關于燃煤工業鍋爐改燒谷殼的探討

周慧強

江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院九江分院，江西 九江，332000

關于燃煤工業鍋爐改燒谷殼的探討

周慧強

江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院九江分院，江西 九江，332000

作為一種常見且廉價的燃料，谷殼被廣泛應用于工業鍋爐中。通過對改燒谷殼的鍋爐進行能效測試，指出改燒谷殼是節能、可行的，并對運行中普遍出現的問題提出相應的整改措施。

工業鍋爐 谷殼 能效測試 節能

前言

中國是世界上最大的水稻種植國家，根據國家統計局數據，2014年，我國水稻總產量達到2.06億t，谷殼是稻米加工過程中最大的副產品，按重量來計約占稻谷的20%，依此計算，將產生4120萬t谷殼。谷殼表面堅硬，不易被自然分解且堆積密度小，廢棄將破壞環境，因此谷殼的開發利用具有非常重大的意義。在谷殼的利用中，用作燃料是最常見的一種做法。谷殼可燃物含量達到70%以上，低位發熱量為12.5-14.6Mj/kg，約為標煤的一半[1]。且谷殼中幾乎不含硫，燃燒溫度較煤來講偏低，相應產生的SO2及NOX很少，且谷殼燃燒后產生的灰渣中含有較高的鉀素營養，在花卉種植中可作肥料使用。因此，谷殼是一種既經濟又環保的燃料。

1 谷殼的成分分析與燃燒特性

研究人員對本地的谷殼進行抽樣化驗分析，分析結果如下：低位發熱量Qnet，v，ar=14210kj/kg；干燥無灰基揮發分Vdaf=72.10%；收到基灰分Aar=14.29%；收到基水分Mar=8.0%；收到基氫含量Har=4.59%；收到基硫含量Sar=0.02%。

谷殼的燃點在300℃左右，揮發分含量高，揮發分析出和著火迅速，燃燒主要集中在揮發分的氣相燃燒，揮發分析出后，剩下多孔疏松的固定碳也較容易燃燒完全。谷殼燃燒后剩下的灰主要成分是SiO2，含量高達87～97%，研究表明，當灰粒中SiO2含量增加時，對受熱面的磨損也將加重[2]。

2 谷殼在鍋爐中的燃燒方式

目前在用工業鍋爐中，絕大部分鍋爐設計燃料都是煤，這部分燃煤鍋爐熱效率低下。近年來隨著燃料價格的飆升，很多燃煤鍋爐用戶通過改燒谷殼來降低生產成本。在改燒谷殼的鍋爐中以型號為SZL（雙鍋筒縱置式鏈條爐）、DZL（單鍋筒縱置式鏈條爐）的居多。在這些燃用谷殼的鍋爐中，最普遍的有兩種燃燒方式①層燃；②噴燃。這兩種燃燒方式對鍋爐改動很少，投入成本很小，因此被廣泛使用。

2.1 層燃

采用這種燃燒方式的鍋爐與改造前燃燒方式一致，鍋爐承壓受熱面不需做任何改動，輔機需增加一條送料傳送帶，燃料通過傳送帶送至爐前料倉。為了保證鍋爐燃燒系統靈活可調，也可以給鍋爐爐排，鼓、引風機電動機加裝變頻器。谷殼燃點較低，揮發分多，固定碳較少，因此，谷殼在爐膛的燃燒大部分發生在爐排前段，火床也較短，為了防止因著火點太靠前而燒壞煤閘板，可以采用水冷煤閘板。在運行中，通過調節煤閘板高度來控制谷殼層厚度，調節爐排電動機頻率來控制爐排速率，調節鼓、引風機電機頻率控制風量，從而實現鍋爐增減負荷。某造紙廠有一臺型號為SZL10-1.25-AⅡ的鍋爐，鍋爐設計熱效率為78%，改造前使用燃料為AⅡ，與設計燃料一致，現場取樣化驗分析數據如下：低位發熱量Qnet，v，ar=18473kj/kg；干燥無灰基揮發分Vdaf=33.37%；收到基灰分Aar=25.56%；收到基水分Mar=10.78%；收到基氫含量Har=3.35%；收到基硫含量Sar=4.38%。

對其進行能效測試，在測試期間，鍋爐運行平穩，滿足測試要求，蒸發量D=8.5t/h，壓力P=0.80Mpa，測試結果如表1。

表1 造紙廠燃煤鍋爐能效測試結果

在改燒谷殼后，再對其進行能效測試，測試方法與之前一致，D=8.1t/h ，P=0.80Mpa，測試結果如表2。

表2 造紙廠燃谷殼鍋爐能效測試結果

可以看出，同一臺鍋爐，在負荷基本不變的情況下，改燒谷殼后，配風更加合理，爐渣、飛灰含碳量也有了大幅的下降，燃料得到充分的燃燒，產生的熱量也得到了很好的利用，鍋爐熱效率有了很大的提高。

