高溫、高壓燃混合生物質(zhì)鍋爐技術(shù)研究

胡濤

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0282-01

1 生物質(zhì)鍋爐技術(shù)概括

生物質(zhì)能屬于可再生能源的一種，該能源支持電能轉(zhuǎn)換，應(yīng)用范圍較廣，應(yīng)用期間達到二氧化碳零排放的基本要求。它不同于其他化石燃料，生物質(zhì)燃料具有低氮、快速變化等特點。生物質(zhì)鍋爐種類多樣，常見鍋爐類型主要有懸浮燃燒鍋爐、堆狀燃燒鍋爐、流化床燃燒鍋爐、給料機式燃燒鍋爐。由于我國生物質(zhì)燃料應(yīng)用時間較短，再加上，生物質(zhì)鍋爐研究技術(shù)水平較低，進而實際使用期間存在一定問題，下文針對已有問題全面總結(jié)，具體探究如下。

2 生物質(zhì)燃料的主要特點及流化燃燒所遇到的問題

流化燃燒所遇到的問題：

流化燃燒常見問題主要有三種，分別是聚團、積灰結(jié)渣、腐蝕。下文針對已有問題具體闡述，以便為生物質(zhì)燃料高效應(yīng)用提供依據(jù)。

聚團：所謂聚團，針對循環(huán)流化床中床料顆粒來講，具體指的是，生物質(zhì)溫度不斷升高的同時，隨即產(chǎn)生粘性物質(zhì)，這類物質(zhì)粘黏顆粒物后出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，這在一定程度上會降低流化質(zhì)量，制約流化進程，最終電廠停止運行。基于此，相關(guān)研究人員對聚團原因以及處理對策集中關(guān)注，并深入探究，這為聚團研究工作奠定了良好基礎(chǔ)。

積灰結(jié)渣：這一問題具有分析必要性和處理迫切性，該問題產(chǎn)生于生物質(zhì)燃燒階段。積灰結(jié)渣是物理化學作用的結(jié)果，該問題產(chǎn)生過程較復雜，并且自身特點顯著。其中，積灰指的是灰塵大量積累于受熱面，并常見于流受熱面；結(jié)渣指的是灰粒集聚于受熱面，常見于爐內(nèi)輻射受熱面。之所以會產(chǎn)生積灰結(jié)渣這一問題，主要原因即鍋爐設(shè)計缺乏合理性，并且鍋爐運行條件控制不當。

腐蝕：氣態(tài)HCI，C1是腐蝕問題產(chǎn)生的主要原因，因為HCI，C1在反應(yīng)的作用下極易產(chǎn)生金屬氯化物。一般來講，氯腐蝕與堿金屬密切相關(guān)，二者互相影響、互相作用，尤其是接觸反應(yīng)的持續(xù)進行，在一定程度上加快了腐蝕速度。

3 高低差速床技術(shù)原理及特點

高低差速流化床必要性分析：

之所以研發(fā)高低差速流化床，主要是為了提高燃燒效率，盡可能提高生物質(zhì)燃料利用率，避免燃料浪費，簡言之，兼顧經(jīng)濟效益以及可靠性，成功研制出低磨損、良性循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備。

高低差速流化床，英文簡稱為IFBC。由于高倍率循環(huán)流化床鍋爐試用期間應(yīng)嚴格控制循環(huán)倍率，以及燃料粒徑位置，然而這會大大增加運行成本，并且設(shè)備磨損程度也會相應(yīng)加大，只有達到要求的運行條件，才能實現(xiàn)高效率燃燒、設(shè)備穩(wěn)定運行這一目的。此外，低倍率循環(huán)流化床鍋爐運行期間，極易受循環(huán)倍率因素影響，只有合理布設(shè)埋管，高效控制CFB鍋爐，才能達到蒸發(fā)量需要，確保鍋爐穩(wěn)定、可靠運行。從中能夠看出，無論是高倍率循環(huán)流化床鍋爐，還是低倍率循環(huán)流化床鍋爐，實際使用期間都應(yīng)滿足基本條件，存在明顯的優(yōu)點以及不足。基于此，這為高低差速流化床研制與應(yīng)用提供了機會。下文具體分析其原理以及特點，探究如下。

3.1 基本原理

主床和副床的流化風速存在差異，借助二者流化風速差形成內(nèi)循環(huán)流，進而能夠高效混合物料，同時，還能延長物料供給時間，促使脫硫劑長時間停留。此外，還能利用主床與副床的速度差形成的循環(huán)流來調(diào)節(jié)與平衡爐床溫度。

