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簡介
生物質(zhì)水冷振動(dòng)爐排>鍋爐結(jié)構(gòu):爐膛底部布置水冷振動(dòng)爐排, 爐排下部設(shè)置3 個(gè)獨(dú)立風(fēng)室。爐膛是下大上小的結(jié)構(gòu), 下部由爐膛上部擴(kuò)口而來, 斷面積較大, 為燃燒區(qū)域;爐膛上部斷面積較小, 為燃盡區(qū)域。在爐膛燃燒區(qū)域出口處側(cè)水冷壁處沿爐膛高度方向設(shè)置三排交叉二次風(fēng)和燃盡風(fēng)。爐膛頂部設(shè)置后屏過熱器, 出口布置拉稀管。爐膛上部出口前設(shè)置后屏低溫過熱器, 其頂部布置噴水減溫器 。
秸稈燃燒鍋爐的技術(shù)難點(diǎn)
秸稈是一種清潔的可再生資源, 是生物質(zhì)燃料的一種, 具有CO2 "0排放"的特性。但是, 秸稈氯元素含量高, 灰渣中鉀、鈉成分高, 熔點(diǎn)低, 鍋爐運(yùn)行中容易造成結(jié)渣、腐蝕和堵灰。因此, 燃用秸稈的鍋爐需要解決爐前燃料輸送、破碎、儲(chǔ)存、防火以及鍋爐本體的結(jié)渣、堵灰、腐蝕等問題。
1 輸送、破碎
目前秸稈的輸送和破碎主要有4 種方式:
（1）在收購站將秸稈破碎之后再運(yùn)至電廠, 此方式可保持電廠環(huán)境清潔, 但是運(yùn)輸成本較高;
（2）在收購站打包, 運(yùn)送至電廠料場堆放, 在入爐前破碎, 此方式運(yùn)輸成本相對(duì)較低, 但需要注意料場防火;
（3）不破碎, 在收購站打包后運(yùn)送至電廠直接入爐, 此方式對(duì)鍋爐燃燒技術(shù)要求高, 燃料入爐后不易燒透, 會(huì)增加機(jī)械不wan全燃燒損失;
（4）將秸稈壓塊, 將松散的秸稈壓成顆粒狀, 其能量密度可增10 倍左右, 大幅度降低運(yùn)輸和存儲(chǔ)成本。目前, 國內(nèi)外常用第2 種方法。
2 低灰熔點(diǎn)結(jié)焦
同傳統(tǒng)燃料相比, 秸稈燃燒的低灰熔點(diǎn)問題尤其突出（某些秸稈灰熔點(diǎn)變形溫度約為650 ~ 700 ℃）。對(duì)此, 可從以下幾方面解決:
（1）水冷振動(dòng)爐排與純風(fēng)冷的爐排相比, 冷卻效果更佳, 更適合生物質(zhì)燃料的燃燒。水冷振動(dòng)爐排具有自撥火功能, 落在爐排上燃燒的秸稈能夠隨著振動(dòng)頻率和振動(dòng)周期進(jìn)行翻滾, 防止外部生成的焦炭互相搭橋、結(jié)渣、粘結(jié)在爐排面上。爐排面積熱負(fù)荷可達(dá)3200 W/（m2 /h）。
（2）對(duì)于強(qiáng)結(jié)焦性秸稈, 應(yīng)該選取較低爐膛容積熱負(fù)荷。由于采用分段送風(fēng)技術(shù), 爐膛斷面熱負(fù)荷可以達(dá)到1 700 kW/m2 , 爐膛容積熱負(fù)荷可達(dá)140 kW/m3 。
（3）生物質(zhì)燃料的燃燒屬于擴(kuò)散燃燒, 燃燒溫度較低, 其燃燒速度主要取決于氧氣到達(dá)碳粒表面的速度。因此, 送風(fēng)應(yīng)具有一定的剛度, 同時(shí)考慮在爐膛下部盡可能形成風(fēng)簾, 加大風(fēng)與碳粒的接觸面積, 增加秸稈在爐膛的停留時(shí)間。為防止結(jié)焦, 送風(fēng)地點(diǎn)不宜過分集中, 風(fēng)口的布置和送風(fēng)方向應(yīng)保證與之發(fā)生燃燒反應(yīng)的燃料所釋放的熱量不足以產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象。
3 堵灰
