陳廷秀

(鄭州鐵路局鄭州房屋修建中心，河南鄭州450052)

　　摘 要：目前，我國城市擁有大量的生活燃煤鍋爐及工業(yè)燃煤鍋爐，其中大都分布在城市內(nèi)及城市周邊，由于燃煤鍋爐在燃燒過程中時(shí)除了產(chǎn)生煙塵污染大氣環(huán)境之外，還會(huì)產(chǎn)生二氧化硫并引起酸雨污染，這種污染直接影響人和動(dòng)物的呼吸系統(tǒng)，影響植物的光合作用，還會(huì)對設(shè)備及建筑物造成腐蝕和損害，對環(huán)境造成十分嚴(yán)重的污染。因此，為防治大氣污染，保護(hù)和改善大氣環(huán)境，保障人體健康。促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，積極開發(fā)利用太陽能、地?zé)崮堋L(fēng)能、水能、生物能、核能等較潔凈的能源是解決大氣污染的根本途徑之一。

　　1概述

　　鄭州隴海院鍋爐房原有在用鍋爐額定蒸發(fā)量為一臺4t／h的燃煤蒸汽鍋爐一臺，主要為鄭州隴海院鐵路招待所、鐵路運(yùn)輸檢察院、鐵路運(yùn)輸法院等辦公房屋和北側(cè)j棟職工住宅樓提供冬季采暖用蒸汽。由于燃煤鍋爐除了產(chǎn)生煙塵污染大氣環(huán)境之外，還會(huì)產(chǎn)生二氧化硫并引起酸雨污染，這種污染危害極大，是燃煤鍋爐污染防治的重點(diǎn)。2009年根據(jù)鄭州市人民政府辦公廳《關(guān)于推進(jìn)燃煤鍋爐潔凈燃料改造的通知》鄭政辦文[2007]369號文件“建成區(qū)內(nèi)10蒸噸以下燃煤鍋爐按計(jì)劃逐步拆除、改用清潔能源或潔凈燃料；在本市市區(qū)內(nèi)，集中供熱與天然氣無法滿足需要的用戶，其燃煤鍋爐可改用生物質(zhì)燃料替代燃煤。”等有關(guān)要求，將原鍋爐房內(nèi)安裝的一臺4t／h燃煤蒸汽鍋爐拆除，安裝二臺2t／h的生物質(zhì)燃料蒸汽鍋爐(一用一備)，以取代原有的燃煤蒸汽鍋爐，用于冬季供暖用汽。

　　2生物質(zhì)顆粒燃料的原料來源、加工工藝流程和特點(diǎn)

　　生物質(zhì)顆粒燃料的原料來源主要足以木屑、秸稈為原料，經(jīng)過專業(yè)機(jī)械、特殊工藝，在無任何化學(xué)添加劑的情況下，高壓低溫壓縮加工成型的顆粒狀燃料。目前使用比較廣泛的生物質(zhì)顆粒燃料是秸桿顆粒燃料。

　　加工工藝流程為：粉碎一干燥—輸送一成型—檢測—包裝一成品人庫—銷售。

　　生物質(zhì)顆粒燃料的特點(diǎn)：成型后的燃料體積是原料體積的1/30~40；比重是原料的10~15倍，水分在12％~18％之間(一般煤的水分在10~15以下)；低位發(fā)熱量可達(dá)3500~4500大卡(二類煙煤的低位發(fā)熱量是3700-4700大卡／千克)；灰分小于10％(煤的灰分在20％以上)；揮發(fā)分≥65.62％(二類煙煤的揮發(fā)分≥20％)。生物質(zhì)燃料屬可再生清潔能源，與風(fēng)能、太陽能等同屬可再生能源，資源豐富，可保證能源的永續(xù)利用。生物質(zhì)燃料的硫含量、氮含量低，燃燒過程中生成的SOx、NOx較少。

