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摘 要：针对生物质颗粒燃料在提高燃烧率和节能减排上具有的优势特征，在简单介绍生物质颗粒燃料燃烧特性的基础上，对层燃锅炉的生物质颗粒燃料燃烧改造进行深入分析，包括综合性改造、设备选择、工艺改进和结渣控制，为生物质颗粒燃料的大规模使用和节能减排目标的实现奠定良好基础。
关键词：层燃锅炉；燃煤；生物质颗粒燃料
中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0277-01
实践表明，采用生物质颗粒燃料能提高燃烧效率，减少污染物排放，但对当前的层燃锅炉，以燃煤为主，为实现烧生物质颗粒燃料的目标，需要对相应的设备与工艺进行改造。
1 生物质燃料主要特性
对于生物质燃料，其燃烧过程为十分强烈的反应，同时也是空气与燃料之间的传热过程与传质过程。在生物质燃料不断燃烧时，主要具有下列特性：①350℃条件下析出80%左右的挥发分，析出和燃烧的时间都很短，仅占总时长的10%；②确定适宜的空气量与合理的供气方式，确保燃料得以充分燃烧；③高密度燃料燃烧速度比低密度燃料平稳，与煤相同，其粒度较为均匀，工况平稳，容易进行控制；④对于颗粒燃烧，其燃烧作用为挥发分燃烧，当通风量相对较大时，炉膛中的温度有所降低，析出速度保持平稳，而且还能减少氮氧化物的实际生成量[1]。
在颗粒燃料中，其灰分含有一定量钾离子、钙离子与钠离子，此类粒子燃烧时会产生渣层，并且软化温度相对较低，所以这一特性直接决定结渣程度及特性。相较于煤，其灰熔点较低，易于结渣。在燃烧中，很多因素都会造成结渣，如空气和燃料之间的混合不充分等。玉米秆、麦秆与稻草的工业分析、发热量分析与元素分析结果如表1所示。
2 层燃锅炉改造和工艺改进
2.1 综合性改造
（1）为良好适应采用生物质燃料，应对鼓风机和引风机进行变频调速装置的新装。这样能对供风量、因风量和風压等参数进行随意调节，确保燃料得以充分燃烧，使运行达到经济。对于变频调速，其最大的特点在于节能减排，而且对燃料燃烧也有促进的作用。
（2）在炉排运转方面，也进行变频调速改造。在燃料的品种完全固定以后，一定负荷条件下，无需对燃料层的厚度进行经常性的调整，仅需调整炉排的速度与配风。因此，在炉排采用变频调速，可以适应多种形式的燃料[2]。
（3）采用二次风系统。一般而言，普通中小型锅炉仅安装一次风系统即可满足预期的燃烧要求。而对颗粒燃料而言，其挥发分可以达到煤的若干倍，且析出与燃烧的时间都很短，仅有总时长的10%，同时主要出在炉膛进行燃烧，在这种情况仅靠一次风无法满足要求，应增加送气量，使燃烧得到足够的氧气。
在安装二次风系统的过程中，应先对风量与风压进行计算，使用合适的风机来满足燃烧要求。将二次风的进风口设于炉墙上的各个相应位置，以多种角度送风，使燃烧区域保持合适的温度，以此延长高温烟气和可燃物实际停留时间。
2.2 设备选择
满足颗粒燃料燃烧要求的设备，为达到更高的燃烧效率，应优先考虑循环流化床，而对于中小型锅炉，以抛煤机倒转炉排为主。首先，采用抛煤机向炉膛中送入颗粒燃料，较大的颗粒处在后部，较小的颗粒则处在前部，按从炉后到炉前的顺序行进，由一次风进行燃烧，在燃料燃尽以后，灰渣进入渣斗。小颗粒与粉末状的燃料均呈现出悬浮状的持续燃烧，同时由二次风系统提供充足氧气[3]。
利用前墙二次风持续托送，受后墙扰动后，能对燃烧予以强化，确保颗粒燃料能够及时着火，并得以充分的燃烧，当过量空气系数达到合适时，未完全燃烧的部分与燃煤相比大幅减少，热效率因此显著提升。
对于容量相对较小的往复炉排及与链条炉排锅炉，同样可以通过增大风力来保证进料，也就是在前部设置可对进口角度进行调整的进料口，向炉中持续且均匀的供料。与此同时，通过进料口下部二次风向炉膛的前部持续送入燃料，实现悬浮燃烧。悬浮燃烧时，大颗粒将落于炉排，伴随炉排行进实现层状燃烧，在燃尽后进入渣斗。以上方法因所用燃料份额相对较少，所以仅在前部设置二次风即可满足要求。通过以上改装即可满足颗粒燃料的燃烧要求。
