燃煤循环流化床锅炉改烧生物质燃料的改造方案
2023年10月29日发(作者：有关于感恩的诗歌朗诵稿)
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燃煤循环流化床锅炉改烧生物质燃料的改造方案
摘要：与其它固体燃料炉相比，循环流化床燃烧技术已相当成熟，具有锅炉热效率高、燃料适应性强、环保性能好、灰渣易综合利用等优点。为了建设环境友好型社会，国家加大了环境保护力度，改善了生态环境。小型燃煤锅炉已逐步淘汰。许多城市甚至“禁止使用煤炭”。企业为了生存，必然要对现有的锅炉设备或天然气锅炉项目进行改造或改造。大力发展生物质燃料及其燃烧技术，对优化我国能源结构、减少环境污染、促进经济可持续发展具有重要意义。本文介绍了将燃煤流化床锅炉改造为生物质流化床锅炉的方法。
关键词：燃煤；循环流化床锅炉；生物质燃料；改造方案
1概述
该锅炉原设计为热汽联产燃煤循环流化床合成锅炉，采用大容积的炉膛设计，下部卫燃带较高，保证了燃料燃烧温度和燃烬时间。
炉膛下部中下部为盘管，上部为水冷壁管，保证整个炉膛温度均匀。合适的给料高度配合输送风、播料风，使燃料输送畅通不堵塞。布风板上布置小蘑菇形式风帽，使从床料底部进入的一次风风量均匀，确保床料流化良好。炉膛下部为锅炉稳燃区，由布风板及耐火浇注料构成，布风板面积1.75m2，风帽按70*70正方形排列。炉前设计两个给料口，给料管入口处设计一股输送风，给料管出口处设计一股播料风。炉后设计一个返料口。卫燃带上方设计导热油盘管辐射受热面，5管并行。为了保护炉墙、降低炉膛温度，导热油盘管上方炉膛四周设计φ51*4光管水冷壁，并与全水冷旋风分离器焊接成全密封结构。为了控制炉膛下部的燃烧温度，在炉膛下部设置多层回流风，同时为了保障挥发份大量的燃烧，在炉膛中部设置有二次风。 炉膛出口设计有高温旋风分离器，采用全水冷壁结构，由φ42*4及δ4扁钢构成。与蒸汽炉锅筒之间的水循环为自然循环。
尾部按常规流化床锅炉设计对流受热面，分别有导热油对流管，蒸汽部分的省煤器、空气预热器。导热油对流受热面分三组设计，两组低温段、一组高温段，管子规格为φ32*4，材质为20GB3087，两管并行，总共63片，管内介质流速1.7m/s。蒸汽部分省煤器管采用φ32*4螺旋翅片管，两管进、两管出。省煤器出口管接至锅筒给水管座，锅筒再循环管接至省煤器进口小集箱。横向排数14排，纵向排数30排。空预器设计为两回程，管子规格为φ42*2，横向排数为16排，纵向排数为52排，管箱高度为2430mm。
2生物质燃料及循环流化床锅炉特点
生物质燃料与煤比较有以下特性:
(1）生物质燃料堆积密度小，结构松散，能量体积密度远小于煤炭。
(2）生物质循环流化床锅炉飞灰中有含大量K,Na等元素的盐类物质，这些物质熔点较低，飞灰易粘结在受热面上，形成沉积，造成受热面沾污。
(3）生物质燃料的挥发性高，燃尽比较容易。流化床锅炉一般主要由炉膛、分离器、回料阀、点火燃烧器和尾部对流烟道组成，形成炉膛-分离器-返料器-炉膛所构成的循环系统。由于生物质燃料的特性，为了避免生物质结焦影响流化，生物质锅炉床温一般控制在850℃以下。生物质流化床锅炉采用多回程的对流烟道，烟道内布置屏式受热面，在吸收炉膛辐射热的同时，利用循环流化床锅炉炉内高浓度的循环灰对高温屏的冲刷来减少高温腐蚀的发生。
3运行中的问题及分析
3.1运行中的问题
锅炉自投入运行以来，性能稳定，节能效果显著，环保性能良好。国家“无煤”政策出台后，锅炉改为燃用生物质颗粒燃料。但由于前期未对锅炉结构进行改造，发现锅炉运行一段时间后不适应生物质燃料，主要表现在分离器内粉尘堵塞、回料中断、锅炉运行时间过长、锅炉运行时间过长等三个方面，尾部受热区积灰严重，炉膛配风板上铁钉沉积影响流态化质量。锅炉不能长时间连续稳定运行。锅炉每半个月左右需要停机清洗一次，否则会出现引风机吸力不足、负荷故障、炉膛结焦等现象。
