燃煤工業鍋爐改燒成型木屑案例分析

上 海 電 力 學 院 王文歡 李明 胡建華 何健 王凈凈

中電投江西核電有限公司 張華平

上海市青浦區某鉛筆廠在生產鉛筆板的過程中，需要利用工業鍋爐產生的蒸汽蒸煮原材料，同時生產過程中產生大量的木屑。該廠通過技術改造，增設木屑壓縮成型設備，利用成型木屑替代燃煤，既節約能源，降低企業生產成本，又減少了CO2、SO2等污染物的排放，取得節能減排雙重效益。

1 鍋爐設備簡介

上海市青浦區某鉛筆廠的工業鍋爐為上海工業鍋爐廠生產的角管式組裝蒸汽鍋爐，型號為DZL10-1.25-AⅢ，鍋爐蒸發量為10t/h，額定蒸汽壓力為1.25MPa，額定蒸汽溫度為194℃，鍋爐給水溫度為60℃。

2 燃料燃燒特性

表1 煤與木屑的燃料特性

通過對鍋爐燃燒使用的燃煤和木屑顆粒的取樣分析，得到表1所示的檢驗結果。

為了更好的了解木屑的燃料特性，如圖1所示，采用熱重分析儀，對木屑進行了熱重分析。圖中綠色實線為熱重曲線（TG），虛線為微商熱重曲線（DTG），藍線為差熱分析曲線（DTA）。由圖可分析整個燃燒過程質量和熱量的變化。

首先是脫水階段，燃料中水分漸漸減少，TG曲線的明顯下降是燃料脫水的結果。DTG曲線87.9℃達到的峰值表示脫水速率最高點，也是在這一階段質量減少最快的點。99.4℃之前燃料水分蒸發吸熱的過程在DTA曲線上有所表現。

接下來是揮發分燃燒階段。由DTG曲線可知，脫水完成后燃料質量減少緩慢，到200℃左右時開始加快，揮發分析出越來越迅速，揮發氣體到達一定濃度時，燃料點火完成，揮發分仍然迅速析出并燃燒，在290.4℃達到最快失重速率。由DTA曲線，揮發分析出燃燒放出的熱量不斷增加，且非常迅速，達到341.9℃峰值，即升溫最快點，此過程是主要燃燒階段，也是主要放熱階段，木屑燃燒的大部分重量損失及放出熱量都是在這一階段完成的。

大量揮發分析出后，燃料的失重速率減緩，此時燃料損失重量除了由于一部分揮發分析出外，還包含了碳的燃燒反應，燃料的燃燒反應轉為擴散燃燒。這一階段反應在圖上的大概340℃之后，由于大部分揮發分已析出，DTG曲線明顯降低，燃料以低于之前揮發分析出過程的一個速率損失重量。而由于固定碳和殘余揮發分的燃燒，燃料溫度繼續上升，放熱。DTA曲線上487.9℃達到單位時間和質量的放熱量的峰值。

在大約540℃以后，燃料無揮發分析出，只有極少量碳和其它可燃物仍然在燃燒，重量損失和放熱都很慢，燃料進入燃盡階段。TG，DTA曲線可以看到，在這一階段仍然有極少量物質在燃燒，放出微少熱量。在可燃物基本燃燒完全后，燃料燃盡。

通過燃料的成分分析得出木屑的揮發份較煤粉高出3-4倍，而木屑的熱分析也顯示揮發分的析出是木屑主要的燃燒放熱過程，這就決定了燃煤鏈條爐改燒木屑燃料時，首先要考慮生物質的揮發份偏高特性，燃料入爐后著火快，迅速燃燒釋放熱量，致使爐膛前部受熱較多，因此改燒生物質燃料時，需要先將木屑壓縮成型，提高木屑燃料的密度，再適當調整鏈條爐速度，加快鏈條轉速，使成型燃料燃燒產生的熱量均勻地在爐內分布。

3 經濟性對比

該廠并未對鍋爐設備進行較大改動，主要是增設兩臺木屑壓縮成型設備，將生產過程的木屑壓縮成型，供給鍋爐燃燒。當生產木屑量滿足燃料需求時，鍋爐改燒成型木屑，通過燃燒過程中的調整滿足燃燒條件，實驗證明鍋爐效率與燃煤時基本相同，如表2所示。

該廠年需要蒸汽量為87600t，改造前年消耗燃煤量為8400t，年產木屑8760t，現將木屑全部利用，可減少燃煤量7963t。按照目前市場煤價700元/噸，節約燃料費557.41萬元，其中去除木屑成型壓縮機初期投資約100萬元，運行所需電費、人工、機械折舊約100萬元/年，不僅當年收回投資成本，而且能夠產生經濟效益300多萬元。

表2 燃煤與燃燒成型木屑的鍋爐效率

4 污染物減排

應用木屑燃燒替代燃煤不僅具有較大的經濟效益，還能夠減少污染物的排放。木屑的含硫量為0.14%，煤的含硫量為1.03%，采用壓縮成型木屑燃燒可年減少SO2排放156t，同時木屑屬于零碳排放燃料，所以每年可減少CO2排放16695t。

5 結論

充分利用工業生產生物質型廢料，壓縮成型后替代煤等化石燃料，既可保障燃料來源，節約能源，又能減少污染物排放，具有很好的推廣應用前景。

[1]宋永利，楊麗華.工業鍋爐生物質燃燒技術[J]. 節能技術，2003，21(3)：

[2]劉洪龍，商桂新，牛國蕾 工業鍋爐生物質與燃煤混燃技術.煤氣與熱力，2008，28（6）：1-3.