纯燃生物质循环流化床锅炉的设计与运行

刘飞豹

摘 要： 本文主要对以生物质玉米芯和玉米秸秆为燃料的循环流化床锅炉系统进行分析，该系统通过燃烧价格相对低廉的玉米秸秆以及玉米芯来产生热能。鉴于此，本文先对该套设备的设计原理进行分析，然后结合实例对其运行原理进行分析。

关键词： 纯燃;玉米秸秆;CFB锅炉

【中图分类号】TK222     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）17-0202-01

引言：生物质作为一种可再生的清洁能源，既减少了大气污染又节约成本，是传统发电最为理想的代替品。生物质燃烧可以分为层燃和流化床燃烧这两种，层燃主要以水冷振动炉排的方式产生热能，这种热能燃烧方式操作简单，燃料预处理要求低。但生物质燃烧也具有一定的缺点，生物质燃料和其他燃料组成方式不同，生物质在燃烧的过程中会产出大量的悬浮燃烧物，而这些燃烧物受热后烟气中夹带的熔化或半熔化的灰粒（碱金属硅酸盐）接触到受热面并凝结下来，不断生成积累，粘连在锅炉内受热面，从而对锅炉产生腐蚀。

1 以玉米秸秆为燃料的CFB锅炉的设计情况

通过大量的实践案例分析可知，生物质循环流化床锅炉所采用的是一种高效能、低污染的燃烧技术。在实际的燃烧过程中，炉膛内的生物质物料被点燃，产生大量的烟气和热能，烟气受热上升到炉膛上方，而炉膛内部的分离器则可以有效将烟气和物料进行分离，并以回流的方式再將物料送回至循环流化床内。在这样的设计模式下，一方面可以延长燃料在炉内的停留时间，加长燃料燃尽时间，利于燃料燃尽。另一方面循环倍率高的特点，可保证生物质燃料着火并稳定燃烧。如下所示，就是生物质锅炉的燃料成分：

（1）（Car）/%：设计燃料34.22;运行燃料27.82。

（2）（Har）/%：设计燃料4.29;运行燃料3.32。

（3）（Oar）/%：设计燃料28.80;运行燃料29.17。

（4）（Nar）/%：设计燃料0.64;运行燃料0.53。

（5）（Sar）/%：设计燃料0.05;运行燃料0.03。

（6）（Aar）/%：设计燃料7.36;运行燃料16.64。

（7）（War）/%：设计燃料28.69;运行燃料22.52。

（8）（Vdaf）/%：设计燃料68.95;运行燃料66.39。

（9）Qnet/（kJ·kgF）设计燃料10692;运行燃料9250。

鉴于此，本文结合实际案例对以玉米秸秆为唯一燃料的CFB锅炉的设计情况进行分析：该锅炉为高温高压锅炉，采用单锅筒横置模式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构并全钢形态布置。锅炉采用紧身封闭布置，运转层设置在8m标高。为了确保玉米秸秆燃烧产生的烟气和未燃尽的颗粒分离，使用覆盖有绝热材料的分离器。同时，锅炉配套相应的一、二次风机以保证燃烧物料在燃烧时空气需要。一般情况下，锅炉燃烧所需空气由两台风机提供，其中一台风机送出的风通过空气预热器加热升温，将升温空气带入水冷风室，由水冷布风板上的风帽进入燃烧室。另一台风机则将预热后的空气通过分布在炉膛前后墙上的喷口喷入炉膛补充空气。在这样的燃烧模式下，上下两端的空气可以与燃料互相混合与扰动，从而保障炉膛内的物料较为充分、完全的燃烧。物料燃烧产生烟气（携带有大量未燃尽碳粒子），夹带大量物料的烟气经炉膛出口进入绝热分离器，经返料器返回炉膛，实现循环燃烧。分离后的烟气经转向室、过热器、省煤器、空预器由尾部烟道排出。此外，为了降低锅炉的腐蚀概率，该CFB锅炉的空气预热器采用了搪瓷管结构。

如下所示，为生物质燃烧锅炉的尺寸：

（1）炉膛宽度数值：8770mm;

（2）炉膛深度数值：4050mm;

（3）汽包中心线标高数值：39500mm;

（4）高温过热器出口集箱标高数值：44350mm;

（5）锅炉顶板标高数值：44000mm;

（6）运转层标高数值：8000mm;

（7）操作层标高数值：5200mm;

（8）锅炉宽度（两侧柱中心距）数值：10600mm;

（9）锅炉深度（Z1-Z4柱中心距）数值：19700mm。

此外，为了实现对生物质秸秆的输入和输出工作，在对生物质CFB 锅炉进行设计的过程中，首先要考虑到生物物料的实际情况。

如玉米秸秆作为含水量较高的生物质物料，为了保障其在炉膛内充分燃烧，需要对其进行充分粉碎，然后由炉前生物给料系统输送到炉内。同时为了避免给料机腐蚀，设计人员还要在送料器和输料器表面涂抹一层防腐蚀材料。，为了进一步提高送料机的承载能力，还要对送料机的强度、耐磨性进行提升，以确保其可以有效适应生物质材料中的石块以及杂草等杂质。

2 以玉米秸秆为燃料的CFB锅炉的实际运行情况

通过大量的实践案例可知，为了确保生物质物料充分燃烧，该锅炉的温度值被设置为820℃，但在实际的燃烧过程中，由于生物质物料的挥发性较高，导致实际的燃烧温度往往高于设计值。鉴于此，在锅炉实际的运行过程中，为了有效解决温度值过高的问题，需要对锅炉内的上下温度不均的问题加以解决。同时，为了解决CFB 锅炉在实际运行过程中出现的生物质灰分过低，导致循环灰量偏少，经过大量的实验和现场调研分析，并从生物质材料入手进行研究。玉米秸秆上携带的泥土和灰尘过多，种类超过秸秆的8%时，此时不需要额外添加相应的床料就可以实现物料的充分循环。同时，锅炉的实际运行过程中，为了进一步提高锅炉的内循环效果，可以将金属壁温最高的中、高温过热器以翼形墙的形式安装在炉膛内部，可以提高炉膛的内循环效果，降低炉膛受热面的腐蚀概率。生物质中易挥会发物质（主要是碱金属盐）在高温下挥发进入气相后，流经对流受热面时，通过气固相间的复杂物理化学过程，在对流受热面表面发生凝结、黏附、沉降，导致尾部传热较差，出现蒸汽温度低，排烟温度高现象，需在锅炉尾部增设蒸汽吹灰器解决。

总结：综上所述，为了履行国家节能环保的号召，目前很多大型企业都是用以玉米秸秆和玉米芯作为生物质燃料的CFB锅炉来提供热能，和普通的锅炉不同，生物质CFB锅炉的炉膛内部不仅安装有专门的中高温过热器，同时还安装有密集的燃料卸载装置和运输装置。通过对其设计原理以及运行过程中遇到的系列问题进行分析，机组在投运后运行整体上较为稳定，且生物质燃料可以被充分燃烧。

参考文献

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