放特性,是潛在的可再生能源資源。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為斜爐排、移動(dòng)爐排、振動(dòng)爐排。這種鍋爐燃料的給料電能傳統(tǒng)上大多采用直接燃燒的方法,即采用的是系統(tǒng)與堆狀燃燒器相比,能將一層燃料相對(duì)更均勻蒸汽循環(huán)。地散布在爐排上。生物質(zhì)燃料和其他化石燃料相比,最重要的不固定傾斜爐排系統(tǒng)的早期設(shè)計(jì)的典型問(wèn)題是爐同點(diǎn)是:燃料特性的多變性,髙水分和低氮、硫含量。排上燃料的崩塌和難以控制蒸汽負(fù)荷、燃燒率2,在燃燒過(guò)程中,必須考慮燃料中的水分。燃燒故目前較少采用。而振動(dòng)爐排式系統(tǒng)通過(guò)爐排頂部髙水分的生物質(zhì)燃料之前需要消耗能量來(lái)干燥生物的螺旋式給料機(jī)能夠機(jī)械式地散布燃料,可以將爐質(zhì)所以髙水分會(huì)降低燃燒效率。水分含量越大,燃排上形成的小堆攤平。和移動(dòng)爐排相比,振動(dòng)爐排料燃燒需要的時(shí)間就越長(zhǎng)。鍋爐的效率是隨著水分式系統(tǒng)活動(dòng)部件少,因此,設(shè)備的維修工作量少。鍋含量而變化。當(dāng)燃料水分含量超過(guò)40%后,水分含爐采用了水冷式振動(dòng)爐排,允許爐底空氣的溫度高量稍有增加將會(huì)使鍋爐效率大大降低l些,過(guò)量空氣量大一些,這樣就能夠降低燃燒溫1常見(jiàn)生物質(zhì)燃燒鍋爐概述度控制氮氧化物的形成。降低爐底送入的空氣量燃生物質(zhì)發(fā)電站主要的不同之處是:鍋爐的設(shè)可以避免夾帶走未燃顆粒。爐排與振動(dòng)單元相連計(jì)、燃料的組成和環(huán)境的規(guī)范要求。根據(jù)生物質(zhì)燃能夠確保灰和爐渣向爐渣除去系統(tǒng)的輸送。水冷式料特性的不同和鍋爐系統(tǒng)的要求來(lái)設(shè)計(jì)燃料的預(yù)處爐排能夠提高底部燃燒空氣的溫度,這樣就能夠燃理設(shè)備煙氣的凈化系統(tǒng)是依據(jù)環(huán)境要求和鍋爐煙燒高水分的燃料。氣排放物的差別來(lái)設(shè)計(jì)。在不同電站中除了凝汽(3)懸浮式燃燒鍋爐。和熱電聯(lián)供應(yīng)用方式存在不同之外,使用的蒸汽輪懸浮式燃燒鍋爐與煤粉爐很相似。懸浮式燃燒機(jī)和發(fā)電機(jī)沒(méi)有大的差別。鍋爐的種類有:堆狀燃鍋爐優(yōu)點(diǎn)是:由于燃料比較干燥,所以爐膛尺寸小。燒鍋爐、給料機(jī)式燃燒鍋爐、懸浮燃燒鍋爐和流化床可用于產(chǎn)生蒸汽的兩種基本懸浮燃燒器為:旋風(fēng)燃燃燒鍋爐。燒器和固體燃料燃燒器。旋風(fēng)燃燒器的設(shè)計(jì)要求以(1)堆狀燃燒鍋爐。正確的比例混合燃料和空氣,使得燃料顆粒在到達(dá)堆狀燃燒鍋爐的缺點(diǎn)是:需要周期性地停爐清耐火燃燒室之前能夠完全燃燒。固體燃料燃燒器以理小室的灰;燃燒過(guò)程很難準(zhǔn)確控制。給料的方式正確的比例混合木材燃料和空氣,點(diǎn)燃可燃的混合有床下給料和床頂給料。床下給料的配置能夠提供物,有比較好的燃燒控制。其缺點(diǎn)是系統(tǒng)的復(fù)雜性和低的中國(guó)煤化工料顆粒燃盡?？煽啃浴Ｏ啾戎?頂部給料系統(tǒng)則簡(jiǎn)單可靠,但是CNMH吹入的一次風(fēng)速新的原料覆蓋在工作堆燃燒區(qū)上,使得燃燒過(guò)程難度很高,使?fàn)t內(nèi)物料變成沸騰和鼓泡狀,沸騰的物料以控制。當(dāng)采用頂部給料系統(tǒng)時(shí),運(yùn)行人員通常向中包括燃料和粒狀惰性物料。當(dāng)鍋爐啟動(dòng)時(shí)惰性2008年第8期節(jié)(總第313期)ENERGY CONSERVATION物料被加熱到燃料著火點(diǎn)溫度,燃料從鼓泡床體的過(guò)熱器及低溫過(guò)熱器。