【技术】10t/h生物质颗粒水管锅炉的特殊设计
摘要：介绍了生物质颗粒燃料的特点和积灰产生机理，介绍了水管锅炉结构及其特点与优化创新，通过能效测试与理论计算对比，验证设计的可行性。
随着国家对环保问题的重视和燃煤锅炉改造政策的实施，生物质颗粒燃料因低碳环保经济可再生而受到关注，然而生物质颗粒锅炉如雨后春笋般遍及全国各地。SZL10-1.25-S是一种双锅筒纵置式链条锅炉，在国内有很多制造厂直接在原先燃煤锅炉基础上改烧生物质颗粒，结构上未作任何改变，上料系统采用原始的粗放式人工投料，既占地又耗工，锅炉经使用后发现对流管束区、省煤器区积灰严重，遇水蒸气凝结成硬块，对锅炉的安全运行构成严重威胁。每隔三个月机组被迫停炉来进行人工清灰，严重影响企业的正常生产，而这种状况又会造成燃料耗量增加、排烟温度升高、热效率低下。因此，如何开发设计适应这类生物质颗粒燃料的锅炉成为锅炉企业需要研究的重要课题。
01、生物质颗粒燃烧特点和积灰产生机理
生物质颗粒燃料挥发份含量高，燃料着火温度较低，密度小，结构比较松散，在鼓风机和引风机的作用下，燃烧产生的飞灰极易被吹起带入后面的受热面中。结渣和积灰现象相比燃煤锅炉要严重的多。
锅炉在燃煤时产生的煤灰熔点高达1350℃，大部分未熔化灰随着炉排向后运转直接排至除渣机，少部分粉煤灰的堆积密度为0.79g/cm3，随着引风机引力带入对流管束区后靠着自重落入落灰坑中，更细小粉煤灰进入省煤器和除尘器中。对流管束区只要定期进行蒸汽吹灰，基本上可以避免积灰的产生。而生物质灰的熔点只有900·1050℃，比粉煤灰低很多，烧结特性强，结渣积灰现象比粉煤灰严重，已熔化的飞灰在对流管束区结渣掉入落灰坑中，传统的落灰口根本无法排出渣块，造成渣块层层堆积越堆越高。生物质飞灰堆积密度只有0.4247g/cm3，未熔化的飞灰极易粘附在对流管束及省煤器受热面上无法脱落，如果再采取蒸汽吹灰只会让积灰更加严重。
02、生物质颗粒燃料元素和工业分析见表1。
03、设计方案制定
采用全自动生物质颗粒上料系统，料仓容量按2天燃料储量考虑，建议用户采购飞灰熔点达到980℃以上的生物质颗粒。锅炉炉膛两侧水冷壁密排布置，提高有效角系数，把燃烧室和燃烬室合并成一个大炉膛，提高辐射换热能力，采用较低的体积热强度，通过降低炉膛温度来减少生物质飞灰的高温熔化，取消燃烬室还可以避免该区域的积灰无法清除的弊端。加大对流管束I区和域区的落灰阀，解决部分结渣灰块排出不畅的问题。把传统燃煤锅炉铸铁省煤器更换成光管节能器，采用竖直摆放，以便飞灰能自动落入下烟室中。
04、锅炉整体结构组成
该锅炉主要由垂直提升机、料仓、输送机、分料煤斗、链条炉排、炉膛、对流管束I区、对流管束II区、上烟室、节能器、下烟室等组成，如图1。
05、结构特点与优化创新
5.1生物质颗粒自动给料系统
生物质颗粒自动给料系统由进料斗、垂直提升机、出料管、料仓、物位仪、称重装置、输送机、分料煤斗、链条炉排组成。生物质颗粒卸入进料斗，再通过垂直提升机输送，经过出料管落入料仓中，生物质颗粒通过称重装置和皮带输送机送入分料煤斗，再由链条炉排送入炉膛燃烧。物位仪显示低物位时启动垂直提升机进料，物位仪显示高物位停止垂直提升机运行。当锅炉需要送料时，通过程序控制自动开启称重装置和皮带输送机进行送料。整个过程省时省力，使用方便快捷，自动化程度较高，特别对于6吨及以上大型锅炉使用企业可以带来较佳的经济效益。整套系统占地少、高空布置结构紧凑、可以节省土地资源。
5.2燃燒换热系统
燃烧换热系统由炉膛、对流管束区I、对流管束区II、空气吹灰器、落灰阀、落灰坑组成。炉膛两侧φ51x3水冷壁管按53mm节距排列，光管有效角系数可提高到0.99。炉膛前侧布置了φ51x3前水墙管，后侧也布置了φ51x3水冷壁管，取消了原先燃煤锅炉的燃烬室布置，既提高了炉膛辐射换热效果，又避免了积灰死角。整个炉膛布置可以有效降低炉膛温度，使炉膛出口温度控制在980℃以内，最大程度降低生物质飞灰的熔化现象。大量生物质炉灰由链条炉排排入落灰坑，少量飞灰及熔化灰与高温烟气一起进入对流管束区I和对流管束区II进行对流换热。随着烟气温度的降低，少量熔化灰冷却结渣并吸附部分飞灰靠自重落入落灰阀上。考虑到生物质飞灰密度小遇水易粘结流动性差，采用空气吹灰来清除吸附在对流管束上的飞灰。落灰阀按600×350大口径设计，以便排灰顺畅避免积灰。
5.3尾部余热回收系统
把省煤器改为光管节能器，管子采用φ32x3蛇形管立式错列布置，横向节距取100mm，纵向节距取60mm，每一列蛇形管之间留有18mm间隙，可以确保飞灰顺畅掉落至下烟室，即使有积灰也可以打开上烟室检查门进行清理，解决了传统鳍片省煤器因间隙小根本无法清灰的弊端。
06、热力计算
锅炉热力计算采用2003年中国标准出版社《层状燃烧及流化床燃烧工业锅炉热力计算方法》进行计算，标准计算方法表8-1中锅炉管束及钢管省煤器热有效系数取0.55～0.65，我们根据多台锅炉运行的实际经验来看取0.6最为合适。
07、锅炉能效测试与结论
锅炉能效测试部门测试结果，该锅炉已达到设计参数，测试结果与计算相差不大，该锅炉具有较高的热效率和较低的排烟温度，节能减排效果显著，市场发展前景可期。
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