2.3 燃烧室与燃烧设备的增加
因在燃煤锅炉中，燃烧室尺寸都是根据煤种进行设计的，所以通过改造实现与颗粒燃料的完全匹配，是无法实现的。若锅炉旁存在充足空间，则在经济分析对比合理的情况下，可增设新燃烧室，用于初步燃烧，原炉膛用作燃尽室。根据国外相关资料可知，对小型锅炉而言，通过以上改造是有很高成功率的，现在有很多成果案例可供参考。若炉膛容积很大，则可将固定形式的炉排改造成移动形式的炉排，这是一项十分合适的选择。在选择小型炉排以后，需要优先考虑倾斜往复式的炉排，这不仅能满足颗粒燃料燃烧要求，而且还能防止结渣。
2.4 结渣控制
为对燃料结渣进行有效控制，可采用以下措施：①将过量空气系数确定为1.5；②炉膛实际温度不得超出900℃，防止炉膛超负荷运行；③燃烧前混入一定量灰熔点相对较高的其它燃料，如将玉米秸秆作为燃料时，可混入一定量的木屑，也可加入一定量的煤粉；④燃料层的厚度必须保持均匀，控制在100～200mm范围内；其五，在条件允许的情况下，采用流化床。因流化床实际燃烧温度不超过850℃，所以能从根本上防止结渣[4]。
3 结束语
综上所述，通过实践可知，将普通燃煤锅炉改造成可将生物质颗粒燃料作为燃烧燃料的锅炉是合理可行的。在完成改造以后，原锅炉既能燃煤，又能燃颗粒燃料，而且将这两种燃料混合在一起进行燃烧也是合理可行的。采用生物质颗粒燃料后，其热效率能提高近10%，大量减少粉尘，氮氧化物与二氧化硫实际排放减少，实现节能减排的目标。若颗粒燃料不足，则可立即换成煤，并且仅需对操作方式进行调整，无需改动设备。应注意的是，改造后锅炉实际出力可能有所降低，还需要通过实验确定。
参考文献
[1]张华军.层燃锅炉燃煤改烧生物质颗粒燃料分析[J].山东工业技术，2016（04）：78.
[2]毕慧杰，吴英伟，黄 芝.区域供热锅炉房燃煤改烧生物质颗粒燃料的工艺改造[J].区域供热，2010（01）：35～39.
[3]毕慧杰，吴英伟，黄芝.层燃锅炉燃煤改烧生物质颗粒燃料的探讨[J].节能，2009，28（01）：27～29.
收稿日期：2018-8-17
作者简介：官青松（1982-），男，本科，主要从事锅炉监督检验，定期检验工作。
关键词：层燃锅炉；燃煤；生物质颗粒燃料
中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0277-01
实践表明，采用生物质颗粒燃料能提高燃烧效率，减少污染物排放，但对当前的层燃锅炉，以燃煤为主，为实现烧生物质颗粒燃料的目标，需要对相应的设备与工艺进行改造。
1 生物质燃料主要特性
对于生物质燃料，其燃烧过程为十分强烈的反应，同时也是空气与燃料之间的传热过程与传质过程。在生物质燃料不断燃烧时，主要具有下列特性：①350℃条件下析出80%左右的挥发分，析出和燃烧的时间都很短，仅占总时长的10%；②确定适宜的空气量与合理的供气方式，确保燃料得以充分燃烧；③高密度燃料燃烧速度比低密度燃料平稳，与煤相同，其粒度较为均匀，工况平稳，容易进行控制；④对于颗粒燃烧，其燃烧作用为挥发分燃烧，当通风量相对较大时，炉膛中的温度有所降低，析出速度保持平稳，而且还能减少氮氧化物的实际生成量[1]。
在颗粒燃料中，其灰分含有一定量钾离子、钙离子与钠离子，此类粒子燃烧时会产生渣层，并且软化温度相对较低，所以这一特性直接决定结渣程度及特性。相较于煤，其灰熔点较低，易于结渣。在燃烧中，很多因素都会造成结渣，如空气和燃料之间的混合不充分等。玉米秆、麦秆与稻草的工业分析、发热量分析与元素分析结果如表1所示。
2 层燃锅炉改造和工艺改进
2.1 综合性改造
（1）为良好适应采用生物质燃料，应对鼓风机和引风机进行变频调速装置的新装。这样能对供风量、因风量和風压等参数进行随意调节，确保燃料得以充分燃烧，使运行达到经济。对于变频调速，其最大的特点在于节能减排，而且对燃料燃烧也有促进的作用。