穿過(guò)高低溫過(guò)熱器的煙氣折上方進(jìn)入爐內(nèi)。由于系統(tǒng)的流動(dòng)性燃料和惰性物轉(zhuǎn)向下進(jìn)入后部煙道,后部煙道是由側(cè)后水壁、省煤料在整個(gè)床體內(nèi)很快地混合,這樣床料間傳熱效果器及爐膛后水冷壁的背面構(gòu)成。好,穩(wěn)定的燃燒就能夠進(jìn)行。因此,流化床系統(tǒng)燃燒鍋爐的燃料循環(huán)為:造粒生物質(zhì)燃料由料斗被所需的過(guò)量空氣數(shù)值小,燃燒的溫度低(800~往復(fù)的進(jìn)料爐排片推動(dòng)進(jìn)入爐內(nèi),在往復(fù)爐排上被900℃),能夠和給料機(jī)式燃燒鍋爐相比3?？焖贌岱共⒈粺煔夂娓?著火;跌落到水平布置的橫梁鏈傳遞的另一個(gè)好處是:較小的裝置體積有相對(duì)高的條爐排上后,料層的上中下都存在著火的顆粒,橫梁容量。循環(huán)流化床的其他優(yōu)點(diǎn)是:可以采用吸收劑鏈條爐排上的料層呈立體燃燒方式,不斷發(fā)生氧化對(duì)二氧化硫和其他酸性氣體進(jìn)行吸收;不需要對(duì)燃還原一氧化反應(yīng)。爐排的后段設(shè)置了燃盡區(qū)、焙料進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理,而且可以消除一些給料問(wèn)題。燒區(qū)和冷卻區(qū)。穿過(guò)擋渣器后跌入落渣口。循環(huán)固循環(huán)流化床鍋爐共同的缺點(diǎn)是:為了維持空氣通過(guò)定床鍋爐結(jié)構(gòu)如圖1所示。床體時(shí)的較高速度,需要較大功率的風(fēng)機(jī)。和鼓泡流化床相比,機(jī)組容量在15~30MW時(shí),投資成本也較大;循環(huán)流化床爐管的磨損和與燃料相關(guān)問(wèn)題即燃料的污染問(wèn)題。2新型生物質(zhì)燃燒鍋爐2.1循環(huán)固定床鍋爐工作原理循環(huán)固定床鍋爐是由聯(lián)美集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)研制的生物質(zhì)燃燒鍋爐,其燃燒系統(tǒng)由復(fù)合爐排、組合中拱第二燃燒室構(gòu)成。復(fù)合爐排是由往復(fù)爐排和橫梁鏈條爐排組成。復(fù)合爐排是燃料的烘干、著火及胞二次翻倒區(qū)域,煙氣沿組合中拱對(duì)燃料強(qiáng)制沖擊加熱,大大提高了燃料的烘干和著火速度。組合中拱構(gòu)成了一個(gè)高溫環(huán)境,著火的燃料跌落到水平布置的復(fù)合爐排上,在煙氣和空氣的混合一次風(fēng)作用下,燃料處冷空氣進(jìn)口于高溫缺氧狀態(tài),造成不完全燃燒環(huán)境,以控制料層燃燒溫度,實(shí)現(xiàn)低溫燃燒;部分燃料發(fā)生熱解反應(yīng),燃料層中的碳也不斷發(fā)生氧化→還原→氧化反應(yīng),產(chǎn)生的可燃?xì)怏w在組合中拱內(nèi)及第二燃燒室內(nèi)發(fā)生圖1循環(huán)固定床鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖單相燃燒。第二燃燒室內(nèi)加入適量二次風(fēng)對(duì)煙氣流2.2循環(huán)固定床鍋爐性能與特點(diǎn)進(jìn)行擾動(dòng),并促使可燃?xì)鈶B(tài)物質(zhì)的燃盡。另外,秸稈循環(huán)固定床鍋爐不僅克服了現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋類燃料的自帶氧含量較髙,煙氣的混入可調(diào)配燃燒爐設(shè)備磨損嚴(yán)重、防磨措施不力等缺點(diǎn),而且大大地所需的氧量,更利于實(shí)現(xiàn)低溫燃燒。