燃煤工业锅炉改烧成型木屑案例分析

上 海 电 力 学 院 王文欢 李明 胡建华 何健 王净净

中电投江西核电有限公司 张华平

上海市青浦区某铅笔厂在生产铅笔板的过程中，需要利用工业锅炉产生的蒸汽蒸煮原材料，同时生产过程中产生大量的木屑。该厂通过技术改造，增设木屑压缩成型设备，利用成型木屑替代燃煤，既节约能源，降低企业生产成本，又减少了CO2、SO2等污染物的排放，取得节能减排双重效益。

1 锅炉设备简介

上海市青浦区某铅笔厂的工业锅炉为上海工业锅炉厂生产的角管式组装蒸汽锅炉，型号为DZL10-1.25-AⅢ，锅炉蒸发量为10t/h，额定蒸汽压力为1.25MPa，额定蒸汽温度为194℃，锅炉给水温度为60℃。

2 燃料燃烧特性

表1 煤与木屑的燃料特性

通过对锅炉燃烧使用的燃煤和木屑颗粒的取样分析，得到表1所示的检验结果。

为了更好的了解木屑的燃料特性，如图1所示，采用热重分析仪，对木屑进行了热重分析。图中绿色实线为热重曲线（TG），虚线为微商热重曲线（DTG），蓝线为差热分析曲线（DTA）。由图可分析整个燃烧过程质量和热量的变化。

首先是脱水阶段，燃料中水分渐渐减少，TG曲线的明显下降是燃料脱水的结果。DTG曲线87.9℃达到的峰值表示脱水速率最高点，也是在这一阶段质量减少最快的点。99.4℃之前燃料水分蒸发吸热的过程在DTA曲线上有所表现。

接下来是挥发分燃烧阶段。由DTG曲线可知，脱水完成后燃料质量减少缓慢，到200℃左右时开始加快，挥发分析出越来越迅速，挥发气体到达一定浓度时，燃料点火完成，挥发分仍然迅速析出并燃烧，在290.4℃达到最快失重速率。由DTA曲线，挥发分析出燃烧放出的热量不断增加，且非常迅速，达到341.9℃峰值，即升温最快点，此过程是主要燃烧阶段，也是主要放热阶段，木屑燃烧的大部分重量损失及放出热量都是在这一阶段完成的。

大量挥发分析出后，燃料的失重速率减缓，此时燃料损失重量除了由于一部分挥发分析出外，还包含了碳的燃烧反应，燃料的燃烧反应转为扩散燃烧。这一阶段反应在图上的大概340℃之后，由于大部分挥发分已析出，DTG曲线明显降低，燃料以低于之前挥发分析出过程的一个速率损失重量。而由于固定碳和残余挥发分的燃烧，燃料温度继续上升，放热。DTA曲线上487.9℃达到单位时间和质量的放热量的峰值。

在大约540℃以后，燃料无挥发分析出，只有极少量碳和其它可燃物仍然在燃烧，重量损失和放热都很慢，燃料进入燃尽阶段。TG，DTA曲线可以看到，在这一阶段仍然有极少量物质在燃烧，放出微少热量。在可燃物基本燃烧完全后，燃料燃尽。

通过燃料的成分分析得出木屑的挥发份较煤粉高出3-4倍，而木屑的热分析也显示挥发分的析出是木屑主要的燃烧放热过程，这就决定了燃煤链条炉改烧木屑燃料时，首先要考虑生物质的挥发份偏高特性，燃料入炉后着火快，迅速燃烧释放热量，致使炉膛前部受热较多，因此改烧生物质燃料时，需要先将木屑压缩成型，提高木屑燃料的密度，再适当调整链条炉速度，加快链条转速，使成型燃料燃烧产生的热量均匀地在炉内分布。

3 经济性对比

该厂并未对锅炉设备进行较大改动，主要是增设两台木屑压缩成型设备，将生产过程的木屑压缩成型，供给锅炉燃烧。当生产木屑量满足燃料需求时，锅炉改烧成型木屑，通过燃烧过程中的调整满足燃烧条件，实验证明锅炉效率与燃煤时基本相同，如表2所示。

该厂年需要蒸汽量为87600t，改造前年消耗燃煤量为8400t，年产木屑8760t，现将木屑全部利用，可减少燃煤量7963t。按照目前市场煤价700元/吨，节约燃料费557.41万元，其中去除木屑成型压缩机初期投资约100万元，运行所需电费、人工、机械折旧约100万元/年，不仅当年收回投资成本，而且能够产生经济效益300多万元。

表2 燃煤与燃烧成型木屑的锅炉效率

4 污染物减排

应用木屑燃烧替代燃煤不仅具有较大的经济效益，还能够减少污染物的排放。木屑的含硫量为0.14%，煤的含硫量为1.03%，采用压缩成型木屑燃烧可年减少SO2排放156t，同时木屑属于零碳排放燃料，所以每年可减少CO2排放16695t。

5 结论

充分利用工业生产生物质型废料，压缩成型后替代煤等化石燃料，既可保障燃料来源，节约能源，又能减少污染物排放，具有很好的推广应用前景。

[1]宋永利，杨丽华.工业锅炉生物质燃烧技术[J]. 节能技术，2003，21(3)：

[2]刘洪龙，商桂新，牛国蕾 工业锅炉生物质与燃煤混燃技术.煤气与热力，2008，28（6）：1-3.