新型生物质燃料锅炉的研发与应用

研究与开发新型生物质燃料锅炉的研发与应用文章编号:10048774(2011)02-1704新型生物质燃料锅炉的研发与应用李荣,朱琳珺(伟明环保设备有限公司,上海200120)摘要:针对生物质燃料的理化特点,设计开发了单层布置的新型生物质燃料锅炉,重点介绍了该锅炉的设计思想和结构特点,设计的新型生物质燃料锅炉已得到实际应用。关键词:生物质燃料;链条炉排锅炉;单层布置中图分类号:TK229文献标识码:A第一作者:李荣Design and Application of New Type Boiler Firing Biomass(964-),江苏无锡人,高级工程师,LI Rong, ZHU Lin-jun主要从事生物质燃Weiming Environment Protection Equipment Co Ltd, Shanghai 200120, China)料锅炉及垃圾焚烧Abstract: According to the physical and chemical properties of biomass fuel in China, the锅炉的开发与应用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)炉膛为膜式壁结构,采用敷管炉墙,重量利用农业、林业和工业生产的废弃物在锅炉中轻保温及气密性好。焚烧,所产生的蒸汽用于发电或供汽,既有良好的社(3)炉膛较高,确保炉膛出口烟温低于灰熔点会效益,又有可观的经济效益。由于各种生物有效地保护过热器,防止结焦。质外形各异、成分复杂,通常采用链条炉排锅炉直接(4)为了改善炉内高温烟气的充满度,后墙水燃烧的方式。冷壁在炉膛出口下缘处向炉内突出形成折焰角。现有的横梁式链条炉排锅炉,链条炉排载荷由(5)根据生物质燃料的燃烧特性,在炉膛下部锅炉房基础承载,锅炉房一般采用双层布置。土建设置前拱,确保新燃料的水分迅速蒸发和汽化,及时工作量大,投资成本高,建设周期长-”。地着火、燃烧新型生物质燃料锅炉的研发(6)在前拱及炉膛后墙处布置有二次风管,充为了更好地推广生物质能发电,尤其是适应生分利用高速二次风射流引带和推送烟气的作用,加物质资源丰富而水泥等建材匮乏地区的需求,我们强烟气的扰动,造成烟气漩涡,延长烟气在炉内的行全新开发了一种新型单层布置的生物质燃料锅炉,程、改善炉内气流的充满度,使生物质燃料完全燃在保证生物质燃料及时干燥和有效燃烧的同时,可烧,飞灰可燃物减少,并补充燃烧所需要的氧气。大幅度减少土建工作量、缩短建设周期、降低投资成(7)生物质燃料给料采用全新设计的星型给料本装置,内有防堵的弹簧机构,确保给料畅通。新型生物质燃料锅炉的特点:(8)生物质燃料通过喷播装置喷入炉膛,在喷播(1)改变了传统链条炉排的载荷由锅炉房基础过程中,一部分细屑开始悬浮燃烧,大颗粒落到炉排承载的模式,横梁式链条炉排直接支承在锅炉钢架上继续燃烧,燃烧热强度高。播散风采用热风从喷播上,锅炉房由双层布置改为单层布置,由此减少土建装置中国煤化工地喷播到炉膛后工作量,缩短建设周期,降低投资成本,尤其适合水部,另CNMHG所需的氧气泥等建材缺乏的东南亚和南亚地区。(9)横梁式链条炉排的炉排片采用耐热铸铁,使用寿命长。收稿日期:2010-1221(10)空气预热器中管子采用大口径管,不易堵工业锅炉2011年第2期(总第126期)灰(3)锅炉基本尺寸2新型生物质燃料锅炉的应用锅筒中心标高27500mm为了更好地适应国际市场,我们应用新型生物锅炉最高点标高(过热器连接管)29000mm质燃料锅炉技术,为印度市场研制开发了额定蒸发锅炉深度(Z1~4柱距离)11965mm量为45U/h的次高压生物质燃料锅炉,见图1。锅炉宽度5150mm(4)锅炉结构简述A-A BB针对燃用印度植物( Julie Flora)或木片等生物质燃料,锅炉设计为单锅筒、自然循环、∏型布置的结构型式。锅炉房设计为单层布置。横梁式链条炉排直接支承在锅炉钢架上,其重量通过锅炉钢柱传递到柱基。锅炉燃烧设备由横梁式链条炉排、喷播装置、送风系统组成。尺寸为4300mm×6500mm的横梁式链条炉排是锅炉主要燃烧设备,制备成的印度植物( JulieFlora)、木片(尺寸小于40mmx40mmx5mm),从喷播装置送入炉膛。一部分较细小的燃料在空间悬浮燃烧,另一部分落在炉排上以层燃方式进行燃烧。来自空气预热器的热风,从两侧炉排进风管进入八6930051504个风室。