1、前言
    我國具有豐富的農業和林業資源，農業和林業殘余物量大面廣，其中農業秸、莖產量是糧食產量的1.4倍，近年來產量達6.5 -8億t；林木采集和林業加工剩余物也達上億噸，這是生物質資源可利用的主要部分。農林殘余物和其他有機廢棄物的資源化利用，是關系到社會可持續發展的重大課題。近年來國內對生物質資源的再利用研究，主要是通過熱分解方法來產生可燃氣體，從而達到再利用的目的，富通新能源專業生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機、秸稈顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質顆粒燃料。
    生物質熱分解燃料鍋爐是指將農業生產中產生的稻稈、油菜稈、玉米稈、麥稈等類生物質在缺氧或微氧狀態下通過高溫熱化學反應，將其分解成可燃氣體，以該可燃氣體作為燃料的鍋爐設備。
    2005年，我公司與國外某公司合作為陜西某熱電廠開發了4臺50t/h秸稈發電鍋爐，鍋爐將于近期投入生產加工。鍋爐設計的原則要求具有較高的熱效率和經濟的投資和運行維護費用。
2、鍋爐主要技術規范
設計燃料及特性
    鍋爐設計燃料為秸稈熱分解物，通過對秸稈熱分解產生的可燃氣體進行工業分析得到燃料特性如下：
3、鍋爐設計方案的選擇與確定
3.1鍋爐設計方案的選擇
    在設計之初，根據業主對鍋爐結構布置的要求，并結合我公司多年來在設計方面積累的經驗，我們對下面這種方案進行了初步設計。
    這種方案以爐膛水冷壁下集箱為分界線，下部虛線部分為熱分解系統。通過設計工作的進一步展開，我們發現這種結構布置方式存在幾種缺點：第一，在對流管束下部將會存在煙氣死區，幾乎有40%～50%的受熱面沒有被有效利用，因而嚴重降低了受熱面的利用率；第二，由于采用了上下鍋筒布置方式，一方面給本體的支撐和施工帶來了很大困難，另一方面還增加了鍋爐本體的重量，同時也增加了鍋爐鋼架的負荷，無形中增加了設備的投資費用；第三，煙道轉彎較多，提高了煙氣阻力，增加了投資費用。基于這些考慮，我們否定了這種方案。
    在方案一的基礎上，雙方設計人員通過多次技術交流，并參考國內外比較先進的設計技術，通過初步設計論證，確定了幾種比較可行的方案。為進一步確定施工圖的設計方向，通過設計人員對幾種方案的篩選和反復論證，確定方案二所示布置方式為最終的方案。這種方案基本上滿足了設計開始所確定的鍋爐設計原則，同時計算過程及結果都比較科學、合理，被設計人員認為是所有討論方案中比較完美的一種。
4、鍋爐結構布置特點
4.1整體布置介紹
    鍋爐系單鍋筒、自然循環水管鍋爐，鍋筒中心標高為27720mm，爐膛采用懸吊結構，尾部煙道則采用支撐結構。爐膛四周為膜式水冷壁，截面成正方形結構：5200mm×5200mm。爐膛頂部由前墻水冷壁向后傾斜15°，形成爐膛頂部受熱面，與鍋筒連接。爐膛出口前設置折焰角，強化爐內傳熱，出口煙窗為拉稀冷渣管，冷渣管上部匯集于冷渣管上集箱，并由連通管與鍋筒連通。為保證水循環安全可靠性，前、后及兩側水冷壁各分別有6個下降管分散與各膜式壁下集箱連通。爐膛底部與熱分解燃燒系統配合連接。爐膛前后水冷壁設置6級熱風系統。
    鍋爐水平煙道內分別布置高溫過熱器、低溫過熱器，水平煙道底部成V型結構，左右兩個方向均成36°，形成漏灰斗。尾部煙道采用重型爐墻結構，共布置5級省煤器，自上往下依次為第1 -5級，尾部煙道底部設置V型漏灰斗。