提高了鍋爐的燃燒效率。并且鍋爐排煙塵量大大地?zé)煔膺M(jìn)入爐膛后,將受到燃盡風(fēng)的擾動(dòng),延長(zhǎng)煙降低減小了環(huán)境的污染,也節(jié)省了燃料的破碎等設(shè)氣在爐膛內(nèi)的燃燒行程,增加煙氣在爐膛內(nèi)的停留備。各種生物質(zhì)燃燒鍋爐性能比較如表1所示。時(shí)間。鍋爐設(shè)計(jì)中選擇了較小的斷面及較高的爐膛經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明,循環(huán)固定床鍋爐具有以下特高度,使得造粒后的生物質(zhì)高揮發(fā)分燃料得以充分點(diǎn):燃盡。同時(shí)由于燃料中富含堿性元素K,為防止堿(1)采用直徑30~50mm原料粒入爐,大大地改性元素高溫下對(duì)鋼材的腐蝕,較高的爐膛可使煙氣善中國(guó)煤化工斗層大幅加髙提高到達(dá)爐膛出口時(shí)的溫度降到允許的范圍內(nèi)。了單CNMHG的調(diào)整,可產(chǎn)生不煙氣從鍋爐爐膛前出口流出進(jìn)入設(shè)置在爐膛前同量的粒內(nèi)扎隙,生成殫萵狀爐渣,進(jìn)一步改善原料部的第二爐膛,穿過(guò)屏式過(guò)熱器后經(jīng)凝渣管進(jìn)入設(shè)粒內(nèi)通風(fēng)性,保證了粒內(nèi)碳的徹底燃燒,得到殘?zhí)紭O置在爐頂?shù)乃綗煹?。水平煙道中依次設(shè)置了高溫少的蜂窩狀爐渣,爐渣含碳量可<3%能2008年第8期ENERGY CONSERVATION總第313期)表1生物質(zhì)燃燒發(fā)電鍋爐性能比較鍋爐類型燃料的要求排放物堆狀燃燒鍋爐能夠處理高水分的木材燃料和混有大量雜質(zhì)的燃運(yùn)行效率低。特別是原來(lái)設(shè)計(jì)的堆狀高運(yùn)行溫度的缺點(diǎn)是容易料;和其他燃燒系統(tǒng)相比,堆狀燃燒鍋爐的燃料成燃燒鍋爐,鍋爐效率通常低于50%-生成NOx型不是關(guān)鍵問(wèn)題。料機(jī)式燃燒鍋爐水分應(yīng)該控制在設(shè)計(jì)值的10%之內(nèi)能夠共燃固移動(dòng)爐排式鍋爐的效率是84%(基于采用分級(jí)燃燒過(guò)程可滿足體燃料低位發(fā)熱量),振動(dòng)爐排式的效率是氮氧化物的排放要求96%(基于低位發(fā)熱量)。懸浮式燃燒鍋爐要有復(fù)雜的燃料預(yù)處理過(guò)程和給料系統(tǒng)生物質(zhì)鍋爐的效率高,可以達(dá)到80%(基于可以調(diào)整燃燒器避免產(chǎn)燃料的水分應(yīng)該少于15%,燃料的尺寸小于高位發(fā)熱量生燃燒溫度的高峰區(qū)流化床鍋爐對(duì)燃料的水分、灰分和尺寸適應(yīng)性強(qiáng)鍋爐效率可以達(dá)到89%(基于低位發(fā)低燃燒溫度對(duì)排放物的控?zé)崃?,流化床鍋爐需要較大功率的風(fēng)制有很多好處循環(huán)固定床鍋爐對(duì)燃料的水分和灰分適應(yīng)性強(qiáng)燃料的尺寸為30鍋爐效率可以達(dá)到88%6(基于低位發(fā)低溫、分級(jí)供風(fēng)的燃燒能0mm原料粒熱量),節(jié)省破碎等許多設(shè)備。夠抑制NOx的生成(2)原料首先進(jìn)入往復(fù)爐排預(yù)熱區(qū),在進(jìn)入主爐后鏈輪都可加潤(rùn)滑,減少阻力,為增加鏈條長(zhǎng)度創(chuàng)造排前,料層溫度已接近引燃值,大大提前了引燃位了條件。置,并且形成原料立體同時(shí)燃燒。在預(yù)熱區(qū)中,由于6)運(yùn)行方便靈活,負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大。