生物質(zhì)直燃鍋爐防止過熱器結(jié)渣的結(jié)構設計

賀輝寶

（太原鍋爐集團有限公司技術中心，山西 太原 030021）

0 引 言

生物質(zhì)能源是一種源于太陽、儲存于生物的清潔可再生能源，包括樹木、農(nóng)作物及有機肥料等。由于在生長和燃燒中不增加二氧化碳的排放量，用其作為燃料發(fā)電還可以替代部分化石燃料，從而減少了溫室氣體的排放。我國生物質(zhì)能資源非常豐富，農(nóng)作物秸稈資源年產(chǎn)量超過7億t，可供直燃發(fā)電的秸稈資源量每年至少達2億t，折合標準煤1億t。國家“十二五”規(guī)劃綱要提出，到2015年生物質(zhì)發(fā)電裝機達到1 300萬kW，《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》確定了2020年生物質(zhì)發(fā)電裝機3 000萬kW的發(fā)展目標。

由于生物質(zhì)燃料的特殊性，目前投入運行的生物質(zhì)能直燃鍋爐大多均出現(xiàn)了高溫過熱器運行不到一個月后，結(jié)渣并堵塞煙道，導致被迫停爐，嚴重影響電廠的正常運行[1]。過熱器結(jié)渣已成為生物質(zhì)直燃鍋爐迫切需要解決的首要問題。

1 過熱器結(jié)渣的原因分析

1.1 生物質(zhì)燃料的特性造成

生物質(zhì)燃料堿金屬含量高，灰中富含鉀和鈉，它們的化合物與SiO2反應，生成低熔點的共晶體，熔化的晶體沿灰的縫隙流動，將灰粒粘結(jié)，形成結(jié)塊，煙氣中夾帶的熔化或半熔化的灰粒（堿金屬硅酸鹽）接觸到高溫過熱器并凝結(jié)下來，不斷生長積聚，同時生物質(zhì)中易揮發(fā)物質(zhì)（主要是堿金屬鹽）在高溫下?lián)]發(fā)進入氣相后，流經(jīng)高溫過熱器時，由于管壁溫度高，通過氣固相間的復雜的物理化學過程，發(fā)生凝結(jié)、黏附、沉降[2]。

1.2 過熱器結(jié)構設計不適應生物質(zhì)燃料

鍋爐在設計時，沒有充分考慮到生物質(zhì)燃料的特性，仍然采用了傳統(tǒng)的燃煤鍋爐結(jié)構，不適應生物質(zhì)燃料。

過熱器布置于爐膛出口水平煙道，導致該部位的的松散灰渣無法排出，堆積造成煙道堵塞；過熱器采用錯列布置，并且管子節(jié)距小，加劇了結(jié)渣問題。

1.3 燃燒室配風不合理性

由于生物質(zhì)揮發(fā)份含量高，比重輕，爐膛上部燃燒份額大,在燃燒組織不佳的情況下，在高溫過熱器部位發(fā)生后燃現(xiàn)象，加劇結(jié)渣問題。

2 防止過熱器結(jié)渣的結(jié)構設計

2.1 重新布置高溫過熱器位置

重新布置高溫過熱器位置，使其適應于生物質(zhì)燃料。如圖1所示，最易發(fā)生結(jié)渣的高溫過熱器采用屏式結(jié)構，置于爐膛前上部，避免其布置于水平煙道的堆灰現(xiàn)象，同時由于爐膛內(nèi)煙氣對高溫過熱器的縱向沖刷，管壁上不會發(fā)生結(jié)渣。

2.2 采用新型的蒸發(fā)管束

從圖1看出，尾部煙道上方布置蒸發(fā)管束，由于管壁溫度低，管子間距大，蒸發(fā)管束上不易發(fā)生結(jié)渣，煙氣被蒸發(fā)管束冷卻，溫度降低后再進入低溫過熱器，避免灰渣在壁溫較高的低溫過熱器上粘結(jié)。

圖1 新型過熱器及蒸發(fā)管束結(jié)構

2.3 改進二次風及送料風結(jié)構

二次風設計比例55%，采用單層布置，設計風速80 m/s，下傾進入燃燒室，煙氣擾動強烈，二次風穿透能力強，氧氣與可燃成分混合充分，燃燒完全，避免由于生物質(zhì)后燃造成對流受熱面結(jié)渣[3]。

2.4 低溫過熱器采用新結(jié)構

不同燃料管排放積灰結(jié)果通常有2種，如圖2所示2（a）、2（b）。此低溫過熱器采用順列布置結(jié)構，管間距是常規(guī)燃煤鍋爐的3倍以上，煙氣流通順暢，避免掛渣及搭橋現(xiàn)象產(chǎn)生[4]。

圖2 不同燃料管排防積灰推薦結(jié)構

3 結(jié)束語

采用新型結(jié)構的鍋爐在內(nèi)蒙某生物質(zhì)直燃電廠運行半年來，未出現(xiàn)過熱器結(jié)扎渣現(xiàn)象，說明新結(jié)構解決過熱器結(jié)渣問題效果良好，值得推廣。

[1] 馮俊凱,岳光溪,呂俊復.循環(huán)流化床燃燒鍋爐[M].北京:中國電力出版社，2003.

[2] 丁巖峰.循環(huán)流化床鍋爐變工況運行特性研究[D].北京：華北電力大學碩士學位論文，2004：31-33.

[3] 劉愛成.循環(huán)流化床鍋爐排煙溫度變化規(guī)律研究[D].北京：清華大學碩士學位論文，2009：25-26.

[4] 四川省電力工業(yè)局.循環(huán)流化床燃燒技術[M].北京:中國電力出版社，1998.