生物質(zhì)燃料的灰量按質(zhì)量計(jì)不高, 但是由于比重輕, 所以體積大。在鍋爐尾部, 煙氣溫度較低, 灰中含有Cl 、S 、K 、N a 等元素組成的復(fù)雜混合物, 具有較強(qiáng)的粘結(jié)性和腐蝕性, 一旦粘在金屬表面就容易產(chǎn)生腐蝕。因此, 尾部受熱面的設(shè)計(jì)可考慮采用屏式布置形式, 此時(shí)煙氣盡管速度較低, 但是由于節(jié)距過大, 所以灰無法搭橋, 不易產(chǎn)生堵灰。
4 高溫、低溫腐蝕
秸稈的高溫腐蝕主要與Cl2 和HCl 有關(guān)。金屬表面在氧化環(huán)境中會(huì)形成一層Fe3O4 氧化膜, 可以對(duì)金屬起到防止氧化反應(yīng)向金屬縱深發(fā)展的保護(hù)作用。但是, 由于Cl2 和HCl 的存在, Cl 元素在整個(gè)反應(yīng)鏈中起到催化劑的作用, 具體化學(xué)反應(yīng)式如下:
M（s）+Cl2（g） MCl2（s）
M（s）+2HCl（g） MCl2（g）+H2（g）
MCl2（s） MCl2（g）
式中,M 代表Fe ,Cr ,Ni 。
金屬剝落層表面的金屬氯化物與氧氣發(fā)生如下反應(yīng):
3MC l2（g）+2O2（g） M3O4（s）+3Cl2（g）
2MC l2（g）+（3/2）2O2（g） M2O3（s）+3Cl2（g）
由此可見, 氣態(tài)氯在幾乎沒有消耗的情況下不斷將金屬由金屬表面?zhèn)鬟f到氧氣分壓力高的剝落層表面。同時(shí), 還伴有堿金屬氯化物的硫酸化與金屬氧化膜直接反應(yīng)等一系列的化學(xué)反應(yīng)。其腐蝕反應(yīng)式如下:
4M（s）+3Cl2（g） 2M3O2（s）
高溫腐蝕在金屬壁溫470 ~ 600 ℃之間速度較快,而目前國內(nèi)燃燒秸稈鍋爐主蒸汽溫度多在此溫度范圍, 高溫腐蝕不可避免, 因此應(yīng)盡可能地延緩高溫腐蝕。
延緩高溫腐蝕的措施主要為合理布置受熱面, 嚴(yán)格控制受熱面金屬壁溫和選取抗高溫腐蝕能力較強(qiáng)的材料。
當(dāng)金屬壁面溫度低于150 ℃時(shí), 低溫腐蝕的速度非?？?。這種腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕, 是由于煙氣中的HCl 和SO3 在露點(diǎn)以下形成鹽酸和硫酸, 這些酸對(duì)受熱面金屬產(chǎn)生腐蝕。防止低溫腐蝕的方法是將排煙溫度控制在露點(diǎn)所確定的煙氣出口溫度之上。在按照常規(guī)布置方式無法滿足要求的情況下, 空氣預(yù)熱器采用蒸汽或水作為換熱介質(zhì)是較好的解決方法。在經(jīng)濟(jì)性無法滿足的情況下, 可以考慮采用耐低溫腐蝕性能較好的材料。
秸稈燃燒鍋爐的選擇
（1）CFB 鍋爐可以燃用不同燃料, 包括高水分、低熱值燃料。利用CFB 鍋爐技術(shù)燃燒生物質(zhì)（包括秸稈）已經(jīng)在國外得到廣泛應(yīng)用, 并有很好的商業(yè)業(yè)績。由于CFB 鍋爐結(jié)構(gòu)的原因, 需要解決受熱面的磨損、循環(huán)物料平衡和物料結(jié)焦等問題。對(duì)中壓參數(shù)鍋爐, 其尾部受熱面布置需要認(rèn)真考慮受熱面腐蝕問題。另外, 廠用電率高也是機(jī)組運(yùn)行需要考慮的問題。
（2）水冷振動(dòng)爐排鍋爐技術(shù)在國外也有很好的商業(yè)業(yè)績, 其關(guān)鍵部件是水冷振動(dòng)爐排。
水冷振動(dòng)爐排在國際上采用軟鏈接技術(shù), 相對(duì)于常規(guī)硬鏈接對(duì)爐排進(jìn)出口集箱的振動(dòng)影響較小;爐排內(nèi)介質(zhì)為給水, 相同結(jié)構(gòu)下水冷度大于水冷壁系統(tǒng)自然循環(huán)用水;爐排介質(zhì)流動(dòng)的動(dòng)力來自給水泵, 同時(shí)設(shè)置有爐排專用鍋爐起動(dòng)再循環(huán)管路, 確保鍋爐起動(dòng)初期的水循環(huán)安全 。