3.2 主要特點

高低差速流化床運行期間，促使物料自動分離，物料分離的過程中，以粒徑大小為分離原則，其中，粗粒徑顆粒物料多集中于底部，細粒徑顆粒物料多集中于上部，這對物料高效燃燒、脫硫劑快速脫硫有積極影響。需要說明的是，副床的流化風速比主床小1～1.5倍，埋管受熱面受細粒徑顆粒物料和低流化風速影響，顯著減輕磨損程度（壽命由一般5000h增加到近30000h），很好解決了低倍率的CFB鍋爐的安全可靠性問題。

由于床面結(jié)構(gòu)具有多樣性特點，進而能夠不同程度的優(yōu)化鍋爐負荷調(diào)節(jié)效果，同時，能夠促進鍋爐有效運行，有效彌補低流化風速、空氣過剩等缺點，大大提高鍋爐運行經(jīng)濟性和可靠性。再加上，給料集中供于主床，堅持分段供給原則，即風量主、副床分別送入，最終能夠減少NOx，為鍋爐提供良好的運行環(huán)境。對比于常規(guī)流化床，高低差速流化床通過中部給料方式調(diào)整給料系統(tǒng)，與此同時，減少給料點設(shè)置數(shù)量，這在一定程度上能夠取得良好的燃燒效果，實現(xiàn)低成本、高效燃燒目的。

4 秸稈不同溫度KCl與HCl的逸出關(guān)系

秸稈中以固態(tài)形式存在的KCl，當溫度升高至800K時固態(tài)KCl開始專化成HCl揮發(fā)出，隨著溫度升高至900K時KCl專化成HCl達到峰值，而開始形成氣態(tài)KCl。溫度越高氣態(tài)KCl生成量越大，而HCl生成量越少。

5 材料在沾灰與不沾灰條件的腐蝕比較

TP347H材料在沾灰與不沾灰條件的腐蝕速度相差15～25倍。因此可以認為生物質(zhì)鍋爐的腐蝕主要是沾灰腐蝕。

6 V+4T技術(shù)具體內(nèi)容

V+4T技術(shù)具體指的是：V代表燃料揮發(fā)、燃料氣化；4T分別代表溫度、停留時間、混合、清灰。具體內(nèi)容介紹如下，以便為接下來的論題分析奠定理論基礎(chǔ)。

燃料揮發(fā)、燃料氣化，即對燃燒過程合理控制、有序組織，盡可能提高燃燒效率，取得良好的燃燒效果，進而K能夠高效揮發(fā)，避免燃料內(nèi)過多混入K量，這對鍋爐順利、安全運行有積極影響，與此同時，能夠不斷提高灰熔點，降低結(jié)焦幾率。溫度合理控制，能夠避免出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，溫度控制的過程中，常用溫度控制方法主要有降低爐膛溫度、高效利用高低差速床技術(shù)，盡可能避免局部溫度升高。時間合理停留，指的是提高燃料首次燃燒效率，降低二次燃燒幾率，同時，合理控制揮發(fā)時間。混合強化，指的是提高空氣與可燃氣體混合效率，減少NOx含量，提高鍋爐燃燒效率。灰塵及時清理，指的是及時清除受熱面集聚灰塵，常用清灰方法主要有脈沖吹灰器、蒸汽吹灰器。

7 本技術(shù)具有的優(yōu)點

①采用大截面、給料區(qū)大水冷度以及二次風控制爐膛燃燒溫度在750～800℃溫區(qū)內(nèi)。②借助大皮帶負壓給料方式添加鍋爐燃料，這有利于提高燃料供給效率，減少正壓給料隱患。③爐膛橫截面較大，煙速緩慢，燃料按需供給，床料無需過量添加。④合理布置密相區(qū)受熱面，控制密相區(qū)在700～800℃溫區(qū)內(nèi)，解決床料結(jié)焦問題。⑤鼓引風機壓頭低于高倍率循環(huán)流化床，減少自身電耗。此外，堅持分級送風原則，減少NOx排放量，并且鍋爐內(nèi)灰塵較少，有效降低腐蝕幾率。

8 結(jié) 論

利用高低差速流化床與V+4T相結(jié)合技術(shù)，研制了75t/h高溫、高壓高低差速流化床生物質(zhì)電站鍋爐。這類鍋爐應(yīng)用期間，不僅能夠高效處理聚團、結(jié)焦、流受熱面腐蝕、積灰等問題，而且還能提高鍋爐利用效率，確保鍋爐安全、穩(wěn)定運行，進而能為生物質(zhì)鍋爐燃燒技術(shù)良性發(fā)展，以及大范圍應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。

收稿日期：2018-9-15