一種燃燒煙梗的低速流化床鍋爐介紹

介曉中 任龍飛 牛講偉

摘 要：煙梗即煙葉的粗硬葉脈，約占葉重25%～30%。煙梗是煙草工業的副產物，也是寶貴的自然資源，但作為煙葉生產大國，我國每年約有數十萬噸煙梗廢棄物被棄置浪費，不僅造成環境污染，同時也是對自然資源的浪費。直接燃燒是對生物質資源的最方便有效的利用，流化床是燃燒生物廢料的最佳選擇，在流化床中，床料具有很高的熱容，給生物質燃料提供充分的預熱及干燥熱源，較低的床溫符合煙梗灰低熔點的特性。下面就特殊的循環流化床技術進行簡要分析與總結，僅供參考。

關鍵詞：煙梗；低速流化床鍋爐；研究分析

引言

本鍋爐采用特殊的循環流化床技術，以廢棄的煙梗作為燃料，使其變廢為寶，節省了大量化石燃料。本鍋爐針對煙梗的熱值低、含有焦油及煙堿等有害物特點，在循環流化床鍋爐爐膛后部串聯兩級燃盡室，煙氣在爐膛與燃盡室中呈“N”型流動，大大的延長了燃料的燃燒時間，能保證燃料中的揮發分燃燒充分，使得煙堿、焦油等有害物質充分分解燃盡。通過飛灰循環系統，使未燃盡顆粒參與循環燃燒，進一步提高了燃料的燃盡率，提高鍋爐熱效率。

1 低速流化床結構

鍋爐采用單鍋筒橫置式的自然循環水系統，煙梗由爐前螺旋給料機進入爐膛，經過加熱的一次風經布風裝置進入爐膛，兩者混合燃燒，煙氣在爐膛內向上流動至爐膛出口，然后轉180°進入第一燃燼室向下流動，至第一燃燼室出口再轉180°進入第二燃燼室向上流動，至第二燃盡室出口時，在水平方向轉90°進入旋風分離器，進行氣固分離，被分離下來固體顆粒，經U型閥送入爐膛進行循環燃燒。由旋風分離器中心筒出來的較潔凈的煙氣進入尾部煙道，自上而下依次經過蒸發受熱面、省煤器、空氣預熱器后，進入除塵器，最后經引風機由煙囪排出。

在第一、二燃盡室下部設計有積灰室，將慣性分離下來的灰收集起來。鍋爐的通風方式采用鼓風機和引風機的平衡通風方式。只有一次風通過空預器加熱，二次風為冷風。

2 設計參數及依據

鍋爐設計時，確定以下列數據作為設計依據。

2.1 設計參數

（1）額定蒸發量 15t/h。（2）額定蒸汽壓力 1.25Mpa。（3）額定蒸汽溫度 194℃。（4）給水溫度 104℃。（5）冷空氣溫度 20℃。（6）排煙溫度 158℃。（7）鍋爐設計熱效率 85.2%。（8）排污率 5%。（9）排煙處過量空氣系數 1.4。（10）一二次風配比 60：40。（11）安全穩定運行的工況范圍 70%～100%。（12）燃料消耗量 3632 kg/h。

2.2 設計燃料為：煙煤+煙梗

煙梗燃料特性如下：可燃基揮發份 Var=56.3%；低位發熱量 Qnet.v.ar=11300KJ/kg；收到基碳 Car=30%；收到基氫 Har=6.1%；收到基氧 Oar=29.8%；收到基氮 Nar=1.8%；收到基硫 Sar=1%；收到基水份 War=16.8%；收到基灰份 Aar=14.5%。

3 主要部件

3.1 鍋筒及內部裝置

鍋筒直徑φ1200mm，壁厚20mm，材料為Q245R（GB/T713）。鍋爐水位在鍋筒中心線處，水位最大波動值為±50mm。在鍋筒頂部安裝有兩只彈簧安全閥，在鍋筒上還設置有加藥、連續排污、緊急放水裝置，以及啟動、停爐時需要的再循環管座、水位平衡容器及水位計。

