浅析新型锅炉木屑燃烧设备的设计系统

陈伟崇

(广西壮族自治区特种设备检验研究院，广西 南宁 530022)

1 木屑的产生和利用现状

林业加工生产中，合成板、中密度纤维板的企业在生产过程中产生大量的边角料和木屑等生产性废料，木屑是砂光机等设备对木板两侧表面进行砂光过程产生的细小木质粉尘。这些废料若能有效回收利用和治理，既可降低环境造成的污染，也可实现资源的循环利用。近年来，不少锅炉厂针对木屑作为燃料进行锅炉设计生产，但由于林业废料形态、颗粒度的多样性，同时中小型板厂还要考虑成本因素，不愿重新采购一台经过合理设计和生产的锅炉，而是自行在用锅炉的基础上把木屑作为辅助燃烧燃料。这种未经过任何设计和论证造成锅炉的安全、能效、环保均与现行标准有较大偏离。

随着木板行业生产规模的扩大、生产工艺和技术复杂程度的增加，生产过程中的危险、有害因素也随之变化，为此，本文对层燃锅炉增加木屑燃料燃烧进行探讨，以便为企业提供快速有效的燃烧木屑改造方案。

2 木屑的特点

2.1 燃料分析及燃烧

木屑的主要成分为碳、氢、氧、氮和灰分,通过采集的多个木屑样本化验（见表1、2），木屑热值为16000kJ/kg左右。木屑粒径在0.005～0.300mm，大部分在0.01mm以下，其自然堆积容重约为180kg/m3左右，在与空气预先混合形成木屑气流喷入高温炉膛时，其燃烧速度很快,燃烧较完全，是一种很好的燃料。木屑燃烧后灰分中有10%～25%溶于水，钾、钠碳酸盐占60%～70%，不溶于水的部分主要是钙、镁、碳酸盐、硅酸盐和磷酸盐。木屑的变形温度约为1300℃，软化温度约为1400℃，半球温度约为1425℃，流动温度约为1430℃，木屑变形温度大于1289℃，软化温度大于1390℃,属于轻微结渣。

表1 木屑燃料工业分析

表2 木屑燃料元素分析

由于成分几乎不含硫，烟气中没有二氧化硫产生，通过控制炉内燃烧的温度和氧含量，氧化氮排放量可以忽略不计，烟气通过高效除尘器后，从烟囱排出的烟气含尘浓度也可以控制在200mg/L的国家标准内。木屑燃烧后少量的无机盐可以作为农业生产的优质肥料，燃烧系统中的噪声来源主要是所用风机及设备，噪声均可控制在规定的指标内符合环保部门的检测要求。可见，木屑燃烧利用对环境没有造成不利影响。

2.2 黏附性

木屑粉粒间有相互引力，使粉尘产生黏附作用。这种特性有利于提高除尘效率，但同时也容易使设备管道易产生粉尘积附，引起堵塞；木屑的含水率有助于粉尘的黏附聚合，而含水率过大时，也会影响粉尘的流动性，在料仓内产生搭桥起拱现象，使风机管道等部位积附就引起堵塞；不利于系统的稳定运行。在设计管系和系统的设备构件时，应将这种现象纳入考虑内容。

2.3 爆炸性

3 系统设计

可燃粉尘具有爆炸性，粉尘的粒径越小其表面积越大，表面积的增加，扩大了与周围介质的接触面积，使其活泼性大大提高，在一定的温度和浓度下就引起爆炸。木屑粒径小，比重轻，在空中飘浮时间长，粒径很小。在燃烧时易产生爆燃甚至爆炸，设计系统时应给予高度的重视。

3.1 木屑回收和输送系统

通常要求木屑机吸尘口风速约25m/s,从木屑机至燃烧炉前木屑料仓之间的粉尘输送可采用一级输送或二级输送, 一级输送采用低压、低浓度输送，二级输送采用中高压、高浓度输送，木屑除尘管和输送管的流速宜为20～23m/s，流速过低，木屑沉积堵塞输料管,流速过高则耗电量增大，运行费增加运行成本提高，并且木屑管道出口风速过快，冲刷炉墙，缩短炉墙寿命。木屑在收集和输送过程采用高效旋风分离器与布袋除尘器相结合的二级除尘系统回收利用，分为粗砂和细砂工序。粗砂工序的木屑通过旋风分离器回收至粗砂仓，再送至板材生产线回收利用。旋风分离器尾气粉尘则输送到下一级惯性脉冲袋式除尘系统，细砂回收至木屑细料仓。

3.2 木屑喷燃系统

木屑粉在细料仓收集后，由木屑料仓出料螺旋机送入计量料仓中进行定量给料,经回转排料阀进入木屑吸送管，风机布置在供料器的后方，由木屑输送风机将木屑经专用喷粉嘴喷入锅炉悬浮燃烧。燃烧器经风机控制可以调节喷出火焰的长度和宽度，燃烧器外部有冷却风夹套，燃烧器的外夹套中通入二次风，也放置喷入锅炉，二次风即可作为木屑燃烧所需的补充空气，又可作为燃烧器的冷却风，延长燃烧器的使用寿命，实践证明其效果好，运行稳定，被广泛采用。应注意木屑喷嘴的布置,要使木屑喷入处的炉膛有足够大的燃烧空间，还要避免木屑直接喷燃在锅炉水冷壁上。喷入炉膛的木屑量要控制均匀，并应在炉膛温度达到600℃以上，且燃烧稳定时方可喷入木屑，应注意保证喷入木屑处有充足的空气供木屑燃烧，以保证木屑在炉膛内能及时、完全地燃烧。为了防止回风时火焰随风回燃，宜设置一级或二级防回火阀，以免引起爆炸或火灾。在炉膛温度较低或熄火时有报警功能，必要时，应能联锁关闭木屑给料系统（图1）。

图1 新型锅炉木屑燃烧设备的设计方案

4 结语

本文充分考虑到木屑黏附性、爆炸性的特点而设计的新型燃烧设备方案，为众多木材加工企业提供了一种低成本、安全、节能、环保、木屑燃烧技术和设计，为层燃锅炉增燃木屑设计提供理论依据和思路，便于锅炉更加方便快捷地完成设计。通过系统对粉屑的收集、储存、定量排放和燃烧回收利用，彻底改变了生产环境，特别是避免了从集尘间清灰而严重污染环境的现象，从而改善了操作工人的劳动条件。通过对环境的实时监测达到环保部门所要求的环境指标，对保持工厂附近空气环境指数起到积极的作用。