生物质锅炉的性能论述

2008年第8期ENERGY CONSERVATION(总第313期)生物质锅炉的性能论述李海英(联美(中国)投资有限公司,北京10006摘要:讨论并比较用于生物质燃烧发电的各种锅炉技术。着重介绍联美集团公司开发的循环固定床锅炉特点,为企业选择生物质锅炉提供了依据。关键词:生物质;锅炉技术;循环固定床锅炉中图分类号:TK2291K6文献标识码A文章编号:1004-7948(200608-0052-03引言干燥的燃料中加入水分来控制燃烧。生物质能是地球上最普遍的一种可再生能源,(2)给料机式燃烧锅炉。量大面广,开发利用潜力巨大,同时具有CO2零排给料机式燃烧锅炉可以分为以下几类:固定倾放特性,是潜在的可再生能源资源。生物质转化为斜炉排、移动炉排、振动炉排。这种锅炉燃料的给料电能传统上大多采用直接燃烧的方法,即采用的是系统与堆状燃烧器相比,能将一层燃料相对更均匀蒸汽循环。地散布在炉排上。生物质燃料和其他化石燃料相比,最重要的不固定倾斜炉排系统的早期设计的典型问题是炉同点是:燃料特性的多变性,髙水分和低氮、硫含量。排上燃料的崩塌和难以控制蒸汽负荷、燃烧率2,在燃烧过程中,必须考虑燃料中的水分。燃烧故目前较少采用。而振动炉排式系统通过炉排顶部髙水分的生物质燃料之前需要消耗能量来干燥生物的螺旋式给料机能够机械式地散布燃料,可以将炉质所以髙水分会降低燃烧效率。水分含量越大,燃排上形成的小堆摊平。和移动炉排相比,振动炉排料燃烧需要的时间就越长。锅炉的效率是随着水分式系统活动部件少,因此,设备的维修工作量少。锅含量而变化。当燃料水分含量超过40%后,水分含炉采用了水冷式振动炉排,允许炉底空气的温度高量稍有增加将会使锅炉效率大大降低l些,过量空气量大一些,这样就能够降低燃烧温1常见生物质燃烧锅炉概述度控制氮氧化物的形成。降低炉底送入的空气量燃生物质发电站主要的不同之处是:锅炉的设可以避免夹带走未燃颗粒。炉排与振动单元相连计、燃料的组成和环境的规范要求。根据生物质燃能够确保灰和炉渣向炉渣除去系统的输送。水冷式料特性的不同和锅炉系统的要求来设计燃料的预处炉排能够提高底部燃烧空气的温度,这样就能够燃理设备烟气的净化系统是依据环境要求和锅炉烟烧高水分的燃料。气排放物的差别来设计。在不同电站中除了凝汽(3)悬浮式燃烧锅炉。和热电联供应用方式存在不同之外,使用的蒸汽轮悬浮式燃烧锅炉与煤粉炉很相似。悬浮式燃烧机和发电机没有大的差别。锅炉的种类有:堆状燃锅炉优点是:由于燃料比较干燥,所以炉膛尺寸小。烧锅炉、给料机式燃烧锅炉、悬浮燃烧锅炉和流化床可用于产生蒸汽的两种基本悬浮燃烧器为:旋风燃燃烧锅炉。烧器和固体燃料燃烧器。旋风燃烧器的设计要求以(1)堆状燃烧锅炉。正确的比例混合燃料和空气,使得燃料颗粒在到达堆状燃烧锅炉的缺点是:需要周期性地停炉清耐火燃烧室之前能够完全燃烧。固体燃料燃烧器以理小室的灰;燃烧过程很难准确控制。给料的方式正确的比例混合木材燃料和空气,点燃可燃的混合有床下给料和床顶给料。床下给料的配置能够提供物,有比较好的燃烧控制。其缺点是系统的复杂性和低的中国煤化工料颗粒燃尽。可靠性。相比之下,顶部给料系统则简单可靠,但是CNMH吹入的一次风速新的原料覆盖在工作堆燃烧区上,使得燃烧过程难度很高,使炉内物料变成沸腾和鼓泡状,沸腾的物料以控制。当采用顶部给料系统时,运行人员通常向中包括燃料和粒状惰性物料。当锅炉启动时惰性2008年第8期节(总第313期)ENERGY CONSERVATION物料被加热到燃料着火点温度,燃料从鼓泡床体的过热器及低温过热器。穿过高低温过热器的烟气折上方进入炉内。