生物質流化床鍋爐在煙草廢棄物處理中的改進應用

李吉平　張暉　王兆鐵　許志龍　符再德

摘要 為解決循環流化床鍋爐作業過程中存在煙梗需要干燥、破碎，運行時間短，爐內密相區結焦，回料閥堵灰嚴重，尾部受熱面積灰嚴重等問題，提出了爐膛下部差速床布置、床下油點火系統以及爆炸吹灰系統等改進設計，并設計了一條10 t/h燃煙梗低倍率循環流化床鍋爐。通過運行及環保測試，各項技術達到了要求，各項環保指標達到GB 13271—2014新建鍋爐排放標準，而且每年可減排二氧化碳20 840.00 t，減少二氧化硫排放137.56 t，減少氮氧化物130.06 t，節能減排效果明顯。

關鍵詞 煙梗；生物質流化床鍋爐；爆炸吹灰系統

中圖分類號 S509.2 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）01-0203-02

Improvement and Application of Biomass Fluidizedbed Combustion Boiler in Tobacco Waste Processing

LI Jiping， ZHANG Hui， WANG Zhaotie， FU Zaide* et al

（Xiangxi Hesheng Tobacco Development Co. Ltd.， Jishou， Hunan 416000）

Abstract In the circulating fluidizedbed boiler processing， the presence of drying and crushing of tobacco stem， running time is short， coking in the dense phase of furnace， return valve clinkering blockage， ash is serious in the rear heated area. The research proposed an improving design that arranged the differential bed under the furnace， oil ignition system under the bed， explosion blowing ash system. We also designed a circulating fluidizedbed boiler which tobacco stems burning is 10 t/h at a low magnification. After a longtime running and environment protection test， the boiler reached the technical requirements；various environmental indicators have reached the GB 13271—2014 emission standards for new boiler. Each year the plant could reduce 20 840.00 t carbon dioxide， 137.56 t sulphur dioxide emissions， 130.06 t nitrogen oxides emissions. The energy conservation and emission reduction is obvious.

Key words Tobacco stem；Biomass fluidizedbed combustionboiler；Explosion blowing system

煙梗等廢棄物是煙草工業的副產品，不及時有效地處理，將造成企業庫存積壓，庫容緊張，若保管或處理不當，易造成煙草專賣監管中的漏洞、環境污染和重大的安全隱患。煙梗等廢棄物做為一種生物質能源，其低位發熱值高達9.96×106 J/kg[1]，為確保煙梗等廢棄物的綜合利用，打葉復烤企業采用鍋爐焚燒提供蒸汽作為企業干燥煙葉的熱源。目前燃燒煙梗的鍋爐主要為循環流化床鍋爐，其在作業過程中存在煙梗需要干燥、破碎，運行時間短，爐內密相區結焦，回料閥堵灰嚴重，尾部受熱面積灰嚴重等問題[2-5]。筆者針對上述循環流化床鍋爐存在的問題，提出了爐膛下部差速床布置、床下油點火系統以及爆炸吹灰系統等改進設計，并設計了一條10 t/h燃煙梗低倍率循環流化床鍋爐，通過運行應用，可達到煙梗等廢棄物的綜合利用。

1 系統組成

1.1 系統結構

生物質流化床鍋爐系統包括鍋爐本體、燃料給入系統、煙風系統、水處理及給水系統、煙氣凈化系統、吹灰系統、排灰排渣系統和自動控制系統等，如圖1所示。設計原則如下：①為了控制NOx排放，采用分級燃燒，一次風 ∶二次風=50 ∶50。②為了降低爐膛溫度，在爐膛下部密相區布置受熱面，使得床溫控制在850～900 ℃，不易導致爐內結焦。③爐膛采用大水冷度，控制爐膛出口溫度在650 ℃以內，有利于減輕尾部受熱面積灰和腐蝕。④爐膛出口布置旋風燃盡室，一方面有利于燃燒充分，另一方面進一步降低煙氣溫度。燃盡室分離下的灰，采用一次風強制吹入爐內燃燒，避免采用回料閥，因灰黏性大導致堵塞。⑤對流排管、省煤器及空氣預熱器采用脈沖吹灰，在合理的吹灰頻率下，保證鍋爐長期滿負荷穩定運行。⑥采用床上木炭點火，點火方便、容易操作，費用低。

