生物質(zhì)層燃工業(yè)鍋爐燃燒設(shè)備選型的探討

  2024-04-30         0次

生物質(zhì)燃料具有揮發(fā)分含量高、水分變化大、體積松散、能量密度低、鉀和鈉等堿金屬含量高、灰溶點(diǎn)低、易結(jié)渣等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)各生物質(zhì)電廠運(yùn)行的鍋爐主要有兩種爐型：爐排式鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐。下面從以下幾方面進(jìn)行兩種爐型的比較：

1、技術(shù)成熟和應(yīng)用情況兩種爐型技術(shù)都很成熟，在國(guó)內(nèi)外都有較多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。爐排爐采用層燃技術(shù)，在北方市場(chǎng)占有率較高，我國(guó)第一座生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目-單縣生物質(zhì)發(fā)電廠即采用源自丹麥的水冷振動(dòng)爐排爐。

2、鍋爐負(fù)荷適應(yīng)性

爐排鍋爐能夠在10~110%額定負(fù)荷下正常運(yùn)行，負(fù)荷適應(yīng)性較好，循環(huán)流化床能夠適應(yīng)30~110%的鍋爐額定負(fù)荷，當(dāng)鍋爐負(fù)荷率低于30% 時(shí)，無法保證鍋爐的穩(wěn)燃和床層的流化，鍋爐無法正常運(yùn)行。

3、燃料預(yù)處理排爐基本不需要較高的要求，而循環(huán)流化床鍋爐對(duì)燃料的預(yù)處理要求較高，一般粒度≤10mm，需進(jìn)行破碎、篩分等處理。

4、連續(xù)運(yùn)行時(shí)間

爐排爐輔助設(shè)備少操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，設(shè)備維修率低。循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輔機(jī)設(shè)備多，爐內(nèi)沸騰燃燒，磨損較為嚴(yán)重，故障率高于爐排爐。

5、鍋爐造價(jià)方面

   層燃生物質(zhì)鍋爐的整體系統(tǒng)比生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐簡(jiǎn)單，綜合造價(jià)方面爐排鍋爐低于循環(huán)流化床鍋爐    

綜上所述，循環(huán)流化床鍋爐雖擁有出色的復(fù)雜燃料適應(yīng)性，在比較復(fù)雜的燃料供應(yīng)條件下仍能高效工作，且鍋爐尾氣原始排放比層燃爐更有優(yōu)勢(shì)，但流化床鍋爐建設(shè)和運(yùn)行成本均比層燃爐高。層燃鍋爐有較好的低負(fù)荷適應(yīng)性，鍋爐效率雖低于流化床，但鍋爐負(fù)荷適應(yīng)性、對(duì)燃料要求、造價(jià)、運(yùn)行成本方面基本可彌補(bǔ)相對(duì)低的鍋爐效率，爐排爐綜合運(yùn)行指標(biāo)占優(yōu)。生物質(zhì)燃料在NOx和SO2的原始排放均不是特別高，綜合考慮在工業(yè)鍋爐范疇內(nèi)小于60t/h生物質(zhì)鍋爐，認(rèn)為性價(jià)比最好的還是層燃爐。

一、層燃燃燒設(shè)備介紹

  生物質(zhì)層燃鍋爐的燃燒設(shè)備目前國(guó)內(nèi)主要以水冷振動(dòng)爐排、往復(fù)式爐排、鏈條爐排等模式，本文只針對(duì)以上三種燃燒設(shè)備進(jìn)行探討。

1、水冷振動(dòng)爐排

鍋爐技術(shù)來源是國(guó)外丹麥BWE技術(shù)，屬于層燃鍋爐。該鍋爐采用水冷振動(dòng)爐排的燃燒方式，采用“M”型布置。采用爐前強(qiáng)制給料的進(jìn)料方式。振動(dòng)爐排由振動(dòng)機(jī)構(gòu)、風(fēng)室、支撐件和爐排水冷壁組成，爐排水冷壁由全膜式壁組成，其上開有很多小孔。一次風(fēng)由爐排水冷壁上的小孔進(jìn)入爐膛，為燃燒提供所需要的大量氧氣。燃料由給料機(jī)送到爐排前部，在此處逐步預(yù)熱、干燥、著火、燃燒。隨著爐排的不斷振動(dòng)，燃料邊燃燒邊向爐排后部運(yùn)動(dòng)，直至燃燼。