炉排进风管入口处设有调节风门,用以调1一横梁式链条炉排2-锅筒3-炉膛4给料装置节各风室的风量,使炉排上的燃料燃烧完全。5—喷播装置6—折焰角7—水平烟道8一高温过热器四套喷播装置布置在锅炉前墙,它由星型给料9—低温过热器10—前拱11一出渣和出灰设备装置和喷播装置组成。其中,星型给料装置中装有12—尾部烟道13—省煤器14-空气预热器防堵的弹簧机构;喷播装置中设有角度调节板和调15-吹灰器16—二次风17—钢架和平台扶梯节风门,用于调节燃料喷播状况。角度调节板的调图1新型45Uh次高压生物质燃料锅炉(1)锅炉参数节范围为-30°-10°。额定蒸发量45 t/h送风系统分为一次风系统和二次风系统两部额定蒸汽压力6.47MPa分,燃烧所需空气经空气预热器加热成热风,约40%经炉排进风管进入炉排下部风室,作为一次风额定蒸汽温度485℃供炉排上燃料燃烧用。约占总风量20%的热风从给水温度130℃排污率2%喷播装置中喷出,称为播散风,它一方面把燃料喷播设计燃料印度植物( Julie Flora),木片到炉膛后部,另一方面补充燃料悬浮燃烧部分所需(2)燃料成分的氧气。锅炉炉膛设计为由d60×4mm节距为100mm设计燃料成分详见表1。的管子和扁钢焊成膜式水冷壁结构,其断面尺寸为表1设计燃料元素分析印度植物( Julie Flora)木片4700mm×4300mm。水冷壁外每隔3m左右布置刚性梁,把整个水冷壁组成刚性吊箍式结构,水冷壁本身及其炉墙、刚性梁等重量均通过水冷壁固定装02731.540.99may中国煤化工由膨胀。为保证水冷壁组成了四个独0.15CNMHG2.953.3730.0020.00为确保新燃料的水分迅速蒸发和汽化,及时地Q/(k·kg)1080,001271300着火、燃烧,前墙水冷壁自下集箱上倾20°形成前拱,再回折形成前水冷壁。为了改善炉内高温烟气研究与开发·新型生物质燃料锅炉的研发与应用的充满度,后墙水冷壁在炉膛出口下缘处向炉内突却水,过热器设计减温幅度为55℃出形成折焰角折焰角伸入炉膛1800mm。锅炉尾部竖井中单级布置有钢管式省煤器和管在前拱及炉膛后墙处布置有二次风管,占总风式空气预热器,其中,钢管式省煤器布置在尾部竖井量约为40%的经空气预热器加热的热风作为二次的上部蛇形管由d32×4mm的碳素钢制成,分四风,以使燃料完全燃烧,飞灰可燃物减少,并补充燃组,呈逆流顺列布置,单侧进出水,集箱均布置在锅烧所需要的氧气炉的右侧。为混合均匀,在第二组省煤器(顺烟气为了确保炉膛出口烟温低于灰熔点,防止过热流动方向)后设一混合集箱。器结焦,炉膛高度设计为19m。立式钢管空气预热器布置在尾部竖井的下段,在炉膛出口处,在折焰角上方及水平烟道内顺双回程。为防止堵灰,钢管采用大口径的d60烟气流动方向共布置了两级垂直式对流过热器。高2mm螺纹管;为防止腐蚀,空气预热器下管箱管子温段在前、低温段在后,总体呈平行混合流布置。饱采用考登钢和蒸汽自锅筒引出至低温过热器进口集箱,然后进锅炉采用钢柱支承结构,半露天布置。整个炉低温过热器。低温过热器管子为38×4mm管,材室、过热器均吊在顶梁上,然后通过钢柱传到柱基,料为碳钢。过热蒸汽从低温过热器出来后经喷水减尾部构架支承省煤器和空气预热器的重量,并承受温器后进入高温过热器。高温过热器采用平行混合顶板梁及其炉墙的重量。流布置管子为d38×4mm管,材料为合金钢(5)锅炉运行参数汇总(100%负荷),如表2、减温器采用喷水减温器,以130℃给水作为冷表3。表2100%印度植物( Julie Flora)名称受热面积烟气出口工质进囗工质出口娴气平均工质平均温压传热系数吸热量Hm2温度T/℃温度1℃温度2℃速度速度T/ K kcalQ/(kcl过量空气(m·8)(m·s-)(m2h·℃)]·kg-)系数a炉膛326.51239.61.350高温过热器264.035336.7附加受热面28.8悬吊管29.6低温过热器538.8487284087613.4220372329.51.400省煤器942.213026744.477.8空预器7.510117.3142.61.480表3100%木片名称热面积烟气出口工质进口丁质出口烟气平均工质平均温K(klQ(kcal过量空气(m·s-)(m·s-)(m2h·℃)1]·kg)系数a炉膛326.51544.81.350高温过热器264.06.018.7304252.91.375附加受热面28865828824.827.81.375悬吊管3.465728.33.21.375低温过热器538.847913.421835.7375.01.400省煤器42.2空预器11.I16.3153.41.4803结论炉房V中国煤化工幅度减少了土建此新型生物质燃料锅炉的研发与应用,突破了工作CNMHG生物质燃料锅炉传统链条炉排的载荷由锅炉房基础承载的模式,创中的各项技术提高了生物质燃料燃烧效率。