关于燃煤工业锅炉改烧谷壳的探讨

周慧强

江西省锅炉压力容器检验检测研究院九江分院，江西 九江，332000

关于燃煤工业锅炉改烧谷壳的探讨

周慧强

江西省锅炉压力容器检验检测研究院九江分院，江西 九江，332000

作为一种常见且廉价的燃料，谷壳被广泛应用于工业锅炉中。通过对改烧谷壳的锅炉进行能效测试，指出改烧谷壳是节能、可行的，并对运行中普遍出现的问题提出相应的整改措施。

工业锅炉 谷壳 能效测试 节能

前言

中国是世界上最大的水稻种植国家，根据国家统计局数据，2014年，我国水稻总产量达到2.06亿t，谷壳是稻米加工过程中最大的副产品，按重量来计约占稻谷的20%，依此计算，将产生4120万t谷壳。谷壳表面坚硬，不易被自然分解且堆积密度小，废弃将破坏环境，因此谷壳的开发利用具有非常重大的意义。在谷壳的利用中，用作燃料是最常见的一种做法。谷壳可燃物含量达到70%以上，低位发热量为12.5-14.6Mj/kg，约为标煤的一半[1]。且谷壳中几乎不含硫，燃烧温度较煤来讲偏低，相应产生的SO2及NOX很少，且谷壳燃烧后产生的灰渣中含有较高的钾素营养，在花卉种植中可作肥料使用。因此，谷壳是一种既经济又环保的燃料。

1 谷壳的成分分析与燃烧特性

研究人员对本地的谷壳进行抽样化验分析，分析结果如下：低位发热量Qnet，v，ar=14210kj/kg；干燥无灰基挥发分Vdaf=72.10%；收到基灰分Aar=14.29%；收到基水分Mar=8.0%；收到基氢含量Har=4.59%；收到基硫含量Sar=0.02%。

谷壳的燃点在300℃左右，挥发分含量高，挥发分析出和着火迅速，燃烧主要集中在挥发分的气相燃烧，挥发分析出后，剩下多孔疏松的固定碳也较容易燃烧完全。谷壳燃烧后剩下的灰主要成分是SiO2，含量高达87～97%，研究表明，当灰粒中SiO2含量增加时，对受热面的磨损也将加重[2]。

2 谷壳在锅炉中的燃烧方式

目前在用工业锅炉中，绝大部分锅炉设计燃料都是煤，这部分燃煤锅炉热效率低下。近年来随着燃料价格的飙升，很多燃煤锅炉用户通过改烧谷壳来降低生产成本。在改烧谷壳的锅炉中以型号为SZL（双锅筒纵置式链条炉）、DZL（单锅筒纵置式链条炉）的居多。在这些燃用谷壳的锅炉中，最普遍的有两种燃烧方式①层燃；②喷燃。这两种燃烧方式对锅炉改动很少，投入成本很小，因此被广泛使用。

2.1 层燃

采用这种燃烧方式的锅炉与改造前燃烧方式一致，锅炉承压受热面不需做任何改动，辅机需增加一条送料传送带，燃料通过传送带送至炉前料仓。为了保证锅炉燃烧系统灵活可调，也可以给锅炉炉排，鼓、引风机电动机加装变频器。谷壳燃点较低，挥发分多，固定碳较少，因此，谷壳在炉膛的燃烧大部分发生在炉排前段，火床也较短，为了防止因着火点太靠前而烧坏煤闸板，可以采用水冷煤闸板。在运行中，通过调节煤闸板高度来控制谷壳层厚度，调节炉排电动机频率来控制炉排速率，调节鼓、引风机电机频率控制风量，从而实现锅炉增减负荷。某造纸厂有一台型号为SZL10-1.25-AⅡ的锅炉，锅炉设计热效率为78%，改造前使用燃料为AⅡ，与设计燃料一致，现场取样化验分析数据如下：低位发热量Qnet，v，ar=18473kj/kg；干燥无灰基挥发分Vdaf=33.37%；收到基灰分Aar=25.56%；收到基水分Mar=10.78%；收到基氢含量Har=3.35%；收到基硫含量Sar=4.38%。

对其进行能效测试，在测试期间，锅炉运行平稳，满足测试要求，蒸发量D=8.5t/h，压力P=0.80Mpa，测试结果如表1。

表1 造纸厂燃煤锅炉能效测试结果

在改烧谷壳后，再对其进行能效测试，测试方法与之前一致，D=8.1t/h ，P=0.80Mpa，测试结果如表2。

表2 造纸厂燃谷壳锅炉能效测试结果

可以看出，同一台锅炉，在负荷基本不变的情况下，改烧谷壳后，配风更加合理，炉渣、飞灰含碳量也有了大幅的下降，燃料得到充分的燃烧，产生的热量也得到了很好的利用，锅炉热效率有了很大的提高。