優(yōu)點(diǎn)：屬于層燃鍋爐，鍋爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、投資和運(yùn)行費(fèi)用都相對(duì)比較低、燃燒穩(wěn)定、燃燒效率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)性大。水冷振動(dòng)爐排有水冷卻，可有效地解決秸稈灰熔點(diǎn)低產(chǎn)生的結(jié)焦問題；還可以解決爐排片因?yàn)榛疑俣粺龎牡膯栴}；爐排采用振動(dòng)結(jié)構(gòu)，可有效解決爐排傳動(dòng)問題；通過增大爐排有效面積，使其有一定的裕量可避免因腐蝕而降低熱負(fù)荷；對(duì)燃料水分、熱值的波動(dòng)有一定的適應(yīng)能力。    

缺點(diǎn)：適應(yīng)性不強(qiáng)、爐排與水冷壁之間密封不嚴(yán)、高溫排渣不暢、污染物排放較高、磨損嚴(yán)重等?！　?/span>

2、往復(fù)爐排

往復(fù)爐排通常由傾斜的活動(dòng)爐排片和固定爐排片組成，兩者相間布置并間隔疊壓成階梯狀的爐排面。活動(dòng)爐排片的尾部裝嵌在活動(dòng)爐排梁上，前端直接搭在下一排的固定爐排片上?；顒?dòng)框架支撐在滾輪上，并與推拉桿相連，可變速的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪而帶動(dòng)推拉桿，拉動(dòng)活動(dòng)框架，使所有的活動(dòng)爐排片都作前后的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。燃料從燃料斗加入，由于活動(dòng)爐排片不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將燃料從爐排上緩慢由前向后，由上向下移動(dòng)最后落集在燃燼爐排上，燃盡后灰渣下落至渣斗。燃燒所需要空氣也是由爐排下往上送入。

優(yōu)點(diǎn)：燃料適應(yīng)性強(qiáng)，特別是易結(jié)焦類的燃料。燃料在爐排面停留時(shí)間比常規(guī)的層燃設(shè)備更長(zhǎng)，燃燒效率更高，更適合水分較高的生物質(zhì)燃料。現(xiàn)設(shè)備廠家通過從垃圾爐排上吸取相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，往復(fù)爐排的爐排片能更好的耐高溫和腐蝕，有利于鍋爐更長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行。

缺點(diǎn)，由于爐排片的頭部不斷與熾熱的料層接觸，又無冷卻條件，因而需要更好的材料，成本上會(huì)相對(duì)高一些。另外液壓系統(tǒng)相對(duì)比減速機(jī)設(shè)備價(jià)格更高；同時(shí)往復(fù)爐排產(chǎn)生的噪音較大。    

3、鏈條爐排

鏈條爐排主要由料斗、底座、前軸裝置、爐排裝置、后軸裝置、看火門等組成。燃料從料斗落至空爐排上，隨著爐排的運(yùn)動(dòng)進(jìn)入爐中。厚度由燃料閘門的位置高低來控制，爐排運(yùn)動(dòng)過程的漏灰則從爐排下灰斗排出。，其鏈條爐排分為鱗片式鏈條爐排、鏈帶式鏈條爐排、橫梁式鏈條爐排三種結(jié)構(gòu)形式。

（1）鱗片式

鱗片式爐排適爐排面通常由4~12根互相平行的鏈條(類似自行車上的鏈條結(jié)構(gòu))組成。每根鏈條用鋤栓將若干個(gè)由大環(huán)、小環(huán)、墊圈、襯管等元件組成的鏈條串在一起。爐排片通過夾板組裝在鏈條上，前后交疊，相互緊貼，呈魚鱗狀。當(dāng)爐排片行至尾部向下轉(zhuǎn)入空程以后，便依靠自重依次翻轉(zhuǎn)過來，倒掛在夾板上，能自動(dòng)清除灰渣，并獲得冷卻。各相鄰鏈條之間，用拉桿與套管相連，使鏈條之間的距離保持不變。

