摘要：本文介紹了20t/h差速循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：鍋爐采用差速床設(shè)計、分級送風(fēng)控制NOx排放，膜式水冷壁防止漏風(fēng)、水冷旋風(fēng)分離器防止分離器內(nèi)結(jié)焦以及螺紋煙管省煤器及防腐空氣預(yù)熱器，運(yùn)行結(jié)果表明，鍋爐出力充足，各項排放指標(biāo)滿足國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

國內(nèi)外生物質(zhì)應(yīng)用現(xiàn)狀

生物質(zhì)能是重要的可再生能源，具有綠色、低碳、清潔、可再生等特點(diǎn)，加快生物質(zhì)能開發(fā)利用，是改善環(huán)境質(zhì)量、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要任務(wù)。據(jù)《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年我國生物質(zhì)成型燃料年利用量約3000萬t[1]。芬蘭生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)已有20多年的歷史，生物質(zhì)在2001年占到可再生能源的85%，

2007年，熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電量已占到國內(nèi)總發(fā)電量的29%。生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在瑞典也得到了充分的利用，Kristianstad生物質(zhì)熱電廠采用循環(huán)流化床，以木材為燃料，額定發(fā)電量為13.5MW，額定供熱量為35MW[2]。目前生物質(zhì)供熱發(fā)電占瑞典全國能源消費(fèi)總量的16.5%，占供熱能源消費(fèi)總量的68.5%。丹麥BWE公司的48t/h、75t/h及130t/h水冷振動爐排爐技術(shù)是國際上領(lǐng)先的生物質(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)，在世界范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用。丹麥熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電量占到其年發(fā)電量的70%，在供電、供熱方面占有重要的份額[3]。

我國生物質(zhì)鍋爐的研發(fā)起步于上世紀(jì)80年代末，其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)循環(huán)流化床課題組在上世紀(jì)90年代初在國內(nèi)率先研究生物質(zhì)流化床鍋爐，先后成功開發(fā)了2t/h、4t/h、6t/h、10t/h、12.5t/h、14t/h、15t/h、20t/h、30t/h、35t/h、50t/h、75t/h、90t/h、130t/h燃稻谷殼、廢木與木屑、甘蔗渣、玉米秸稈、酒糟、糠醛渣及棕櫚空果穗、煙梗等生物質(zhì)流化床鍋爐60多臺[4－5]，其中出口國外的有21臺。2005年后開發(fā)的生物質(zhì)發(fā)電鍋爐20余臺，容量為：10t/h、20t/h、30t/h、35t/h、75t/h、90t/h及130t/h。近幾年，國內(nèi)一些小型工業(yè)鍋爐廠生產(chǎn)往復(fù)爐排生物質(zhì)成型顆粒的工業(yè)鍋爐，鍋爐出力為2～10t/h(1.4～7MW)為主[6－9]。

在35t/h以下鍋爐全面禁煤形勢下，生物質(zhì)鍋爐以運(yùn)行成本相對較低，采用布袋除塵器后煙塵及SO2排放濃度自然滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)而受到用戶青睞，尤其是循環(huán)流化床生物質(zhì)鍋爐[10]，采用分級燃燒NOx排放濃度小于200mg/m3，自然滿足國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，因此是生物質(zhì)用戶的首選。我公司采購一臺20t/h差速循環(huán)流化床鍋爐，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)循環(huán)流化床課題組研發(fā)，安徽博瑞特?zé)崮茉O(shè)備有限公司制造，于2017年12月投入使用，效果良好，下面介紹該爐結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況。

1爐型的選擇

現(xiàn)有的生物質(zhì)鍋爐有爐排爐(鏈條爐，往復(fù)爐排爐)和循環(huán)流化床鍋爐。選擇爐排爐還是循環(huán)流化床，需要從多個方面進(jìn)行比較。由于農(nóng)業(yè)秸稈灰熔點(diǎn)低至1000℃左右，采用鏈條爐和往復(fù)爐排容易在爐排上結(jié)渣，所以，丹麥BWE公司采用水冷振動爐排，解決爐排上結(jié)渣，同時一旦有渣塊可以通過振動爐排清除，而水冷振動爐排技術(shù)國內(nèi)還不太成熟，并且造價昂貴。其次從熱效率來考慮，爐排爐飛灰及爐渣含碳量高，與循環(huán)流化床相比，熱效率低3%～5%。