盟新地将横梁式链条炉排直接支承在锅炉钢架上,锅参考文献[1]姚向君,田宜水.生物质能资源清洁转化利用技术工业锅炉20ll年第2期(总第126期)[M].北京:化学工业出版社,2005omass and Bioenergy, 2004, 26(6): 561-569[2]张明,袁益超,刘聿拯,生物质直接燃烧技术的发展研[5]乐园,李龙生秸秆类生物质燃烧特性的研究[J究[J].能源研究与信息,2005,21(1):15能源及工艺,20(4):30-34.eng Jin, Mingyao Zhang, Renping Liu,[6]蒲舸,张力,辛明道.王草的热解与燃烧特性试验研究Yong Zhang. 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Development and test of放特性研究[.燃料化学学报,2004,32(3):307small-scale batch-fired straw boilers in Denmark[J].Bi-》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》(上接第12页)的排放。由于热解气中富含的H2与N2结合反应的的密封性要求,而且可以保证燃料在装置中顺利流能力比O2强,可以减少N2与O2反应的机率同时动和充分加热。无轴螺旋式管式反应器与加热外筒焦油也具有分解氮氧化物的作用初步实验证明可之间存在夹层,实验时夹层内导入高温烟气加热无以降低氮氧化物排放60%左右。由于我国燃煤锅轴螺旋式管式反应器,同时在夹层内设置导流片起炉数量众多,一旦这一产业发展起来,社会效益和经到强化传热和延长烟气停留时间的作用。济效益将会很大。6总结4 LATAAAAAA在过去的近20多年里,在广大技术人员的努力下,通过对生物质热解机理的不断研究,进行了热解反应参数的优化选取、催化剂的选择和催化环境的改善,建立了深厚的理论研究基础,目的是获得更高质量和产量的一次热解产物。密封料仓2一螺旋式给料3—螺旋式管式反应器目前,我们正积极开展生物质热解装置的工业4—导流片5—加热外筒6一加热热源进口化设计,尽早实现该项技术产业化,更加高效地利用7一加热热源出口8一密封渣仓9—热解气出口生物质能。图7实验样机示意图参考文献实践证明该工艺路线燃料适用性非常强不但(1]董良杰生物质热裂解技术及其反应动力学研究[D]可以对多种类型生物质进行热解,而且对燃料的粒沈阳:沈阳农业大学,1997度、湿度等参数要求不高,特别适于市场产业化发展[(2]颜涌捷,李庭深任铮伟.城市生活垃圾能源利用探讨需要。运行数据显示木材在490~510℃的热解温[J].太阳能学报,1996,17(2):18-2度下,当进料速度为60kg/h(螺旋转速为20Hz)[3]刘平吴创之罗曾凡等反应温度对两种特定生物质时,可以取得高质量的热解产物,包含几种主要成热解气体产物的影响[C].中国工程热物理学会代用燃分,CO:18.66%,CO2:13.14%,CH4:10.11%,H2料技术分会,1997:301-307379%,CHn:31.23%,O2:0.97%,N2:22.094%[4]蒋剑春.生物质热化学转化行为特性和工程化研究低位发热值6478k/m3。目前正在实施更深一层D].北京:中国林业科学研究院林产化学工业研究所,2003的研究,分为两条路线:第一条是对热解气继续进行[5]吴创之,马隆龙生物质能现代化利用技术[M]北京:氧化反应,裂解热解气中大分子链结构的焦油,再通化学工业出版社,2003过还原反应获取更高品质的生物质气化气,用于燃[6]姚向君,田宜水生物质能资源清洁转化利用技术(第1气轮机发电;第二条是不考虑消除焦油,直接将热解版T业出計005气以再燃的方式喷入燃煤工业锅炉中,不但可以节[7]吴中国煤化工2)生物质气化工艺约比较紧缺的煤炭资源,而且可以降低氮氧化物CNMHG(2)51-52