　　3生物質(zhì)燃料鍋爐的基本原理

　　生物質(zhì)燃料鍋爐是采用高密度的壓縮成型生物質(zhì)作為鍋爐的燃料，由于燃料的壓縮密實(shí)，限制了揮發(fā)分溢出速度，所以生物質(zhì)燃料燃燒主要由下面幾個(gè)條件控制：一定的溫度；一定量的空氣(氧氣)；燃料與空氣(氧氣)的混合程度；燃料中的可燃物與空氣中的氧氣進(jìn)行劇烈的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間。由于生物質(zhì)燃料的燃點(diǎn)比煤低。煤的燃點(diǎn)為40-500℃，生物質(zhì)燃料的燃點(diǎn)為250℃，其溫度的提高由點(diǎn)火熱供給。生物質(zhì)燃料的燃燒過程是燃料中的可燃成分與空氣中的氧劇烈化合并放出熱量的過程。因而氧氣的供給量決定燃燒反應(yīng)的過程，通過對供氧量的控制，可以很好地控制燃燒反應(yīng)。另外，生物質(zhì)燃料含有一定的水分，并且生物質(zhì)燃料是經(jīng)過壓縮成型的，它的壓縮密實(shí)，限制了揮發(fā)分溢出速度，不易著火燃燒和形成黃色明亮的火焰，容易冒黑煙。所以現(xiàn)運(yùn)行的生活及工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)不適合直接使用生物質(zhì)顆粒燃料，若不加改造直接使用生物質(zhì)顆粒燃料，鍋爐將出現(xiàn)嚴(yán)重冒黑煙、效率低、有粉塵污染等現(xiàn)象。因此，燃用生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐需要加裝專門的送風(fēng)設(shè)施，在充分保證燃燒生物質(zhì)“顆粒”供氧量的要求下，鍋爐進(jìn)風(fēng)量可以進(jìn)行調(diào)整。生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的技術(shù)關(guān)鍵是：高密度生物質(zhì)“顆粒”壓縮成型加工設(shè)備與連續(xù)性生產(chǎn)的自動(dòng)生產(chǎn)線、鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒方式、換熱方式、送風(fēng)方式突破傳統(tǒng)模式。

　　4生物質(zhì)燃料鍋爐的運(yùn)行

　　生物質(zhì)燃料鍋爐的運(yùn)行與燃煤鍋爐的運(yùn)行一樣，根據(jù)不同的鍋爐規(guī)格和型號設(shè)置不同的燃燒設(shè)備。但由于生物質(zhì)顆粒燃料是是經(jīng)過壓縮成型的，水分大、密度高、揮發(fā)分溢出速度慢，不易著火燃燒，容易冒黑煙。所以要保證生物質(zhì)燃料燃燒完全，即：要使燃燒設(shè)備與所用燃料相適應(yīng)；要從提高爐膛溫度、改善燃燒來減少不完全損失；要從燃料空氣比例，煤層厚度，爐排速度，爐膛負(fù)壓和過量空氣系數(shù)等來進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制；在運(yùn)行中要加強(qiáng)檢查、維護(hù)和保養(yǎng)。

　　因此，可以采取以下措施以提高鍋爐最大的熱效率。為了提高爐膛溫度，便于生物質(zhì)燃料的揮發(fā)分迅速溢出，對所安裝的生物質(zhì)燃料鍋爐加裝了專門的送風(fēng)設(shè)施，在充分保證燃燒生物質(zhì)“顆粒”供氧量的要求下，鍋爐進(jìn)風(fēng)量可以進(jìn)行調(diào)整。在將生物質(zhì)燃料加入到鍋爐爐膛內(nèi)時(shí)，為了便于往料斗里進(jìn)料，采用了不同于以往燃煤鍋爐的上煤方式。燃煤鍋爐的上煤方法是由上煤機(jī)或傳送煤裝置直接將煤倒人煤斗里，經(jīng)由煤閘門和鏈條爐排進(jìn)入到爐膛里進(jìn)行燃燒。而生物質(zhì)燃料在經(jīng)由煤斗和煤閘門時(shí)，由于生物質(zhì)燃料顆粒比煤大，在通過煤閘門時(shí)，由于顆粒之間相互碰撞阻力較大，而且燃料顆粒由于體積比煤大，進(jìn)人煤閘門時(shí)容易被擋住，所以在燃料斗里通過煤閘門的燃料層厚度不均勻，不利于燃燒。所以為了解決這個(gè)問題，把原來進(jìn)燃料斗用的敞口式料斗制作成密閉式料斗，在料斗里直接加裝一個(gè)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)燃料層厚度的閘門。燃料經(jīng)由地面下儲(chǔ)料斗—螺旋式上料機(jī)一輸料管一密閉式料斗一煤閘門一鏈條爐排—鍋爐。在經(jīng)過調(diào)節(jié)燃料層厚度的閘門時(shí)，燃料也遇到相互碰撞的阻力、顆粒燃料體積大容易被煤閘門擋住的現(xiàn)象。但由于燃料在輸料管內(nèi)輸送的過程中，是在螺旋上料機(jī)的螺旋軸外力的轉(zhuǎn)動(dòng)下進(jìn)入料斗的，在螺旋軸外力的推動(dòng)下可以克服燃料相互碰撞的阻力，以使燃料順利進(jìn)通過煤閘門，在鏈條爐排的轉(zhuǎn)動(dòng)下進(jìn)入到鍋爐內(nèi)而進(jìn)行燃燒。