2.2 噴燃

與第一種燃燒方式一樣，采用此燃燒方式的鍋爐也無需改動任何承壓受熱面，只需在爐前加裝一套簡易燃料輸送噴燃系統，這套系統由一個高壓離心風機，一個儲料倉，一根給料鋼管和噴嘴組成，給料管連接離心風機與爐膛，噴嘴裝在給料管出口。儲存在儲料倉中的谷殼在重力及高壓風抽吸的雙重作用下進入給料管，被離心風機吹出的高壓風由噴嘴噴入爐膛，噴嘴一般裝在爐前，燃料噴入方向與爐排走向一致。燃料被噴入爐膛，被高溫火焰引燃，在空中燃燒一段時間后，掉落到爐排上繼續燃燒。在谷殼由吹入爐膛直至燃盡的過程中包括懸浮燃燒和層燃。在運行中，一般只開引風機及給料離心風機，鼓風機不開，但鼓風機風門保持適量開度，爐排只在排渣時啟動，鍋爐負荷則通過給料風機的開度或者速度來調節。在這種燃燒方式中，燃料有兩種，一種是谷殼，另一種是粉碎后的谷糠。為了對比鍋爐改變燃料后的效果，研究人員對某藥廠的一臺型號為DZL4-1.25- AⅡ的鍋爐進行了能效測試。鍋爐設計熱效率為76%，改造前，鍋爐使用燃料為AⅡ，與設計燃料一致，現場取樣化驗結果如下：低位發熱量Qnet，v，ar=19421kj/ kg；干燥無灰基揮發分Vdaf=28.97%；收到基灰分Aar=23.73%；收到基水分Mar=11.70%；收到基氫含量Har=3.79%；收到基硫含量Sar=4.11%。

測試期間，鍋爐運行平穩，符合測試要求，D=2.96t/h，P=0.60Mpa，測試結果如表3。

表3 藥廠燃煤鍋爐能效測試結果

改造后，對噴燃谷殼的鍋爐進行能效測試，測試期間，D=2.65t/h，P=0.60Mpa，測試結果如表4。

表4 藥廠燃谷殼鍋爐能效測試結果

對噴燃谷糠的鍋爐進行能效測試，測試期間，D=2.72t/h，P=0.60Mpa，測試結果如表5。

表5 藥廠燃谷糠鍋爐能效測試結果

可以看出，在同一臺鍋爐上，在負荷基本一致的情況下，當采用噴燃谷殼（糠）時，鍋爐熱效率有了顯著的提高，燃料與空氣混合更均勻，排煙過量空氣系數及爐渣含碳量大幅下降，但由于燃料噴入速度較快，爐膛空間較小，火焰中心靠后，燃料無足夠的燃盡時間，導致排煙溫度及飛灰可燃物含量有所增加。

3 問題及對策

燃煤工業鍋爐輔機稍作改動，改燒谷殼后，鍋爐熱效率有了普遍的提升，取得了不錯的經濟效益。但在運行過程中，仍存在一個常見的問題，磨損。由于谷殼發熱量相對較小，在相同鍋爐負荷下，谷殼的消耗量要比煤大，產生的煙氣量更多，煙氣流速也更快，加上谷殼密度小、重量輕，很容易被風吹起，因此燃用谷殼的鍋爐煙氣含塵量遠比燃煤鍋爐大的多。高流速、高含塵量的煙氣和高磨礪性的飛灰共同作用，鍋爐受熱面很容易被磨損，尤以SZL型爐膛出口處對流管迎風面，DZL型鍋爐前、后管板煙管管端及進口段內表面等部位最為嚴重。

對此可以采取以下措施①優先采用層燃方式。研究表明，燃燒方式對飛灰含量影響巨大，對于同一種燃料，當使用層燃方式時，飛灰含灰量占總灰量的10～20%，當采用流化床懸浮燃燒時，飛灰含灰量占總灰量的40～50%，當采用室燃時，飛灰含灰量占總灰量的80～90%[3]。且在采用層燃方式燃燒谷殼時，谷殼具有充裕的燃盡時間，爐渣及飛灰可燃物含量都很小；②在上述容易磨損的部位加裝防磨裝置。在爐膛出口對流管迎風面加裝防磨片，在煙管管段加裝防磨套管，并定期檢查及維護。

4 結束語

在用燃煤鍋爐改燒谷殼后，鍋爐熱效率提高是非常明顯的。在兩種改造方式中，應優先采用層燃，當改燒谷糠時，可采用噴燃。在改燒谷殼后，應采取相應的措施，揚長避短，減少谷殼對鍋爐受熱面的磨損，保證鍋爐的使用安全、節能、環保。

[1] 周肇秋，馬隆龍，李海濱等.中國稻殼資源狀況及其氣化/燃燒發電前景[J].可再生能源，2004( 6): 7- 9.

[2] 樊泉桂，閻維平.鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社.2004.

[3] TSG G0003-2010，工業鍋爐能效測試與評價規則[S].

Discussion on coal-fired industrial boilers burning chaff

ZHOU Hui-qiang Jiujiang branch ,Jiangxi Boiler and Pressure Vessel Inspection and Testing Institute，Jiujiang 332000，Jiangxi，China

As a common and cheap fuel，chaff is widely used in industrial boilers。By testing the boilers energy efficiency which burning chaff, this paper points out it is energy-saving and feasible that the boilers burning chaff, and proposes the corresponding improvement measures to the common problems in operation.

周慧強（1988—），男，江西樟樹市，助理工程師，大學本科，2010年畢業于南京工業大學，熱能與動力工程專業，主要從事特種設備安全檢驗、管理及節能研究工作。