由于系统的流动性燃料和惰性物转向下进入后部烟道,后部烟道是由侧后水壁、省煤料在整个床体内很快地混合,这样床料间传热效果器及炉膛后水冷壁的背面构成。好,稳定的燃烧就能够进行。因此,流化床系统燃烧锅炉的燃料循环为:造粒生物质燃料由料斗被所需的过量空气数值小,燃烧的温度低(800~往复的进料炉排片推动进入炉内,在往复炉排上被900℃),能够和给料机式燃烧锅炉相比3。快速热翻倒并被烟气烘干,着火;跌落到水平布置的横梁链传递的另一个好处是:较小的装置体积有相对高的条炉排上后,料层的上中下都存在着火的颗粒,横梁容量。循环流化床的其他优点是:可以采用吸收剂链条炉排上的料层呈立体燃烧方式,不断发生氧化对二氧化硫和其他酸性气体进行吸收;不需要对燃还原一氧化反应。炉排的后段设置了燃尽区、焙料进行复杂的预处理,而且可以消除一些给料问题。烧区和冷却区。穿过挡渣器后跌入落渣口。循环固循环流化床锅炉共同的缺点是:为了维持空气通过定床锅炉结构如图1所示。床体时的较高速度,需要较大功率的风机。和鼓泡流化床相比,机组容量在15~30MW时,投资成本也较大;循环流化床炉管的磨损和与燃料相关问题即燃料的污染问题。2新型生物质燃烧锅炉2.1循环固定床锅炉工作原理循环固定床锅炉是由联美集团公司开发研制的生物质燃烧锅炉,其燃烧系统由复合炉排、组合中拱第二燃烧室构成。复合炉排是由往复炉排和横梁链条炉排组成。复合炉排是燃料的烘干、着火及胞二次翻倒区域,烟气沿组合中拱对燃料强制冲击加热,大大提高了燃料的烘干和着火速度。组合中拱构成了一个高温环境,着火的燃料跌落到水平布置的复合炉排上,在烟气和空气的混合一次风作用下,燃料处冷空气进口于高温缺氧状态,造成不完全燃烧环境,以控制料层燃烧温度,实现低温燃烧;部分燃料发生热解反应,燃料层中的碳也不断发生氧化→还原→氧化反应,产生的可燃气体在组合中拱内及第二燃烧室内发生图1循环固定床锅炉结构示意图单相燃烧。第二燃烧室内加入适量二次风对烟气流2.2循环固定床锅炉性能与特点进行扰动,并促使可燃气态物质的燃尽。另外,秸秆循环固定床锅炉不仅克服了现有循环流化床锅类燃料的自带氧含量较髙,烟气的混入可调配燃烧炉设备磨损严重、防磨措施不力等缺点,而且大大地所需的氧量,更利于实现低温燃烧。提高了锅炉的燃烧效率。并且锅炉排烟尘量大大地烟气进入炉膛后,将受到燃尽风的扰动,延长烟降低减小了环境的污染,也节省了燃料的破碎等设气在炉膛内的燃烧行程,增加烟气在炉膛内的停留备。各种生物质燃烧锅炉性能比较如表1所示。时间。锅炉设计中选择了较小的断面及较高的炉膛经生产实践证明,循环固定床锅炉具有以下特高度,使得造粒后的生物质高挥发分燃料得以充分点:燃尽。同时由于燃料中富含碱性元素K,为防止碱(1)采用直径30~50mm原料粒入炉,大大地改性元素高温下对钢材的腐蚀,较高的炉膛可使烟气善中国煤化工斗层大幅加髙提高到达炉膛出口时的温度降到允许的范围内。了单CNMHG的调整,可产生不烟气从锅炉炉膛前出口流出进入设置在炉膛前同量的粒内扎隙,生成殚莴状炉渣,进一步改善原料部的第二炉膛,穿过屏式过热器后经凝渣管进入设粒内通风性,保证了粒内碳的彻底燃烧,得到残碳极置在炉顶的水平烟道。水平烟道中依次设置了高温少的蜂窝状炉渣,炉渣含碳量可<3%能2008年第8期ENERGY CONSERVATION总第313期)表1生物质燃烧发电锅炉性能比较锅炉类型燃料的要求排放物堆状燃烧锅炉能够处理高水分的木材燃料和混有大量杂质的燃运行效率低。特别是原来设计的堆状高运行温度的缺点是容易料;和其他燃烧系统相比,堆状燃烧锅炉的燃料成燃烧锅炉,锅炉效率通常低于50%-生成NOx型不是关键问题。