秸秆生物质燃料锅炉的设计实践

2008年第2期(总第122期)应用能源技术秸秆生物质燃料锅炉的设计实践刘惠宁(黑龙江省能源研究所,黑龙江哈尔滨150001)摘要:通过对秸秆生物质燃料特性的简要阐述,结合一台生物质热分解燃料锅炉的设计实践,介绍秸秆生物质然料锅炉的设计方法和特点,为此类产品的开发设计提供有益的借鉴经验。关键词:生物质燃料;锅炉;秸秆中图分类号:TK6文献标识码B文章编号:1009-3230(2008)02-0023-03The Design and Practice of Straw Stalk Biomass Fuel BoilerLIU Hui-ni(energy research insttute of Heilongjiang province, Heilogjiang Harbin 150001)Abstract: The paper expatiate on the character of biomass fuel briefly, combining with one boilers design practice, introducing the design character of the biomass fuel boiler, offering a available experience forKey words: biomass fuel; boiler; straw stalk0前言是一种相对比较清洁的燃烧方式。通过生物质获秸秆生物质燃料是指将农业生产中产生的稻得燃料过程比较复杂对于制取燃料设备类型工秆、油菜秆、玉米秆、麦秆、林业废弃物等生物质在艺流程反应条件催化剂的种类原料的性质和特制的设备中通过热化学反应方法产生可燃物粉碎等条件的不同,其反应过程和可燃产物也不质主要是可燃气体和油类物质。产生的燃料可尽相同。综合有关方面的研究资料我们知道秸供锅炉设备进行能量的转换。一台50秸秆发电秆生物质燃料主要有以下特点锅炉燃烧设备采用热分解反应系统,系国外专利饔1未经处還的杨木和玉米秸秆热解产品组成(%干蒌)技术,炉膛与燃烧设备连接形成整体热分解产生杨木、枫木、松木玉米热解温度的可燃气体在炉膛内完全氧化燃烧,将热量传递热解温度500-510℃30-500℃给工质,实现能量的转换。以下结合其他一些应热解气23-24用研究和锅炉设计特点对秸秆生物质燃料锅炉半焦18-19的设计进行阐述。1秸秆生物质燃料的特点热解油秸秆生物质燃料的应用主要是通过特制设备热解油组成将秸秆高温分解和气化,以及垃圾焚烧和热分解,5.4-6.3中国煤化工158收稿日期:2007-01修订稿日期:2007-01-10CNMHG 11.7作者简介:刘惠宁(1967-),男,1989年毕业于大连理工大学,羟基乙醛65-10热能工程专业高级工程师现从事能源领域技术开发,项目咨询,工程设计和能源监测等工作热解木素24应用能源技术008年第2期(总第122期)(1)属高挥发份、低炭化度、高含氧物料。挥其凝聚的能量为15%~20%。在高温条件下重发份含量平均高达75%-85%,非常有利于燃料分子裂解燃烧可释出能量。燃烧。而炭含量程度平均仅为37%,但以固定炭(4)燃烧产生的秸秆灰分化合物类型较多含量为标志的炭化程度平均为17%,发热量却平生物质的灰含量随生物质的种类、产地的不同而均高达36%。这表示可燃组份中,含量仅为1/6不同并受种植条件的影响。一般地,生物质中灰的固定炭其发热量却占1/3。含氧量平均值高达分含有:Ca、A1、Mg、Na、K、Fe、O、Si、C1等化合物,33.18%。还有少量的Zn、P等(2)可燃分解物含量丰富。秸秆75%的纤维2锅炉的结构布置素和半纤维素的热分解产物形成挥发份,其主要方面由于秸秆生物质燃料与传统的燃煤和成份是焦油木醋液、酸醇等重分子在热态下以油气燃料在特性上有较大的不同,另一方面由于秸气态形式存在。在高于60时,则发生再裂解秆生物质燃料锅炉的设计上可供借鉴的资料和经反应产生部分可燃气体。这样,可燃气体中木焦验比较欠缺,因此我们对总体布置和方案的确定极油、木醋、木酸液分子量下降,而较重分子的烷、为慎重。通过现有锅炉的类型并结合秸秆热分解烯、苯仍以气态成为燃料的可燃成份参与燃烧。设备的特点确定了如图1的锅炉布置方案。如表1未经处理的杨木和玉米秸秆热解产品的成分(3)燃料水分变化范围比较大,一般在5%60%之间。