循環(huán)固定受高溫?zé)煔獾淖饔?生物質(zhì)原料中的揮發(fā)分與產(chǎn)生床鍋爐負(fù)荷的調(diào)節(jié)較為靈活、迅速。在低負(fù)荷時(shí)鍋的一氧化碳被一起送入氣相燃燒室。氣相燃燒室由爐仍達(dá)到額定汽溫和壓力,在更低負(fù)荷下也能穩(wěn)定預(yù)熱區(qū)提供燃?xì)?由后部提供的高溫風(fēng)及二次風(fēng)、三運(yùn)行,而無(wú)需增加輔助燃料。其最低的穩(wěn)燃負(fù)荷可次風(fēng)、四次風(fēng)將其燃盡。因原料粒中含有一定的水達(dá)額定負(fù)荷的30%左右,且從壓火停爐到升爐過(guò)程分,水分受熱汽化與燃料中揮發(fā)分混合形成燃?xì)?進(jìn)都十分快速、方便。由于燃燒方式和燃燒機(jī)理的不入氣相燃燒室燃燒,將爐膛高溫區(qū)上移,同時(shí)降低爐同,專有技術(shù)循環(huán)固定床鍋爐燃料制備系統(tǒng)與循環(huán)床溫度。流化床鍋爐有本質(zhì)區(qū)別。節(jié)省破碎等許多設(shè)備,增(3)建立爐內(nèi)循環(huán)風(fēng),將尾部煙氣回送,爐內(nèi)循加設(shè)備運(yùn)行的安全性,爐運(yùn)行耗電量省,比循環(huán)流化環(huán)風(fēng)量加大,配以合適的受熱面控制燃燒煤層溫度床鍋爐節(jié)電30%。在800~1000℃。由于燃燒溫度<1000℃,可實(shí)現(xiàn)3結(jié)語(yǔ)爐內(nèi)脫硫,不僅簡(jiǎn)化了脫硫技術(shù),降低了脫硫成本堆狀燃燒鍋爐對(duì)燃料的可變性好,系統(tǒng)效率低。而且極大地提高了脫硫效果。采用低溫、分級(jí)供風(fēng)懸浮燃燒鍋爐對(duì)燃料要求比較高,需要對(duì)燃料進(jìn)行的燃燒能夠抑制№Ok的生成。冷空氣從后部風(fēng)室預(yù)處理,系統(tǒng)效率卻高。流化床系統(tǒng)對(duì)燃料有較好經(jīng)爐渣預(yù)熱進(jìn)入爐膛與燃?xì)庀嘤鲂纬蓺庀喔邷厝紵倪m應(yīng)性同時(shí)也有相對(duì)高的效率它能夠避免產(chǎn)生區(qū)。爐渣經(jīng)冷風(fēng)冷卻降溫變成低溫爐渣,渣溫在60熱力氮氧化物但對(duì)爐管的磨損比較嚴(yán)重。循環(huán)固定200℃左右,由于控制燃燒過(guò)程不超過(guò)1000,.床鍋爐可以解決爐管的磨損問(wèn)題,并綜合了給料機(jī)超過(guò)灰熔點(diǎn)溫度,不會(huì)形成焦渣無(wú)需打渣設(shè)備。由式燃燒鍋爐的特點(diǎn)于采用固定床燃燒技術(shù),爐內(nèi)飛灰大大減少,鍋爐尾參考文獻(xiàn)部煙氣排塵量約為循環(huán)流化床鍋爐的1/5,環(huán)保效1 R Hollenbacher. Biomass combustion technologies in UnitStates. Biomass Combustion Conference, Reno, Nevada果顯著。1992(4)由于通風(fēng)改善、起燃區(qū)提前,因此燃料厚度[2] B Schwieger. Power from wood [J].Powe.1980,124(2)可大大增加,這樣就可燃燒低熱值煤(無(wú)煙煤、煙煤、中國(guó)煤化工系統(tǒng)性能的研究[D褐煤、煤矸石)及生物質(zhì)等固體燃料,并且可以達(dá)到CNMHG較高的燃燒效率。作者簡(jiǎn)介:李海英(1979-),女,河北廊坊人,碩士,工程師,(5)出渣溫度低于20℃,后部鏈輪可改成主動(dòng)主要從事生物質(zhì)熱電理論及其應(yīng)用等方向的研究工作輪,上爐排變成拉力改善了爐排運(yùn)行狀態(tài),并且前收稿日期:2008-03-26;修回日期:2008-06-29