【技術】10t/h生物質顆粒水管鍋爐的特殊設計
摘要：介紹了生物質顆粒燃料的特點和積灰產生機理，介紹了水管鍋爐結構及其特點與優化創新，通過能效測試與理論計算對比，驗證設計的可行性。
隨著國家對環保問題的重視和燃煤鍋爐改造政策的實施，生物質顆粒燃料因低碳環保經濟可再生而受到關注，然而生物質顆粒鍋爐如雨后春筍般遍及全國各地。SZL10-1.25-S是一種雙鍋筒縱置式鏈條鍋爐，在國內有很多制造廠直接在原先燃煤鍋爐基礎上改燒生物質顆粒，結構上未作任何改變，上料系統采用原始的粗放式人工投料，既占地又耗工，鍋爐經使用后發現對流管束區、省煤器區積灰嚴重，遇水蒸氣凝結成硬塊，對鍋爐的安全運行構成嚴重威脅。每隔三個月機組被迫停爐來進行人工清灰，嚴重影響企業的正常生產，而這種狀況又會造成燃料耗量增加、排煙溫度升高、熱效率低下。因此，如何開發設計適應這類生物質顆粒燃料的鍋爐成為鍋爐企業需要研究的重要課題。
01、生物質顆粒燃燒特點和積灰產生機理
生物質顆粒燃料揮發份含量高，燃料著火溫度較低，密度小，結構比較松散，在鼓風機和引風機的作用下，燃燒產生的飛灰極易被吹起帶入后面的受熱面中。結渣和積灰現象相比燃煤鍋爐要嚴重的多。
鍋爐在燃煤時產生的煤灰熔點高達1350℃，大部分未熔化灰隨著爐排向后運轉直接排至除渣機，少部分粉煤灰的堆積密度為0.79g/cm3，隨著引風機引力帶入對流管束區后靠著自重落入落灰坑中，更細小粉煤灰進入省煤器和除塵器中。對流管束區只要定期進行蒸汽吹灰，基本上可以避免積灰的產生。而生物質灰的熔點只有900·1050℃，比粉煤灰低很多，燒結特性強，結渣積灰現象比粉煤灰嚴重，已熔化的飛灰在對流管束區結渣掉入落灰坑中，傳統的落灰口根本無法排出渣塊，造成渣塊層層堆積越堆越高。生物質飛灰堆積密度只有0.4247g/cm3，未熔化的飛灰極易粘附在對流管束及省煤器受熱面上無法脫落，如果再采取蒸汽吹灰只會讓積灰更加嚴重。
02、生物質顆粒燃料元素和工業分析見表1。
03、設計方案制定
采用全自動生物質顆粒上料系統，料倉容量按2天燃料儲量考慮，建議用戶采購飛灰熔點達到980℃以上的生物質顆粒。鍋爐爐膛兩側水冷壁密排布置，提高有效角系數，把燃燒室和燃燼室合并成一個大爐膛，提高輻射換熱能力，采用較低的體積熱強度，通過降低爐膛溫度來減少生物質飛灰的高溫熔化，取消燃燼室還可以避免該區域的積灰無法清除的弊端。加大對流管束I區和域區的落灰閥，解決部分結渣灰塊排出不暢的問題。把傳統燃煤鍋爐鑄鐵省煤器更換成光管節能器，采用豎直擺放，以便飛灰能自動落入下煙室中。
04、鍋爐整體結構組成
該鍋爐主要由垂直提升機、料倉、輸送機、分料煤斗、鏈條爐排、爐膛、對流管束I區、對流管束II區、上煙室、節能器、下煙室等組成，如圖1。
05、結構特點與優化創新
5.1生物質顆粒自動給料系統
生物質顆粒自動給料系統由進料斗、垂直提升機、出料管、料倉、物位儀、稱重裝置、輸送機、分料煤斗、鏈條爐排組成。生物質顆粒卸入進料斗，再通過垂直提升機輸送，經過出料管落入料倉中，生物質顆粒通過稱重裝置和皮帶輸送機送入分料煤斗，再由鏈條爐排送入爐膛燃燒。物位儀顯示低物位時啟動垂直提升機進料，物位儀顯示高物位停止垂直提升機運行。當鍋爐需要送料時，通過程序控制自動開啟稱重裝置和皮帶輸送機進行送料。整個過程省時省力，使用方便快捷，自動化程度較高，特別對于6噸及以上大型鍋爐使用企業可以帶來較佳的經濟效益。整套系統占地少、高空布置結構緊湊、可以節省土地資源。
5.2燃燒換熱系統
燃燒換熱系統由爐膛、對流管束區I、對流管束區II、空氣吹灰器、落灰閥、落灰坑組成。爐膛兩側φ51x3水冷壁管按53mm節距排列，光管有效角系數可提高到0.99。爐膛前側布置了φ51x3前水墻管，后側也布置了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。整個爐膛布置可以有效降低爐膛溫度，使爐膛出口溫度控制在980℃以內，最大程度降低生物質飛灰的熔化現象。大量生物質爐灰由鏈條爐排排入落灰坑，少量飛灰及熔化灰與高溫煙氣一起進入對流管束區I和對流管束區II進行對流換熱。隨著煙氣溫度的降低，少量熔化灰冷卻結渣并吸附部分飛灰靠自重落入落灰閥上。考慮到生物質飛灰密度小遇水易粘結流動性差，采用空氣吹灰來清除吸附在對流管束上的飛灰。落灰閥按600×350大口徑設計，以便排灰順暢避免積灰。
5.3尾部余熱回收系統
把省煤器改為光管節能器，管子采用φ32x3蛇形管立式錯列布置，橫向節距取100mm，縱向節距取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上煙室檢查門進行清理，解決了傳統鰭片省煤器因間隙小根本無法清灰的弊端。
06、熱力計算
鍋爐熱力計算采用2003年中國標準出版社《層狀燃燒及流化床燃燒工業鍋爐熱力計算方法》進行計算，標準計算方法表8-1中鍋爐管束及鋼管省煤器熱有效系數取0.55～0.65，我們根據多臺鍋爐運行的實際經驗來看取0.6最為合適。
07、鍋爐能效測試與結論
鍋爐能效測試部門測試結果，該鍋爐已達到設計參數，測試結果與計算相差不大，該鍋爐具有較高的熱效率和較低的排煙溫度，節能減排效果顯著，市場發展前景可期。
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