　　由于生物質(zhì)燃料是經(jīng)過高壓低溫壓縮加工成型的顆粒狀燃料，水分大，體積大，燃料之間相互碰撞阻力大，所以在安裝螺旋式上料機(jī)時(shí)要注意以下幾個(gè)方面：螺旋式上料機(jī)安裝時(shí)，輸料管與地面下儲(chǔ)料斗連接時(shí)要有一定的傾斜角度。但為了節(jié)約鍋爐房占地面積，同時(shí)又符合鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范的工藝布置要求，所以輸料管的傾斜角≤60°為宜。在燃料經(jīng)過螺旋式上料機(jī)的螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)下通過輸料管進(jìn)入到密閉式料斗時(shí)，由于燃料層厚度受煤閘門的限制。因此，為了避免燃料進(jìn)入的太多，造成燃料在密閉式燃料斗和輸料管內(nèi)積壓，并影響燃料通過煤閘門。可以在螺旋式上料機(jī)最上端與密閉式料斗連結(jié)的輸料管最上端位置開—個(gè)檢查孔，并安裝一個(gè)行程開關(guān)對螺旋式上料機(jī)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)密閉式料斗和輸料管內(nèi)的燃料積壓時(shí)，可以自動(dòng)切斷螺旋式上料機(jī)電動(dòng)機(jī)電源，而使螺旋式上料機(jī)停止工作；當(dāng)密閉式燃料斗和輸料管內(nèi)的燃料缺少時(shí)，自動(dòng)連接螺旋上料機(jī)電動(dòng)機(jī)電源，使螺旋上料機(jī)開始工作，往輸料管和密閉式料斗內(nèi)輸送燃料。由于生物質(zhì)燃料是高揮發(fā)分燃料，燃料的燃燒速度比煤快，并且燃料所含的灰分比煤低，燃料的燃盡率比煤高。生物質(zhì)燃料的燃盡率可達(dá)到96％，而煤的燃盡率在85~94％之間。所以生物質(zhì)燃料在燃爐中的燃燒溫度能達(dá)到1060℃以上。因此，根據(jù)鍋爐負(fù)荷情況，正確調(diào)整生物質(zhì)燃料層的厚度及爐排的轉(zhuǎn)速，是為了最大的提高鍋爐熱效率的一項(xiàng)措施。一般燃煤鍋爐的煤層厚度控制在100~140毫米之間，負(fù)荷高時(shí)加高煤層厚度，負(fù)荷低時(shí)減低煤層厚度。爐排機(jī)轉(zhuǎn)速一般情況下可控制在250-400轉(zhuǎn)，分鐘，最高不超過450轉(zhuǎn)，分鐘，以維持煤燃料的足夠燃燼時(shí)間。而生物質(zhì)燃料的燃點(diǎn)低、揮發(fā)分高，燃燒速度快、燃盡率高、燃燒溫度高。所以根據(jù)鄭州隴海院鍋爐房所安裝的生物質(zhì)燃料鍋爐經(jīng)過—個(gè)采暖期運(yùn)行來看，我們認(rèn)為生物質(zhì)燃料鍋爐的煤層厚度—般控制在130-150毫米之間，負(fù)荷高時(shí)可加高燃料層厚度，負(fù)荷低時(shí)減低燃料層厚度。爐排機(jī)轉(zhuǎn)速一般情況下可控制在300-500轉(zhuǎn)/分鐘，最高不超過550轉(zhuǎn)/分鐘。以便維持生物質(zhì)燃料足夠的燃燼時(shí)間。如果爐排機(jī)的轉(zhuǎn)速過慢，容易引起倒燃而使燃料斗里的燃料著火。所以在鍋爐運(yùn)行時(shí)要隨時(shí)觀察爐排上燃料燃燒的情況，如發(fā)現(xiàn)燃料斗里的燃料有著火現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)加大爐排機(jī)轉(zhuǎn)速，以消除燃料斗里的燃料著火情況。

　　5生物質(zhì)燃料鍋爐的管理

　　由于生物質(zhì)燃料具有揮發(fā)分高，燃點(diǎn)低、燃盡率高、灰分少的特點(diǎn)，所以為了保證鍋爐燃燒正常運(yùn)行，在運(yùn)行時(shí)須注意以下幾點(diǎn)：根據(jù)鍋爐運(yùn)行時(shí)實(shí)際燃料的消耗量調(diào)整上料機(jī)的燃料供給量。高溫裂解室內(nèi)(爐膛內(nèi))燃料未燃盡，鼓、引風(fēng)機(jī)不得停止運(yùn)行。運(yùn)行中突然停電時(shí)，必須及時(shí)清除高溫裂解室內(nèi)(爐膛內(nèi))的燃料。停爐前，不得再添加生物質(zhì)燃料。停爐時(shí)，無需封火，爐排上燃料燃盡后，鼓、引風(fēng)機(jī)方可停止運(yùn)行。

　　每班檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況及減速機(jī)內(nèi)的油位是否正常。定期清理折煙室內(nèi)和煙管內(nèi)積灰和灰渣。高溫裂解室內(nèi)(爐膛內(nèi))的配氧參數(shù)在鍋爐安裝調(diào)試好后，清勿亂動(dòng)。鍋爐操作人員必須責(zé)任心強(qiáng)，按操作規(guī)程進(jìn)行作業(yè)。