應(yīng)用實(shí)例
中電洪澤熱電廠DGJ75/3 .82-4 型75 t/h 秸稈直燃鍋爐采用水冷振動(dòng)爐排。
1 鍋爐結(jié)構(gòu)
爐膛底部布置水冷振動(dòng)爐排, 爐排下部設(shè)置3 個(gè)獨(dú)立風(fēng)室。爐膛是下大上小的結(jié)構(gòu), 下部由爐膛上部擴(kuò)口而來, 斷面積較大, 為燃燒區(qū)域;爐膛上部斷面積較小, 為燃盡區(qū)域。在爐膛燃燒區(qū)域出口處側(cè)水冷壁處沿爐膛高度方向設(shè)置三排交叉二次風(fēng)和燃盡風(fēng)。爐膛頂部設(shè)置后屏過熱器, 出口布置拉稀管。爐膛上部出口前設(shè)置后屏低溫過熱器, 其頂部布置噴水減溫器。
第一煙道是煙氣下行煙道。煙道內(nèi)布置屏式過熱器, 能夠有效防止飛灰搭橋。
第二煙道是煙氣上升通道。側(cè)墻和后包墻均為包墻管過熱器結(jié)構(gòu)。煙道內(nèi)布置蛇形管低溫過熱器。尾部豎井內(nèi)由上至下依次布置蛇形管省煤器和臥式布置的管式空氣預(yù)熱器。
2 汽水系統(tǒng)
鍋爐給水引至省煤器進(jìn)口集箱, 在省煤器中吸熱后, 去爐膛底部的水冷爐排進(jìn)口集箱。經(jīng)水冷爐排匯集到出口集箱, 再通過引出管進(jìn)入鍋筒。在起動(dòng)階段沒有建立起連續(xù)給水流入鍋筒時(shí), 省煤器再循環(huán)系統(tǒng)可以將鍋水從鍋筒引至水冷爐排進(jìn)口集箱和省煤器進(jìn)口集箱, 防止省煤器系統(tǒng)管子內(nèi)的水停滯汽化。
飽和蒸汽從鍋筒引出后, 由飽和蒸汽連接管引入蛇形管低溫過熱器進(jìn)口集箱, 中間經(jīng)過第一級(jí)噴水減溫后, 由低溫過熱器出口集箱引入爐膛上部的后屏過熱器, 通過換熱進(jìn)入后屏過熱器出口集箱, 經(jīng)過第二次噴水減溫后進(jìn)入第一煙道的高溫過熱器, 最后合格的過熱蒸汽由集汽集箱單側(cè)引出。
3 送風(fēng)系統(tǒng)
從送風(fēng)機(jī)送入的冷風(fēng)經(jīng)過空氣預(yù)熱器加熱, 分為3 路進(jìn)入鍋爐參與燃燒:第1路又分為2路, 1 路作為送料風(fēng), 由給料口與燃料一同進(jìn)入爐膛, 另1 路作為播料風(fēng), 位于給料口的下部, 將燃料播撒進(jìn)爐膛;第2 路由爐排底部經(jīng)爐排進(jìn)入爐膛, 爐排下部配風(fēng)采用分風(fēng)設(shè)計(jì), 每個(gè)風(fēng)室的風(fēng)量可以獨(dú)立控制;第3 路通過分層布置在側(cè)墻的二次風(fēng)口進(jìn)入爐膛。
總結(jié)
中電洪澤熱電廠75 t/h 生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組于2007年12 月30 日成功通過72 +24 h 試運(yùn)行, 鍋爐燃料適應(yīng)能力廣, 變負(fù)荷能力強(qiáng), 最大負(fù)荷可以達(dá)到80 t/h ,汽溫平穩(wěn), 調(diào)節(jié)性能好, 各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到和超過設(shè)計(jì)值。運(yùn)行期間, 鍋爐排煙溫度約135 ℃, 未發(fā)現(xiàn)低溫腐蝕和堵灰現(xiàn)象。鍋爐燃燒稻殼時(shí), 飛灰含碳量為9 .6 %, 大渣含碳量為12 .2 %, 機(jī)械不完wan全燃燒損失控制在較低水平。經(jīng)折算后得出, 鍋爐效率為89 .36 %,高于設(shè)計(jì)值 。
參考資料
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