此外，爐排爐NOx排放濃度高達(dá)350～450mg/m3，需要配合SNCＲ脫硝才能勉強(qiáng)達(dá)到200mg/m3，而循環(huán)流化床一般低于200mg/m3，能夠自然滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，在環(huán)保要求較高的當(dāng)下，選擇循環(huán)流化床成為必然。常規(guī)循環(huán)流化床給料點(diǎn)是正壓，要通過引風(fēng)機(jī)將爐膛出口負(fù)壓拉至－800～－600Pa，從而將給料點(diǎn)維持在－50Pa左右才能保證給料點(diǎn)不向外冒煙，實際運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)給料點(diǎn)向外冒煙現(xiàn)象。差速循環(huán)流化床具有給料點(diǎn)是負(fù)壓，不會向外冒煙，而且爐膛出口負(fù)壓為－150Pa左右，相比常規(guī)循環(huán)流化床，引風(fēng)機(jī)節(jié)能效果顯著；此外，由于生物質(zhì)與床料密度相差較大，導(dǎo)致常規(guī)循環(huán)流化床密相區(qū)床料與生物質(zhì)混合效果較差，而差速循環(huán)床底部高速床與低速床之間會形成內(nèi)循環(huán)，將高密度的床料與低密度的生物質(zhì)均勻混合，有利于燃盡。鑒于此，本爐選擇差速循環(huán)流化床生物質(zhì)鍋爐。

2 20t/h差速循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)與運(yùn)行效果

2.1鍋爐結(jié)構(gòu)

差速循環(huán)流化床由高速床和低速床組成，高速床與低速床之間具有高差，高速床的流化速度一般是低速床的2倍，高速床不布置埋管，因此不存在埋管磨損；低速床布置埋管，由于大顆粒主要分布在主床內(nèi)，細(xì)顆粒主要在低速床內(nèi)，使得低速床流化速度在1.5～2m/s條件下就能良好流化，從而使得低速床內(nèi)的埋管磨損大幅降低(原因有兩個：一是顆粒平均粒徑小，二是流化速度低)，所以，低速床內(nèi)埋管防磨時間超過3萬t，4年才需要大修一次。低速床內(nèi)布置埋管，有利于控制密相區(qū)溫度在750～850℃，很好地解決了生物質(zhì)燃燒結(jié)渣問題。圖1是20t/h差速循環(huán)流化床總圖。


2.2鍋爐的基本參數(shù)

鍋爐出力D=20t/h，壓力：1.25MPa，給水溫度：104℃，過熱蒸汽溫度：300℃，排煙溫度150℃，設(shè)計熱效率：88%，燃料：各種生物質(zhì)散料，元素分析如表1所示。


鍋爐沿深度方向K1K2距離：4460mm，K2K3距離：3100mm，K3K4距離：2500mm，鍋爐沿寬度方向K5K6中心距離：4300mm，鍋筒中心線標(biāo)高：20616mm。

2.3鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)高速床與低速床組合，形成內(nèi)循環(huán)，解決床料與生物質(zhì)均勻混合；

(2)負(fù)壓給料，解決給料口冒煙難題；

(3)采用膜式壁，解決爐膛漏風(fēng)問題；

(4)立式水冷旋風(fēng)分離器，防止分離器結(jié)焦；

(5)采用螺紋煙管省煤器，減少受熱面積灰，提高傳熱效率；

(6)空氣預(yù)熱器低溫段采用ND鋼，解決空預(yù)器腐蝕難題。

2.4尾氣排放控制措施及運(yùn)行效果

采用分級燃燒控制NOx排放，一次風(fēng)通過高速床進(jìn)入爐內(nèi)參與燃燒，二次風(fēng)一部分通過低速床進(jìn)入低速床參與燃燒，另一部分通過三次風(fēng)管噴入埋管上方稀相區(qū)燃燒。一次風(fēng)量∶二次風(fēng)量∶三次風(fēng)量=45∶25∶30，自2017年12月投入運(yùn)行以來，NOx排放濃度低于150mg/m3。

由于燃料中含硫量很低，所以SO2排放濃度低于100mg/m3。本爐在空氣預(yù)熱器后布置布袋除塵器，煙塵排放濃度低于30mg/m3。

鍋爐在滿負(fù)荷工況下，排煙溫度為140℃，鍋爐熱效率達(dá)到88.5%。

3結(jié)論

20t/h差速循環(huán)流化床的運(yùn)行結(jié)果表明，鍋爐出力充足，額定工況下達(dá)到設(shè)計熱效率，污染物排放濃度滿足國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，可以直接燃燒生物質(zhì)散料，具有燃燒效率高，運(yùn)行成本低，值得大力推廣。

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