表2为某秸秆发电项目燃料组份特性表2某秸秆发电项目燃料特性燃料工作基成分燃料1燃料2燃料3燃料4C(%)43.25348831.16Har(%433.573.19Oar(%)355538.431.0427.73ar(%)Sar(%)0.13Aar( %)1锅炉本体2秸秆热分解装置80.4280.4280.4280.24图1锅炉布置图Q (KI/Kg)1468016024.6712439.2510845.73根据秸秆生物质燃料的特性和业主工程师的(3)生物质中纤维素潜热增值。纤维素的热要求并结合有关煤及燃油燃气燃锅炉受热面布分解产物焦油、木醋液及苯、酮、烷类重分子部分置我们确定了本炉受热面布置的有关数据如表3受热面布置特性数据名称水冷壁凝渣管束高温过热器低温过热器省煤器Φ=76x545x4.5938×3.520GGB531015CrMoG20CGB5310节距s=100S=30092=300S1=1602=120S1=160S=120S=110s2=800从表中数据可以看出,与燃煤和燃油燃气锅另外,省煤器蛇行管均成顺列逆流结构,为有效炉相比对流受热面的结构布置采用了较大的管地防止麼损和腐蚀以及工质沸腾.最上一组省煤节距。各流受热面选取大管节距,是为了有效地器管中国煤化工降低了烟气流速保证了良好的烟气流通性,减少3CNMHG了管壁的积灰和结渣,降低了对流烟气对管壁的经过对锅炉设计任务书所提供的燃料数据的磨损和腐蚀,从而提高了对流受热面的使用寿命。分析转化锅炉规范和燃料特性数据如表42008年第2期(总第12期)应用能源技术衰4锅炉规范和燃料特性数据表锅炉热效率计算表锅炉技术规范燃料特性数据序号热损失(%)计算值(%)名称符号单位数值名称单位数116额定蒸发量2化学未完全燃烧损失机械未完全燃烧损失q额定工作压力MPa09散热损失过热蒸汽温度C470Oar灰渣物理热损失华给水温度锅炉热效率「冷空气温度世20%0.3在受热面的传热计算中,主要是传热系数的排烟温度℃H计算与传统计算有较大的不同,最后经过对秸秆5.43Q0热分解产物的分析我们借鉴了燃油燃气锅炉传热计算过程中的一些方法,并参照燃煤锅炉的计算来进行。计算过程的不同之处主要在炉膛黑锅炉机组热平衡计算,这部分的计算与传统度、火焰黑度包括发光和不发光火焰黑度、烟气黑的计算方法几乎没有什么不同,锅炉热效率计算度方面综合了传统的三种燃料热力计算的方法。结果如表5所示。计算的汇总如表热力计算汇总表凝渣管高温过热器低温过热器省煤器受热面积386331808烟气入口温度烟气出口温度515质入口温度271120工质出口温度℃6|烟气平均流74895.5工质平均流速9.85124859传热系数K0.063710传热量249.28锅炉热效率86.24本锅炉所具有的主要特点的有效利用。另一方面进一步使烟气中的污染性(1)燃烧设备采用国外专利技术。锅炉所采物质相对减少,降低了对环境的污染。采用烟气用的热分解反应系统系国外专利技术,在技术方在循环技术,烟气再循环量可达4015kg/ho面比较成熟,安全可靠。5结束语(2)炉膛采用整体膜式水冷壁。膜式壁将炉锅炉燃烧秸秆生物质燃料作为能源利用的墙全部遮蔽,有效地保护了炉墙使炉墙温度大大种新技术,至今已有了较快的发展,很多研究人员降低,并使炉墙厚度减薄减轻了炉墙重量;同时在该领域进行了不同技术的研究。我国目前在该使炉膛具有较好的密封性和良好的传热特性,有领域的研究尤其是对生物质气化发电技术进行了效地提高了锅炉效率。大量的研究并取得了相当的成果。秸秆生物质(3)锅炉燃烧清洁环保。与常规燃料相比,燃料锅炉具有髙效、环保等优点,对于社会和经济燃烧生成物对环境污染小甚至几乎没有污染秸的可持续发展具有重要意义值得面向全社会推秆生物质燃料属于清洁燃料。广。由于秸秆生物质燃料锅炉的技术资源比较欠(4)对流受热面采用较大的管节距。对流受缺我们在设计过程中的选材计算等可能还不是热面选取大管节距顺列布置,有效地降低了烟气非常的合适,期望通过实践的不断完善使秸秆生流速保证了良好的烟气流通有效降低对流烟气物质燃料锅炉产品的性能和技术能够进一步的提对管壁的磨损,减少了管壁积灰和结渣从而提高高和对流受热面的使用寿命。中国煤化工(5)采用炉下烟气再循环技术。将锅炉尾部[nCNMHG化技术及其应用排出的部分低温姻气与热空气混合通入炉膛,[M].化学工业出版社,200.方面提高燃料利用率和锅炉热效率强化了烟气[2]陈学俊,陈听宽锅炉原理[M.机械工业出版社,∞0