淺析生物質(zhì)（雞糞）鍋爐設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李春雨

摘 要：黨和國(guó)家高度重視改善生態(tài)環(huán)境，解決能源緊缺，使國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平走上可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)道路，這些問(wèn)題也是當(dāng)前的熱點(diǎn)、焦點(diǎn)和難點(diǎn)，生物質(zhì)發(fā)電正是解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵之一。按科學(xué)發(fā)展觀要求，利用可再生能源——生物質(zhì)能發(fā)電作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)來(lái)發(fā)展，盡快推動(dòng)生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模化、市場(chǎng)化和產(chǎn)業(yè)化是當(dāng)務(wù)之急。

關(guān)鍵詞：雞糞鍋爐；生物質(zhì)發(fā)電；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TK222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、生物質(zhì)發(fā)電的起源和發(fā)展

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類對(duì)能源的需求也越來(lái)越大，開始對(duì)風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源進(jìn)行探索。以生物質(zhì)為例，目前國(guó)內(nèi)單機(jī)容量最大的生物質(zhì)能發(fā)電機(jī)組已經(jīng)達(dá)到30MW，未來(lái)可能更大規(guī)模機(jī)組將會(huì)出現(xiàn)，由于我國(guó)的生物質(zhì)資源分布較廣，種類較多，主要品種有：樹皮、樹枝、秸稈、稻殼、木屑、竹屑等，這些以燃燒農(nóng)林廢棄物為主的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組依托于國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策近幾年在國(guó)內(nèi)得到了快速發(fā)展。

二、燃燒雞糞發(fā)電技術(shù)的探索

隨著人民生活水平的不斷提高，雞肉類消費(fèi)量逐漸攀升，肉雞養(yǎng)殖規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化、大型化的龍頭企業(yè)逐漸取代了傳統(tǒng)小規(guī)模養(yǎng)殖模式，以福建某大型肉雞飼養(yǎng)企業(yè)為例，一羽肉雞從破殼到出欄生長(zhǎng)周期內(nèi)所產(chǎn)生的雞糞廢棄物約1.7kg左右，一個(gè)養(yǎng)殖規(guī)模年產(chǎn)2.5億羽肉雞的大型企業(yè)每年產(chǎn)生的雞糞約42.5萬(wàn)t，國(guó)內(nèi)某大型肉雞養(yǎng)殖企業(yè)早在2000年之后就已經(jīng)開始探索利用雞糞發(fā)電的可行性研究。傳統(tǒng)上，家禽的排泄物僅僅被用作農(nóng)業(yè)肥料，但是過(guò)多的家禽糞便卻往往容易造成問(wèn)題，因?yàn)榧仪菁S便中的磷和硝酸鹽會(huì)造成水源的污染。美國(guó)費(fèi)博羅瓦特公司是一家專門利用可再生能源的公司，它成立于1989年，并在1990年到1998年間在英國(guó)首先建立了三個(gè)利用家禽糞便做燃料的發(fā)電廠。2005年5月，位于宮崎縣川南町的一家生物發(fā)電廠開始運(yùn)轉(zhuǎn)，成為當(dāng)時(shí)日本國(guó)內(nèi)少數(shù)利用雞糞發(fā)電的大型生物發(fā)電廠之一。中國(guó)國(guó)內(nèi)第一個(gè)以雞糞為燃料的生物質(zhì)發(fā)電廠于2007年12月24日在福建光澤縣開始興建，2009年4月投入運(yùn)行。雞糞發(fā)電廠的投產(chǎn)不僅解決了環(huán)境污染而且增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。2013年1月福建浦城又再次建設(shè)了中國(guó)第二家雞糞生物質(zhì)發(fā)電廠，項(xiàng)目2014年6月17日投產(chǎn)，2×15MW機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行后每年可向當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)提供1.73億千瓦時(shí)電量，有利于滿足當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求。

三、雞糞生物質(zhì)鍋爐的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1 循環(huán)流化床雞糞鍋爐的優(yōu)點(diǎn)

雞糞鍋爐沿用了循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，在環(huán)保方面得到了很大的優(yōu)勢(shì)，采用了低溫燃燒和分段送風(fēng)有效的降低了燃燒中產(chǎn)生的NOx和SO2，由于雞糞燃料中成份特殊，燃燒后的煙氣中所含的有害物質(zhì)溫室氣體大大降低，是常規(guī)燃煤流化床機(jī)組20%～30%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，是節(jié)能減排非常好的項(xiàng)目。另外，雞糞鍋爐的燃燒副產(chǎn)物灰渣中含有較高的磷、鉀等有機(jī)物質(zhì)，可作為磷肥或復(fù)合肥的優(yōu)質(zhì)原料。