3.2 水冷系統

水冷系統由爐膛、燃燼室和對流管束組成。

（1）爐膛的高度×寬度×深度為11860mm×2050 mm×2460mm，爐膛采用光管加鰭片膜式水冷壁結構，水冷壁管子采用φ51×4、材料20（GB3087-2008），管子節距為100mm。膜式水冷壁結構的優點是密封性能好，減少漏風，提高鍋爐效率；可以采用敷管式輕型爐墻，節省筑爐材料。沿爐膛高度方向上布置多層剛性梁，保障整個爐膛的剛性，并能抵抗爐內正壓燃燒引起的水冷壁變形。

布風板標高為5275，在布風板上采用鐘罩式小風帽，風帽座材料采用1Cr18Ni9Ti，頭部材料采用ZG8Cr26Ni4Mn3N，精密澆鑄，錯列布置，使用溫度可達1100℃，具備較長的使用壽命。左、右側墻水冷壁在布風板處向左右形成8°的錐段，形成燃燒室密相區。

由于煙梗的揮發份很高，密度小，因而大量的可燃氣體和細粒子易被夾帶進入稀相區，需要與空氣及時混合。因此在爐膛稀相區下方設置高速噴入的二次風，二次風來自二次風機的冷風，風壓5000-6000Pa，形成強烈氣流，延長氣體和細小顆粒在爐內停留時間，加強可燃氣體和二次風的強烈混合，提高燃燒效率。

在水冷壁下集箱布置定期排污管路，在每個水冷壁下集箱布置二條定期排污管路；每條管路中串聯設置2只截止閥，截止閥均采用DN40。定排管路最終匯合于定期排污母管集箱。

（2）燃燼室布置于爐膛左側，由下行和上行煙道組成，四周為膜式水冷壁。

（3）對流管束布置于尾部煙道豎井中。從鍋筒引出2根φ219×8的大直徑集中下降管與對流管束的下集箱相通，保證對流管的供水，對流管由前后兩排φ60的排管及其每根上面焊接的15排φ32的管子組成，管排與水平方向的傾角為15度，其中的汽水混合物通過管排匯入出口集箱，最后通過導汽管匯入上鍋筒。

3.3 旋風分離器和返料器

燃燼室后部布置了一個旋風分離器，采用了進口水平煙道，使進入的煙氣進行離心分離，將氣固兩相流中的大部分固體粒子分離下來，通過料腿進入返料裝置，繼而送回燃燒室，分離后的較清潔的煙氣經中心筒，流入連接煙道，最后進入尾部對流受熱面。旋風分離器下端裝有返料器，用以回路密封并將分離器分離下來的固體物料，返回燃燒室，繼續參與循環與燃燒。

3.4 鋼架和平臺扶梯

該鍋爐采用框架式鋼制構架，構架按7度地震區設防，全部構件采用焊接連接。適合室內或半露天布置。鍋爐構架按其作用可劃分為三個部分，即頂板系統，柱、梁及支撐系統和平臺扶梯系統。頂板系統由頂板梁、水平支撐等組成，形成一個剛性較大的頂板梁格，用以完成對本體部分各部件的支吊。

柱、梁及支撐系統，承擔由頂板傳下來的載荷，并將其傳到基礎上，并且還要承受風、地震及水冷壁熱膨脹力等水平力的作用，根據鍋爐本體結構特點和受力形式，設有多片垂直框架和水平支撐，它們具有良好的強度、剛性和穩定性平臺扶梯的布置是以方便運行、檢修為原則，主要分布在鍋爐的兩側，采用雙通道環行布置。

整個鋼架共有8根鋼立柱，柱頂為整體式框架，用于吊掛水冷系統、尾部省煤器受熱面支撐于鋼架橫梁上，鍋爐全部重量通過橫梁、鋼柱傳遞到地基上，是典型的前吊后支結構。

3.5 爐墻

爐頂及省煤器穿墻管處采用特殊的密封結構，使鍋爐整體具有良好的密封性能。該爐爐膛部分采用敷管爐墻結構，外表面加外護板，尾部煙磨道下部采用輕型砌筑爐墻，耐火磚采用榫槽結構，外配鋼結構護架，以保證爐墻的密封性。燃燒室下部采用耐火可塑料現場搗打。鍋筒、流化床、下降管、集箱及空氣預熱器、熱風管道均采用不同的材料保溫，以減少鍋爐的散熱損失，也起到安全防護作用。