（2）在炉排运转方面，也进行变频调速改造。在燃料的品种完全固定以后，一定负荷条件下，无需对燃料层的厚度进行经常性的调整，仅需调整炉排的速度与配风。因此，在炉排采用变频调速，可以适应多种形式的燃料[2]。
（3）采用二次风系统。一般而言，普通中小型锅炉仅安装一次风系统即可满足预期的燃烧要求。而对颗粒燃料而言，其挥发分可以达到煤的若干倍，且析出与燃烧的时间都很短，仅有总时长的10%，同时主要出在炉膛进行燃烧，在这种情况仅靠一次风无法满足要求，应增加送气量，使燃烧得到足够的氧气。
在安装二次风系统的过程中，应先对风量与风压进行计算，使用合适的风机来满足燃烧要求。将二次风的进风口设于炉墙上的各个相应位置，以多种角度送风，使燃烧区域保持合适的温度，以此延长高温烟气和可燃物实际停留时间。
2.2 设备选择
满足颗粒燃料燃烧要求的设备，为达到更高的燃烧效率，应优先考虑循环流化床，而对于中小型锅炉，以抛煤机倒转炉排为主。首先，采用抛煤机向炉膛中送入颗粒燃料，较大的颗粒处在后部，较小的颗粒则处在前部，按从炉后到炉前的顺序行进，由一次风进行燃烧，在燃料燃尽以后，灰渣进入渣斗。小颗粒与粉末状的燃料均呈现出悬浮状的持续燃烧，同时由二次风系统提供充足氧气[3]。
利用前墙二次风持续托送，受后墙扰动后，能对燃烧予以强化，确保颗粒燃料能够及时着火，并得以充分的燃烧，当过量空气系数达到合适时，未完全燃烧的部分与燃煤相比大幅减少，热效率因此显著提升。
对于容量相对较小的往复炉排及与链条炉排锅炉，同样可以通过增大风力来保证进料，也就是在前部设置可对进口角度进行调整的进料口，向炉中持续且均匀的供料。与此同时，通过进料口下部二次风向炉膛的前部持续送入燃料，实现悬浮燃烧。悬浮燃烧时，大颗粒将落于炉排，伴随炉排行进实现层状燃烧，在燃尽后进入渣斗。以上方法因所用燃料份额相对较少，所以仅在前部设置二次风即可满足要求。通过以上改装即可满足颗粒燃料的燃烧要求。
2.3 燃烧室与燃烧设备的增加
因在燃煤锅炉中，燃烧室尺寸都是根据煤种进行设计的，所以通过改造实现与颗粒燃料的完全匹配，是无法实现的。若锅炉旁存在充足空间，则在经济分析对比合理的情况下，可增设新燃烧室，用于初步燃烧，原炉膛用作燃尽室。根据国外相关资料可知，对小型锅炉而言，通过以上改造是有很高成功率的，现在有很多成果案例可供参考。若炉膛容积很大，则可将固定形式的炉排改造成移动形式的炉排，这是一项十分合适的选择。在选择小型炉排以后，需要优先考虑倾斜往复式的炉排，这不仅能满足颗粒燃料燃烧要求，而且还能防止结渣。
2.4 结渣控制
为对燃料结渣进行有效控制，可采用以下措施：①将过量空气系数确定为1.5；②炉膛实际温度不得超出900℃，防止炉膛超负荷运行；③燃烧前混入一定量灰熔点相对较高的其它燃料，如将玉米秸秆作为燃料时，可混入一定量的木屑，也可加入一定量的煤粉；④燃料层的厚度必须保持均匀，控制在100～200mm范围内；其五，在条件允许的情况下，采用流化床。因流化床实际燃烧温度不超过850℃，所以能从根本上防止结渣[4]。
3 结束语
综上所述，通过实践可知，将普通燃煤锅炉改造成可将生物质颗粒燃料作为燃烧燃料的锅炉是合理可行的。在完成改造以后，原锅炉既能燃煤，又能燃颗粒燃料，而且将这两种燃料混合在一起进行燃烧也是合理可行的。采用生物质颗粒燃料后，其热效率能提高近10%，大量减少粉尘，氮氧化物与二氧化硫实际排放减少，实现节能减排的目标。若颗粒燃料不足，则可立即换成煤，并且仅需对操作方式进行调整，无需改动设备。应注意的是，改造后锅炉实际出力可能有所降低，还需要通过实验确定。
参考文献
[1]张华军.层燃锅炉燃煤改烧生物质颗粒燃料分析[J].山东工业技术，2016（04）：78.
[2]毕慧杰，吴英伟，黄 芝.区域供热锅炉房燃煤改烧生物质颗粒燃料的工艺改造[J].区域供热，2010（01）：35～39.
[3]毕慧杰，吴英伟，黄芝.层燃锅炉燃煤改烧生物质颗粒燃料的探讨[J].节能，2009，28（01）：27～29.
收稿日期：2018-8-17
作者简介：官青松（1982-），男，本科，主要从事锅炉监督检验，定期检验工作。