1.2 生物質鍋爐主要技術參數

額定蒸發量10 t/h，額定蒸汽壓力1.25 MPa，額定蒸汽溫度194 ℃，給水溫度60 ℃，排煙溫度<150 ℃，鍋爐設計熱效率>85%。

2 關鍵技術實現

2.1 鍋爐本體

2.1.1 爐墻。

布風板以上濃相區爐內墻采用澆注高強度耐磨可塑材料；水冷壁外側采用敷管爐墻結構，外加外護板；高溫旋風筒、水平煙道及尾部煙道采用輕型爐墻、護板結構。

2.1.2 鍋筒內部裝置。

鍋筒由水下孔板、頂部百葉窗、加藥管、排污管、再循環管等組成。鍋筒上還設置有高、低讀水位表、壓力表、安全閥、放氣閥和自用蒸汽閥等附件。

2.1.3 爐膛。下部采用差速床布置，即高速床與低速床組合布置形式。

給料落入高速區，埋管布置在低速區（降低磨損），高速床與低速床形成物料循環，高速區燃料燃燒產生的熱量被低速床的埋管吸收，用于控制爐膛下部溫度。

2.2 爐前燃料給入系統

煙梗/石灰石給料裝置由皮帶輸送機、爐前料倉、撥料器組成。給料設置連續調速裝置，根據鍋爐負荷的大小，調整給料量。

給煤裝置利用現有鍋爐房的進煤系統，配置一臺破碎機。

2.3 吹灰系統

煙梗的灰分中堿金屬含量高，灰黏度比較大，容易在鍋爐尾部積灰。一般的吹灰方式的使用效果不夠理想，該鍋爐采用脈沖在線吹灰系統。其吹灰機原理是通過沖擊動能、聲能和熱能作用來清除鍋爐受熱面的表面積灰，達到提高鍋爐效率，恢復鍋爐出力的目的。脈沖吹灰系統的主要特點是：沖擊波將能量聚積于極短時間和空間內，在氣體介質中形成瞬間能量間斷面，使氣流的壓力和速度產生突變，聲壓可達到160 dB以上，壓力通常10～15 kg/cm2，速度可達300～350 m/s。雖然作用時間較短（毫秒級），使用燃氣很少，但沖擊波仍能對各部位的積灰產生顯著作用，使之脫離受熱面。

3 應用效果

3.1 負壓給料效果

鍋爐給料點為負壓區，徹底解決正壓給料帶來的隱患，爐膛出口負壓在-200 Pa以內，節省引風機電耗，且不結焦、不積灰。

爐膛下部采用差速床布置，即高速床與低速床組合布置形式。給料落入高速區，埋管布置在低速區（降低磨損），高速床與低速床形成物料循環，高速區燃料燃燒產生的熱量被低速床的埋管吸收，用于控制爐膛下部溫度，徹底解決床料結焦問題。

尾部受熱面采用爆炸（脈沖）吹灰系統，產生強大沖擊波，將尾部受熱面的積灰清除下來，鍋爐可連續運行15 d以上不需要清灰，滿足一個生產周期（1次/10 d）不停爐的需要。

3.2 生物質鍋爐運行工況的能效測試

鍋爐運行正常后，邀請中國特種設備檢測研究院、國家鍋爐壓力容器質量監督檢驗中心對鍋爐運行工況進行能效測試，測得結果如表1所示。由表1可知，鍋爐蒸發量平均值為10 072.39 kg/h，熱效率為85.25%，達到了設計要求。

3.3 生物質鍋爐運行工況的環保測試

該鍋爐采取直燃技術及嚴格的環保工藝，所有的排放指標優于國家標準，不會對環境造成污染。2012與2014年檢測結果如表2所示。由表2可知，煙塵的排放小于50 mg/m3，SO2的排放量減少，由原來的392.00 mg/m3減少到271.00 mg/m3，均達到新頒布的國家GB13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標準》的要求。

3.4 資源綜合利用分析

生物質鍋爐自試運行至今總共產生蒸汽20 141 t，平均每天產汽約153 t（51.12 t/班×3個班），能滿足生產加工蒸汽需求。2014年11、12月份1 t煙耗煤與2012年1 t煙耗煤指標比對如表3所示。由表3可知，2014年11、12月份1 t煙耗煤為0.027 0 t，比2012年的1 t煙耗煤0.197 5 t節約了86.33%。

4 結語

該研究設計的額定蒸發量10 t/h燃煙梗低倍率循環流化床鍋爐達到了設計出力和鍋爐熱效率，各項環保指標達到GB13271—2014新建鍋爐排放標準，而且每年可減少二氧化碳排放20 840.00 t，減少二氧化硫排放137.56 t，減少氮氧化物130.06 t，節能減排效果明顯。煙梗燃燒后產生的飛灰經布袋除塵收集后進行綜合利用，可實現副產物的減量化、無害化、資源化，為企業可持續發展帶來推動力，營造更好的外部環境，經濟效益和社會效益顯著，可推廣應用。

參考文獻

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