3.6 省煤器

鍋爐省煤器采用鋼管式，順列布置，以適應燃用生物質燃料灰分大，易結渣。管子規格為Φ32×3，材質為20（GB3087）。為了防止磨損在前兩排裝有防磨罩，保證了鍋爐運行的可靠性。

3.7 空預器

空預器布置在對流豎井內，管束立式錯列布置。管子采用φ50×2，材料為耐腐蝕的10CrNiCuP（考登管）。

4 本鍋爐設計特點及關鍵技術

（1）煙梗屬于生物質燃料，易于燃燒，但與常規的生物質燃料相比，煙梗在燃燒過程中，有大量的焦油析出，需要較高的溫度和較長的燃燒時間才能燃燒充分。另外煙梗的揮發分高，需要及時提供充足的空氣，同時有足夠長的燃燒時間才能燃盡。本鍋爐在爐膛在爐膛后部布置了兩級燃盡室，相當于增加了爐膛高度，延長了焦油及其它揮發分的燃燒時間，同時在爐膛前后墻布置向下傾斜的二次風，加強擾動、及時補充空氣，提高燃燒效率。

本鍋爐使煙梗中的焦油在一次通過爐膛、燃燼室后，能基本燃盡，這樣進入尾部受熱面的煙氣不含焦油，降低飛灰在受熱面上的粘接性。本鍋爐采用飛灰循環燃燒系統，進一步降低飛灰含碳量，提高鍋爐熱效率。

（2）針對煙梗中含Na、K等堿金屬元素較多，燃燒后生成的粘接性強、易在受熱面上粘結的特點，本鍋爐采用以下措施，避免尾部受熱面積灰：a.尾部受熱面全部采用順列結構，省煤器不用鑄鐵式或螺旋鰭片結構，而采用鋼管式。b.設計合適的煙氣流速，避免灰在受熱面上沉積。c.在所有對流受熱面處均布置對生物質灰有效的吹灰器。

（3）本鍋爐爐膛下部澆注耐火耐磨澆注料，使該區域保持較高的溫度，利于煙梗燃燒，燃燼室則采用裸露膜式壁結構，使煙梗有充分的燃燒空間和時間的同時，燃燼室溫度處于相對較低水平，避免生物質燃料燃燒后產生結焦、掛渣現象。

（4）空氣預熱器采用雙回程立式結構，為防止煙梗燃燒后空氣預熱器產生低溫腐蝕，管子材質采用耐腐蝕鋼。

（5）本鍋爐爐膛及燃燼室均采用全膜式壁焊接結構，旋風分離器及尾部煙道均采用輕型護板爐墻結構，密封及保溫效果好，散熱損失小，漏風少，鍋爐排煙熱損失小。

（6）旋風分離器分離下來的灰采用羅茨風機進行回送，返料順暢、可靠。

5 燃料適應性

本鍋爐在設計時，我們對布風系統、密相區受熱面、輔機選型等方面對燃料適應性都有考慮。使燃生物質流化床鍋爐可與煤、生物質混燒，或單獨燒任一種燃料。

當燃用煙梗時，采用爐前螺旋給料機向爐膛加料。同時可通過爐前給煤裝置向爐膛加煤，實現煙梗與煤的混燒。在爐膛的給煤和給料入口處均設置有播煤（料）風。

6 經濟性

本鍋爐燃用煙梗，節約了煤炭資源。取煤炭低位發熱量為5000Kcal/kg，按照工業鍋爐設計計算標準方法，節約煤炭1960公斤每小時，一年大約節約15000噸，按每噸煤300元，節約450萬元。

式中：B-燃料消耗量，kg/h；D-鍋爐蒸發量，kg/h；Db·w-鍋爐排污量，kg/h；Qin-鍋爐輸入熱量，kj/kg；is·s-飽和蒸汽焓，kj/kg；if ·w-給水焓，kj/kg；is ·w-飽和水焓，kj/kg；r-汽化潛熱，kj/kg；M-蒸汽濕度，%。