料机式燃烧锅炉水分应该控制在设计值的10%之内能够共燃固移动炉排式锅炉的效率是84%(基于采用分级燃烧过程可满足体燃料低位发热量),振动炉排式的效率是氮氧化物的排放要求96%(基于低位发热量)。悬浮式燃烧锅炉要有复杂的燃料预处理过程和给料系统生物质锅炉的效率高,可以达到80%(基于可以调整燃烧器避免产燃料的水分应该少于15%,燃料的尺寸小于高位发热量生燃烧温度的高峰区流化床锅炉对燃料的水分、灰分和尺寸适应性强锅炉效率可以达到89%(基于低位发低燃烧温度对排放物的控热量),流化床锅炉需要较大功率的风制有很多好处循环固定床锅炉对燃料的水分和灰分适应性强燃料的尺寸为30锅炉效率可以达到88%6(基于低位发低温、分级供风的燃烧能0mm原料粒热量),节省破碎等许多设备。够抑制NOx的生成(2)原料首先进入往复炉排预热区,在进入主炉后链轮都可加润滑,减少阻力,为增加链条长度创造排前,料层温度已接近引燃值,大大提前了引燃位了条件。置,并且形成原料立体同时燃烧。在预热区中,由于6)运行方便灵活,负荷调节范围大。循环固定受高温烟气的作用,生物质原料中的挥发分与产生床锅炉负荷的调节较为灵活、迅速。在低负荷时锅的一氧化碳被一起送入气相燃烧室。气相燃烧室由炉仍达到额定汽温和压力,在更低负荷下也能稳定预热区提供燃气,由后部提供的高温风及二次风、三运行,而无需增加辅助燃料。其最低的稳燃负荷可次风、四次风将其燃尽。因原料粒中含有一定的水达额定负荷的30%左右,且从压火停炉到升炉过程分,水分受热汽化与燃料中挥发分混合形成燃气,进都十分快速、方便。由于燃烧方式和燃烧机理的不入气相燃烧室燃烧,将炉膛高温区上移,同时降低炉同,专有技术循环固定床锅炉燃料制备系统与循环床温度。流化床锅炉有本质区别。节省破碎等许多设备,增(3)建立炉内循环风,将尾部烟气回送,炉内循加设备运行的安全性,炉运行耗电量省,比循环流化环风量加大,配以合适的受热面控制燃烧煤层温度床锅炉节电30%。在800~1000℃。由于燃烧温度<1000℃,可实现3结语炉内脱硫,不仅简化了脱硫技术,降低了脱硫成本堆状燃烧锅炉对燃料的可变性好,系统效率低。而且极大地提高了脱硫效果。采用低温、分级供风悬浮燃烧锅炉对燃料要求比较高,需要对燃料进行的燃烧能够抑制№Ok的生成。冷空气从后部风室预处理,系统效率却高。流化床系统对燃料有较好经炉渣预热进入炉膛与燃气相遇形成气相高温燃烧的适应性同时也有相对高的效率它能够避免产生区。炉渣经冷风冷却降温变成低温炉渣,渣温在60热力氮氧化物但对炉管的磨损比较严重。循环固定200℃左右,由于控制燃烧过程不超过1000,.床锅炉可以解决炉管的磨损问题,并综合了给料机超过灰熔点温度,不会形成焦渣无需打渣设备。由式燃烧锅炉的特点于采用固定床燃烧技术,炉内飞灰大大减少,锅炉尾参考文献部烟气排尘量约为循环流化床锅炉的1/5,环保效1 R Hollenbacher. Biomass combustion technologies in UnitStates. Biomass Combustion Conference, Reno, Nevada果显著。1992(4)由于通风改善、起燃区提前,因此燃料厚度[2] B Schwieger. Power from wood [J].Powe.1980,124(2)可大大增加,这样就可燃烧低热值煤(无烟煤、烟煤、中国煤化工系统性能的研究[D褐煤、煤矸石)及生物质等固体燃料,并且可以达到CNMHG较高的燃烧效率。作者简介:李海英(1979-),女,河北廊坊人,硕士,工程师,(5)出渣温度低于20℃,后部链轮可改成主动主要从事生物质热电理论及其应用等方向的研究工作轮,上炉排变成拉力改善了炉排运行状态,并且前收稿日期:2008-03-26;修回日期:2008-06-29