我國(guó)具有豐富的農(nóng)業(yè)和林業(yè)資源，農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘余物量大面廣，其中農(nóng)業(yè)秸、莖產(chǎn)量是糧食產(chǎn)量的1.4倍，近年來(lái)產(chǎn)量達(dá)6.5 -8億t；林木采集和林業(yè)加工剩余物也達(dá)上億噸，這是生物質(zhì)資源可利用的主要部分。農(nóng)林殘余物和其他有機(jī)廢棄物的資源化利用，是關(guān)系到社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大課題。近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)生物質(zhì)資源的再利用研究，主要是通過(guò)熱分解方法來(lái)產(chǎn)生可燃?xì)怏w，從而達(dá)到再利用的目的，富通新能源專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
生物質(zhì)熱分解燃料鍋爐是指將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的稻稈、油菜稈、玉米稈、麥稈等類(lèi)生物質(zhì)在缺氧或微氧狀態(tài)下通過(guò)高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)，將其分解成可燃?xì)怏w，以該可燃?xì)怏w作為燃料的鍋爐設(shè)備。
2005年，我公司與國(guó)外某公司合作為陜西某熱電廠開(kāi)發(fā)了4臺(tái)50t/h秸稈發(fā)電鍋爐，鍋爐將于近期投入生產(chǎn)加工。鍋爐設(shè)計(jì)的原則要求具有較高的熱效率和經(jīng)濟(jì)的投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
2、鍋爐主要技術(shù)規(guī)范
設(shè)計(jì)燃料及特性
鍋爐設(shè)計(jì)燃料為秸稈熱分解物，通過(guò)對(duì)秸稈熱分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w進(jìn)行工業(yè)分析得到燃料特性如下：
3、鍋爐設(shè)計(jì)方案的選擇與確定
3.1鍋爐設(shè)計(jì)方案的選擇
在設(shè)計(jì)之初，根據(jù)業(yè)主對(duì)鍋爐結(jié)構(gòu)布置的要求，并結(jié)合我公司多年來(lái)在設(shè)計(jì)方面積累的經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)下面這種方案進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。
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(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)一步展開(kāi)，我們發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)布置方式存在幾種缺點(diǎn)：第一，在對(duì)流管束下部將會(huì)存在煙氣死區(qū)，幾乎有40%～50%的受熱面沒(méi)有被有效利用，因而嚴(yán)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(lái)了很大困難，另一方面還增加了鍋爐本體的重量，同時(shí)也增加了鍋爐鋼架的負(fù)荷，無(wú)形中增加了設(shè)備的投資費(fèi)用；第三，煙道轉(zhuǎn)彎較多，提高了煙氣阻力，增加了投資費(fèi)用�；谶@些考慮，我們否定了這種方案。
在方案一的基礎(chǔ)上，雙方設(shè)計(jì)人員通過(guò)多次技術(shù)交流，并參考國(guó)內(nèi)外比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)初步設(shè)計(jì)論證，確定了幾種比較可行的方案。為進(jìn)一步確定施工圖的設(shè)計(jì)方向，通過(guò)設(shè)計(jì)人員對(duì)幾種方案的篩選和反復(fù)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(shè)計(jì)開(kāi)始所確定的鍋爐設(shè)計(jì)原則，同時(shí)計(jì)算過(guò)程及結(jié)果都比較科學(xué)、合理，被設(shè)計(jì)人員認(rèn)為是所有討論方案中比較完美的一種。
4、鍋爐結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)
4.1整體布置介紹
鍋爐系單鍋筒、自然循環(huán)水管鍋爐，鍋筒中心標(biāo)高為27720mm，爐膛采用懸吊結(jié)構(gòu)，尾部煙道則采用支撐結(jié)構(gòu)。爐膛四周為膜式水冷壁，截面成正方形結(jié)構(gòu)：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(shè)置折焰角，強(qiáng)化爐內(nèi)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(huán)安全可靠性，前、后及兩側(cè)水冷壁各分別有6個(gè)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(tǒng)配合連接。爐膛前后水冷壁設(shè)置6級(jí)熱風(fēng)系統(tǒng)。