3.4问题分析
与原煤相比，生物质燃料密度小，体积大；含水量高，季节变化大，热值低；低灰分、高挥发分；氯和碱金属成分含量高；生物质燃料燃烧过程中，碱金属会导致飞灰结块，容易造成分离器排灰不良。大多数生物质灰熔点低，碱金属在高温下容易沉淀。锅炉改烧生物质后，炉膛出口温度高达900℃，不仅增加了锅炉的高温腐蚀，而且增加了分离灰的结块效应。另外，尾部对流管束节距小是分离器堵灰和尾部加热区积灰的主要原因。
4改造方案及效果
针对锅炉运行中出现的分离器蓬灰堵塞，返料中断、尾部受热面积灰严重、炉膛布风板铁钉沉积等问题，结合生物质燃料的燃烧特性，决定对锅炉实施改造。
4.1改造方案
4.1.1分离器改造
生物质燃料灰熔点低，在高温烟气中呈熔融态，易在金属管壁或炉壁上粘结;燃烧过程中易结焦、聚团。锅炉使用单位由于生产工艺的特殊性，用热车间负荷往往波动较为频繁，高低负荷波动幅度大，加上流化床锅炉变负荷速率较慢的特点，造成炉膛出口温度不易控制稳定，短时间内甚至会高于灰熔点，加上生物质燃料飞灰流动性较差，飞灰进入到分离器以后极易粘结、蓬灰，最后在分离器锥段的末端形成松散性灰块，分离器下灰口堵塞，造成返料中断。通过对生物质燃料灰渣特性的取样分析，在分离器内部增加了一套在线自动梳堵设备，结构如图1所示，在分离器上部设计一套往复气缸1，冷却吹扫风管2，冷却吹扫风推管3，吹扫风喷嘴4组成的系统。通过间断式的吹扫，到达分离器下会畅通的目的。 图1在线自动梳堵设备结构示意图
4.1.2尾部受热面改造
生物质锅炉尾部受热区积灰是一个普遍存在的问题。此外，锅炉原设计燃料为原煤，尾部对流管束间距小，运行初期堵灰尤为严重。针对这一现象，采用加大管距、在每组管束上端安装气体脉冲吹灰器的改造方案。由于管间距增大后加热面积减小，在原锅炉尾部增加烟道轴，补充受热面。
4.1.3炉膛配风板改造
生物质燃料通常包括建筑板、成型颗粒等。这些燃料不可避免地含有铁钉等金属物体。燃料燃烧后，空气分配板罩上会沉积铁钉，铁钉不仅会磨损罩，而且会随着时间的推移而堆积变厚，甚至堵塞罩上的小孔，导致床料流化质量差而结焦。每15天左右停炉清洗时，每次清洗铁钉的质量约为300~400kg。
锅炉配风系统为普通板式配风板结构，沉积铁钉比例大，不参与流态化，难以通过排渣管实现自动清除。针对这种情况，结合国内外设计经验，自主开发设计了管式配风盘结构的配风系统。改造后一次风通过一次风管2进入流化罩1，一次风管2分为上下两排，风管间距较大。通过连续排渣或间歇排渣，燃料燃烧后残留的大固体颗粒和钉子可通过风道间隙下沉，从排渣口4排出。排出的底渣通过炉底筛分系统，合格的炉底料重新运至炉内回收。
4.2转型效应
通过对锅炉的上述改造，锅炉运行效果有了很大提高。锅炉负荷能满足设计要求，锅炉连续运行时间可长达半年至一年。此外，由于锅炉选型合理，炉膛设计考虑了低氮排放的要求，锅炉运行排放的尾气各项指标均达到国家排放标准。特别是在没有脱硝设施的情况下，转化后的NOx平均排放浓度为48mg/Nm3，满足超低排放要求。
结论
针对原煤锅炉改为生物质燃料后炉型不适应燃料的问题，可通过锅炉改造进行匹配。分析了一台燃用烟煤的循环流化床锅炉转化为生物质燃料后出现的一系列问题，并采取了切实可行的改造方案，取得了良好的效果，希望能为类似企业的改造提供参考。
参考文献：
[1]郎丽萍．生物质循环流化床锅炉技术介绍[J]．电站系统工程，2019,35(4):27-29.
[2]包绍麟，李诗媛，吕清刚，等．130t/h生物质直燃循环流化床锅炉设计与运行[J]．工业锅炉，2019(2):19-22.
[3]张建春，顾君苹，张缦，等．纯燃生物质循环流化床锅炉设计与运行[J]．锅炉技术，2018,49(1):28-32.
[4]王献民．生物质锅炉脱硝技术发展现状分析[J]．节能与环保，2020(5):54-55.