2 雞糞鍋爐的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

第一代雞糞鍋爐主要解決了有無(wú)，第二代雞糞鍋爐通過(guò)設(shè)計(jì)和改進(jìn)重點(diǎn)解決了第一代雞糞鍋爐運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)一些問(wèn)題，以福建浦城電廠第二代雞糞鍋爐為例主要體現(xiàn)在以下方面：①對(duì)燃料制備系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)；通過(guò)增加燃料篩分和破碎設(shè)備在燃料入廠后進(jìn)行了有效篩分和破碎，使燃料粒徑和濃度梯度更符合鍋爐設(shè)計(jì)要求，解決了后續(xù)鍋爐給料設(shè)備經(jīng)常被大塊異物卡死導(dǎo)致給料設(shè)備損壞、大塊爐渣堵塞放渣口造成放渣困難，鍋爐流化異常造成結(jié)焦。②對(duì)鍋爐受熱面進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)；在第一代雞糞鍋爐的基礎(chǔ)上增加了蒸發(fā)受熱面的布置，加高了爐膛高度，使?fàn)t內(nèi)燃燒工況更加穩(wěn)定，有效減少了后燃，大大改進(jìn)了換熱面積。有效的提高了鍋爐的出力。③對(duì)返料系統(tǒng)旋風(fēng)分離器進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和選型；由原來(lái)的絕熱旋風(fēng)分離器改為汽冷旋風(fēng)分離器，在保證分離效率的前提下使進(jìn)入旋風(fēng)分離器的這部分熱煙氣充分和受熱面進(jìn)行換熱，減少了返料器和爐膛內(nèi)物料超溫導(dǎo)致的結(jié)焦。④正確選用尾部煙道吹灰設(shè)備；通過(guò)選擇高效穩(wěn)定的脈沖吹灰系統(tǒng)，對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行增加吹灰器數(shù)量，有效的改善了鍋爐尾部積灰，大大延長(zhǎng)了鍋爐運(yùn)行周期。⑤對(duì)省煤器進(jìn)行了改造，增加了省煤器蒸發(fā)受熱面積有效降低了排煙溫度。⑥對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行了改造，材質(zhì)由原來(lái)的20G鋼材更換為304鋼材，更換管子改造后，空氣預(yù)熱器部位的煙氣腐蝕大大降低，減少了漏風(fēng)，提高了鍋爐熱風(fēng)溫度和機(jī)組效率。

結(jié)語(yǔ)

雞糞鍋爐在生物質(zhì)發(fā)電廠建設(shè)過(guò)程中經(jīng)歷了從無(wú)到有，從設(shè)計(jì)不成熟到設(shè)計(jì)逐步成熟，離不開使用單位和設(shè)計(jì)單位各級(jí)技術(shù)人員的長(zhǎng)期溝通和交流，又因?yàn)殡u糞燃料特殊的燃料性質(zhì)，和特殊的煙氣成分使得尾部煙道內(nèi)各受熱面的積灰因素變得較為復(fù)雜，因而制約生物質(zhì)（雞糞）鍋爐的幾個(gè)問(wèn)題：如出力不足、煙道積灰、運(yùn)行周期等問(wèn)題仍然需要在不斷探索中完善。

五、個(gè)人關(guān)于生物質(zhì)（雞糞）鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)的兩點(diǎn)建議

1 出力不足的應(yīng)對(duì)措施

增加爐膛水冷壁蒸發(fā)受熱面；生物質(zhì)燃料灰的熔融特性，使得爐內(nèi)的燃燒溫度一般控制都比較低，比常規(guī)燃煤鍋爐的爐內(nèi)燃燒溫度要低100℃～150℃，因此，如果相同蒸發(fā)量的生物質(zhì)鍋爐和燃煤鍋爐受熱面設(shè)計(jì)一樣大，由于燃燒溫度的不同換熱強(qiáng)度也不同，最后必然導(dǎo)致出力不足。根據(jù)已經(jīng)投產(chǎn)的生物質(zhì)鍋爐改造前的狀態(tài)和改造后的狀態(tài)對(duì)比，打掉爐膛內(nèi)局部的澆注料后增加了爐膛受熱面積效果很明顯，因此，生物質(zhì)鍋爐的爐膛蒸發(fā)受熱面積受燃料水分影響因素要比常規(guī)燃煤循環(huán)流化床鍋爐多布置一些才能達(dá)到設(shè)計(jì)出力。

2 煙道積灰和運(yùn)行周期短的應(yīng)對(duì)措施

認(rèn)真化驗(yàn)煙氣中的成分的結(jié)晶溫度是正確應(yīng)對(duì)積灰和運(yùn)行周期短的有效措施，重點(diǎn)部位增加吹灰器數(shù)量及吹灰頻次。爐膛出口煙道到鍋爐尾部空氣預(yù)熱器煙道其積灰的機(jī)理通過(guò)觀察分析來(lái)看，主要是受煙氣中堿性結(jié)晶體的影響，在換熱溫差較大的過(guò)熱器和空氣預(yù)熱器部位表現(xiàn)尤為明顯，一方面煙道兩側(cè)煙氣流速相對(duì)較低，另一方面兩側(cè)的溫度相對(duì)較低，容易導(dǎo)致積灰形成。要徹底解決雞糞鍋爐尾部積灰，筆者認(rèn)為從中找出該類物質(zhì)在哪些溫度段容易結(jié)晶和凝結(jié)，只有在掌握了該類物質(zhì)的化學(xué)特性才能在設(shè)計(jì)和新工藝、新材料上進(jìn)一步完善提高雞糞鍋爐的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]遼寧省電力工業(yè)局.鍋爐運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，1994.