優(yōu)點(diǎn)：爐排間隙甚小，漏料很少；爐排片較薄，冷卻條件好，能夠不停爐更換；由于鏈條為柔性結(jié)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)軸上鏈輪的齒形略有參差時(shí)，能自行調(diào)整其松緊度，保持啃合良好。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、金屬耗量多，整體剛性沒有橫梁式好，且當(dāng)爐排較寬時(shí)，爐排片容易脫落或卡住。

（2）鏈帶式

鏈帶式爐排屬于輕型爐排，爐排片分為主動(dòng)爐排片和從動(dòng)爐排片兩種，用圓鋼拉桿串聯(lián)在一起，形成一條寬幅的鏈帶，圍繞在前鏈輪和后滾筒上。主動(dòng)爐排片擔(dān)負(fù)傳遞整個(gè)爐排運(yùn)動(dòng)的拉力，因此其厚度比從動(dòng)爐排片厚，由可鍛鑄鐵制成。        

優(yōu)點(diǎn)：比其他鏈條爐排金屬耗量低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝和運(yùn)行都比較方便。 

缺點(diǎn)：爐排片用圓鋼串聯(lián)，必須保證加工和裝配質(zhì)量，否則容易折斷，而且不便于檢修和更換；長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，由于爐排片磨損嚴(yán)重，使?fàn)t排間隙增大，漏料損失增多。

（3）橫梁式

橫梁式爐排結(jié)構(gòu)與鏈帶式爐排的主要區(qū)別在于采用了許多剛性較大的橫梁。爐排片裝在橫梁的相應(yīng)槽內(nèi)，橫梁固定在傳動(dòng)鏈條上。傳動(dòng)鏈條一般是兩條(當(dāng)爐排很寬時(shí)，可裝置多條)，由裝在前軸(主動(dòng)軸)上的鏈輪帶動(dòng)。

橫梁式爐排的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)剛性大，爐排片受熱不受力，而橫梁和鏈條受力不受熱，比較安全耐用；爐排面積可以較大，阻力小而風(fēng)量分布均勻；運(yùn)行中漏煤、漏風(fēng)量少。缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)笨重，金屬耗量多，制造和安裝要求高；

以上三種鏈條爐排，由于鏈帶式爐排爐排面開孔率過高，漏風(fēng)比較嚴(yán)重且容易漏料，此鏈帶式爐排不適合層燃生物質(zhì)鍋爐。鱗片式鏈條爐排和橫梁式爐排考慮整體經(jīng)濟(jì)性，鱗片式推薦為≤40t/h鍋爐，＞40t/h鍋爐推薦使用橫梁式爐排。

二、層燃燃燒設(shè)備選擇    

生物質(zhì)燃料根據(jù)以上層燃設(shè)備的介紹，結(jié)合燃料特性的水分大小、灰分高低及其結(jié)渣性等因素進(jìn)行選擇考慮如下：。

　　(1)生物質(zhì)燃料的收到基水分低于25％時(shí)，層燃燃燒設(shè)備推薦考慮鏈條爐排，若燃料結(jié)渣型偏高時(shí)推薦考慮往復(fù)爐排、水冷爐排。

　　(2)燃料的收到基水分＞30%時(shí)、層燃燃燒設(shè)備推薦考慮往復(fù)爐排。

由于鏈條爐排、往復(fù)爐排和水冷振動(dòng)爐排，設(shè)備造價(jià)鏈條最低，水振動(dòng)冷最高。因此從經(jīng)濟(jì)性角度考慮為：

常規(guī)生物質(zhì)燃料比如生物質(zhì)顆粒、生物質(zhì)壓塊之類，燃料熱值較高，水分低，燃料熱值高的，燃燒設(shè)備選擇順序?yàn)椋烘湕l爐排、往復(fù)爐排；

燃料水份高于30%,熱值低于2600kcal/kg時(shí)，燃料燃燒需要更長(zhǎng)的時(shí)間，燃燒設(shè)備選擇順序?yàn)椋和鶑?fù)爐排、鏈條爐排；

水冷振動(dòng)爐排由于價(jià)格方面的因素，因此一般工業(yè)鍋爐采用的還是較偏少。

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