4.2  熱空氣和煙氣再循環系統
    鍋爐采用熱風系統強化爐內燃料燃燒，熱風口分6級布置，第1、2、3級布置于前墻，第4、5、6級布置于后墻，各熱風口標高如表1。前墻第1、2、3級熱風口自右側600mm處向左布置8個，各熱風口之間間距600mm;第4、5、6級熱風口自左側400mm處向右布置8個，各熱風口之間間距600mm，各級熱風口與鍋爐墻外熱風系統聯接。鍋爐采用爐下煙氣再循環技術。在低溫過熱器出口處抽出部分煙氣從爐膛底部引入作為再循環煙氣，以提高燃料利用率和鍋爐熱效率，爐下煙氣再循環量- 4015kg/h。
4.3對流受熱面
    過熱器分兩級布置。高溫過熱器布置于出口煙窗后水平煙道內，呈逆流順列布置，低溫過熱器布置在水平煙道尾部，呈臥式逆流布置。根據燃料特性，我們采取了較大的管節距，橫向節距Sl=160，縱向節距S=120，材質為15CrMoG。為調節高溫過熱器中蒸汽溫度，在低溫過熱器與高溫過熱器之間布置噴水減溫器，保證過熱器出口蒸汽參數滿足發電要求，其減溫能力可達到50 - 60℃。
    省煤器分5級布置在尾部煙道，省煤器蛇形管均成順列逆流結構，為有效地防止磨損和腐蝕，對第5級省煤器管進行整體滲鋁處理，采用較大的管節距，橫向節距S．=110，縱向節距S：=80。
4.4鍋爐的主要計算概況
    表2為鍋爐熱力計算匯總表，表3為水阻力計算匯總表。
    通過對以上計算結果的分析，可以看出對于生物質燃料，鍋爐具有較高的設計效率和熱效率，受熱面的布置也比較合理，鍋爐處理也達到了業主的要求，能夠滿足熱電廠50MW負荷的要求。另一方面鍋爐的煙氣阻力和流動阻力都比較小，滿足用戶提出的設備經濟性的設計要求。
5、本鍋爐所具有的主要特點
    (1)燃燒系統采用國外專有技術。鍋爐爐膛與熱分解反應系統連接形成整體，熱分解產生的可燃氣體在爐膛內完全氧化燃燒，將熱量傳遞給工質。鍋爐所采用的熱分解反應系統系國外專有技術，在技術方面比較成熟，運行可靠。
    (2)爐膛采用整體膜式水冷壁。膜式壁將爐墻全部遮蔽，有效地保護了爐墻，使爐墻溫度大大降低，并使爐墻厚度減薄，減輕了爐墻重量；同時使爐膛具有較好的密封性和良好的傳熱特性，有效地提高了鍋爐效率。
    (3)清潔環保。與常規燃料相比，秸稈熱分解物屬于清潔燃料，燃燒生成物對環境污染小，綜合性能屬于清潔環保型燃燒方式。
    (4)對流受熱面采用較大的管節距。對流受熱面選取大管節距，順列布置，有效地降低了煙氣流速，保證了良好的煙氣流通性，有效地降低了對流煙氣對管壁的磨損，減少了管壁結渣，從而提高了對流受熱面的使用壽命。同時，對流受熱面采用逆流布置，使受熱面有較高的傳熱溫壓，減少了受熱面金屬耗量，從而降低了設備費用。
    (5)采用爐下煙氣再循環技術。將鍋爐尾部排出的部分低溫煙氣與熱空氣混合通入爐膛，一方面提高燃料利用率和鍋爐熱效率，強化了煙氣的有效利用；另一方面進一步降低了爐膛溫度，使煙氣中的污染性物質減少，降低了對環境的污染。采用煙氣再循環技術，煙氣再循環量可達4015 kg/h。
6、結束語
    總體上講，生物質熱分解燃料鍋爐具有高效、環保等優點，對于社會和經濟的可持續發展具有重要意義，一方面將促進能源的可持續發展與利用技術進一步應用，有效地防止環境污染，另一反面也將有力地推動經濟和社會發展，具有良好的社會綜合經濟效益。
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