2.2 喷燃

与第一种燃烧方式一样，采用此燃烧方式的锅炉也无需改动任何承压受热面，只需在炉前加装一套简易燃料输送喷燃系统，这套系统由一个高压离心风机，一个储料仓，一根给料钢管和喷嘴组成，给料管连接离心风机与炉膛，喷嘴装在给料管出口。储存在储料仓中的谷壳在重力及高压风抽吸的双重作用下进入给料管，被离心风机吹出的高压风由喷嘴喷入炉膛，喷嘴一般装在炉前，燃料喷入方向与炉排走向一致。燃料被喷入炉膛，被高温火焰引燃，在空中燃烧一段时间后，掉落到炉排上继续燃烧。在谷壳由吹入炉膛直至燃尽的过程中包括悬浮燃烧和层燃。在运行中，一般只开引风机及给料离心风机，鼓风机不开，但鼓风机风门保持适量开度，炉排只在排渣时启动，锅炉负荷则通过给料风机的开度或者速度来调节。在这种燃烧方式中，燃料有两种，一种是谷壳，另一种是粉碎后的谷糠。为了对比锅炉改变燃料后的效果，研究人员对某药厂的一台型号为DZL4-1.25- AⅡ的锅炉进行了能效测试。锅炉设计热效率为76%，改造前，锅炉使用燃料为AⅡ，与设计燃料一致，现场取样化验结果如下：低位发热量Qnet，v，ar=19421kj/ kg；干燥无灰基挥发分Vdaf=28.97%；收到基灰分Aar=23.73%；收到基水分Mar=11.70%；收到基氢含量Har=3.79%；收到基硫含量Sar=4.11%。

测试期间，锅炉运行平稳，符合测试要求，D=2.96t/h，P=0.60Mpa，测试结果如表3。

表3 药厂燃煤锅炉能效测试结果

改造后，对喷燃谷壳的锅炉进行能效测试，测试期间，D=2.65t/h，P=0.60Mpa，测试结果如表4。

表4 药厂燃谷壳锅炉能效测试结果

对喷燃谷糠的锅炉进行能效测试，测试期间，D=2.72t/h，P=0.60Mpa，测试结果如表5。

表5 药厂燃谷糠锅炉能效测试结果

可以看出，在同一台锅炉上，在负荷基本一致的情况下，当采用喷燃谷壳（糠）时，锅炉热效率有了显著的提高，燃料与空气混合更均匀，排烟过量空气系数及炉渣含碳量大幅下降，但由于燃料喷入速度较快，炉膛空间较小，火焰中心靠后，燃料无足够的燃尽时间，导致排烟温度及飞灰可燃物含量有所增加。

3 问题及对策

燃煤工业锅炉辅机稍作改动，改烧谷壳后，锅炉热效率有了普遍的提升，取得了不错的经济效益。但在运行过程中，仍存在一个常见的问题，磨损。由于谷壳发热量相对较小，在相同锅炉负荷下，谷壳的消耗量要比煤大，产生的烟气量更多，烟气流速也更快，加上谷壳密度小、重量轻，很容易被风吹起，因此燃用谷壳的锅炉烟气含尘量远比燃煤锅炉大的多。高流速、高含尘量的烟气和高磨砺性的飞灰共同作用，锅炉受热面很容易被磨损，尤以SZL型炉膛出口处对流管迎风面，DZL型锅炉前、后管板烟管管端及进口段内表面等部位最为严重。

对此可以采取以下措施①优先采用层燃方式。研究表明，燃烧方式对飞灰含量影响巨大，对于同一种燃料，当使用层燃方式时，飞灰含灰量占总灰量的10～20%，当采用流化床悬浮燃烧时，飞灰含灰量占总灰量的40～50%，当采用室燃时，飞灰含灰量占总灰量的80～90%[3]。且在采用层燃方式燃烧谷壳时，谷壳具有充裕的燃尽时间，炉渣及飞灰可燃物含量都很小；②在上述容易磨损的部位加装防磨装置。在炉膛出口对流管迎风面加装防磨片，在烟管管段加装防磨套管，并定期检查及维护。

4 结束语

在用燃煤锅炉改烧谷壳后，锅炉热效率提高是非常明显的。在两种改造方式中，应优先采用层燃，当改烧谷糠时，可采用喷燃。在改烧谷壳后，应采取相应的措施，扬长避短，减少谷壳对锅炉受热面的磨损，保证锅炉的使用安全、节能、环保。

[1] 周肇秋，马隆龙，李海滨等.中国稻壳资源状况及其气化/燃烧发电前景[J].可再生能源，2004( 6): 7- 9.

[2] 樊泉桂，阎维平.锅炉原理[M].北京：中国电力出版社.2004.

[3] TSG G0003-2010，工业锅炉能效测试与评价规则[S].

Discussion on coal-fired industrial boilers burning chaff

ZHOU Hui-qiang Jiujiang branch ,Jiangxi Boiler and Pressure Vessel Inspection and Testing Institute，Jiujiang 332000，Jiangxi，China

As a common and cheap fuel，chaff is widely used in industrial boilers。By testing the boilers energy efficiency which burning chaff, this paper points out it is energy-saving and feasible that the boilers burning chaff, and proposes the corresponding improvement measures to the common problems in operation.

周慧强（1988—），男，江西樟树市，助理工程师，大学本科，2010年毕业于南京工业大学，热能与动力工程专业，主要从事特种设备安全检验、管理及节能研究工作。