鍋爐水平煙道內(nèi)分別布置高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器，水平煙道底部成V型結(jié)構(gòu)，左右兩個(gè)方向均成36°，形成漏灰斗。尾部煙道采用重型爐墻結(jié)構(gòu)，共布置5級(jí)省煤器，自上往下依次為第1 -5級(jí)，尾部煙道底部設(shè)置V型漏灰斗。
4.2 熱空氣和煙氣再循環(huán)系統(tǒng)
鍋爐采用熱風(fēng)系統(tǒng)強(qiáng)化爐內(nèi)燃料燃燒，熱風(fēng)口分6級(jí)布置，第1、2、3級(jí)布置于前墻，第4、5、6級(jí)布置于后墻，各熱風(fēng)口標(biāo)高如表1。前墻第1、2、3級(jí)熱風(fēng)口自右側(cè)600mm處向左布置8個(gè)，各熱風(fēng)口之間間距600mm;第4、5、6級(jí)熱風(fēng)口自左側(cè)400mm處向右布置8個(gè)，各熱風(fēng)口之間間距600mm，各級(jí)熱風(fēng)口與鍋爐墻外熱風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)接。鍋爐采用爐下煙氣再循環(huán)技術(shù)。在低溫過(guò)熱器出口處抽出部分煙氣從爐膛底部引入作為再循環(huán)煙氣，以提高燃料利用率和鍋爐熱效率，爐下煙氣再循環(huán)量- 4015kg/h。
4.3對(duì)流受熱面
過(guò)熱器分兩級(jí)布置。高溫過(guò)熱器布置于出口煙窗后水平煙道內(nèi)，呈逆流順列布置，低溫過(guò)熱器布置在水平煙道尾部，呈臥式逆流布置。根據(jù)燃料特性，我們采取了較大的管節(jié)距，橫向節(jié)距Sl=160，縱向節(jié)距S=120，材質(zhì)為15CrMoG。為調(diào)節(jié)高溫過(guò)熱器中蒸汽溫度，在低溫過(guò)熱器與高溫過(guò)熱器之間布置噴水減溫器，保證過(guò)熱器出口蒸汽參數(shù)滿足發(fā)電要求，其減溫能力可達(dá)到50 - 60℃。
省煤器分5級(jí)布置在尾部煙道，省煤器蛇形管均成順列逆流結(jié)構(gòu)，為有效地防止磨損和腐蝕，對(duì)第5級(jí)省煤器管進(jìn)行整體滲鋁處理，采用較大的管節(jié)距，橫向節(jié)距S．=110，縱向節(jié)距S：=80。
4.4鍋爐的主要計(jì)算概況
表2為鍋爐熱力計(jì)算匯總表，表3為水阻力計(jì)算匯總表。
通過(guò)對(duì)以上計(jì)算結(jié)果的分析，可以看出對(duì)于生物質(zhì)燃料，鍋爐具有較高的設(shè)計(jì)效率和熱效率，受熱面的布置也比較合理，鍋爐處理也達(dá)到了業(yè)主的要求，能夠滿足熱電廠50MW負(fù)荷的要求。另一方面鍋爐的煙氣阻力和流動(dòng)阻力都比較小，滿足用戶提出的設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)要求。
5、本鍋爐所具有的主要特點(diǎn)
(1)燃燒系統(tǒng)采用國(guó)外專(zhuān)有技術(shù)。鍋爐爐膛與熱分解反應(yīng)系統(tǒng)連接形成整體，熱分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w在爐膛內(nèi)完全氧化燃燒，將熱量傳遞給工質(zhì)。鍋爐所采用的熱分解反應(yīng)系統(tǒng)系國(guó)外專(zhuān)有技術(shù)，在技術(shù)方面比較成熟，運(yùn)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(hù)了爐墻，使?fàn)t墻溫度大大降低，并使?fàn)t墻厚度減薄，減輕了爐墻重量；同時(shí)使?fàn)t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(huán)保。與常規(guī)燃料相比，秸稈熱分解物屬于清潔燃料，燃燒生成物對(duì)環(huán)境污染小，綜合性能屬于清潔環(huán)保型燃燒方式。
(4)對(duì)流受熱面采用較大的管節(jié)距。對(duì)流受熱面選取大管節(jié)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(duì)流煙氣對(duì)管壁的磨損，減少了管壁結(jié)渣，從而提高了對(duì)流受熱面的使用壽命。同時(shí)，對(duì)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(shè)備費(fèi)用。
(5)采用爐下煙氣再循環(huán)技術(shù)。將鍋爐尾部排出的部分低溫?zé)煔馀c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(qiáng)化了煙氣的有效利用；另一方面進(jìn)一步降低了爐膛溫度，使煙氣中的污染性物質(zhì)減少，降低了對(duì)環(huán)境的污染。采用煙氣再循環(huán)技術(shù)，煙氣再循環(huán)量可達(dá)4015 kg/h。
6、結(jié)束語(yǔ)
總體上講，生物質(zhì)熱分解燃料鍋爐具有高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，一方面將促進(jìn)能源的可持續(xù)發(fā)展與利用技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用，有效地防止環(huán)境污染，另一反面也將有力地推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，具有良好的社會(huì)綜合經(jīng)濟(jì)效益。
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