范成龙
(厦门市特种设备检验检测院,福建厦门361004)
摘要:随着我国经济的快速发展,能源需求不断提高,环境也不断恶化,人们对节能环保的要求日趋增高。目前多大中城市已禁止燃煤锅炉的使用,取而代之的是燃油、燃气及电锅炉,这三种锅炉的运行成本高,设备投资性大,使很多用户不愿接受。生物质锅炉由于燃烧的生物质是绿色能源的一种,能够创造经济效益,有助于减排二氧化碳,缓解能源危机,越来越受到用户的亲睐。本文对生物质锅炉的设计、改造、使用管理提出不合理项,对生物质锅炉的发展和节能环保起到一定作用。
生物质能源是一种源于太阳、储存于生物的清洁可再生能源,包括树木、农作物及有机肥料等。由于在生长和燃烧中不增CO2的排放量,用其作为燃料发电还可以替代部分化石燃料,从而减少了温室气体的排放。我国生物质能资源非常丰富,农作物秸秆资源年产量超过7亿吨(热值相当于3.5亿吨标准煤)。我国可供直燃发电的秸秆资源量每年至少达2亿吨,折合标准煤1亿吨,如年利用秸秆4000万吨,将增加农民收入120亿元,节约标准煤2000万吨。生物质与化石燃料相比,具有以下优点:(1)可再生性;(2)低污染性:SOx、NOx排放浓度低;(3)生物质作为燃料时,在生长周期内,对大气的SO2净排放量近似于零,可有效地减轻温室效应[1]。
随着锅炉节能环保的发展,部分燃煤锅炉面临淘汰,部分企业为了节省生产成本及达到环保要求,生物质燃料锅炉应用越来越多。但是经过现场能效测试,生物质锅炉并没有达到预期的效果,甚至比燃煤锅炉节能更差。
1生物质锅炉设计方面的不足
由于生物质锅炉为新兴发展起来的锅炉,没有相关的设计标准和相关设计经验。笔者经过生物质锅炉能效测试和查找相关设计资料,发现大多锅炉设计单位均采用燃煤锅炉的设计方式、计算公式和一些燃煤锅炉的经验数值,然而燃煤锅炉大多借鉴原苏联的设计规范,比较滞后当今社会的发展,造成设计燃生物质锅炉的一些不合理。
1.1对燃料性质考虑不全面
锅炉热力计算是锅炉设计重要计算,对锅炉的安全和热工性能有着直接的影响。由于大多生物质锅炉属于层燃锅炉,所以基本参照《工业锅炉设计计算方法》进行热力计算,但是生物质燃料特性与煤是有很大的差异,比如说生物质燃料热值、挥发分、灰分以及水分与煤都有很大的区别,对于生物质锅炉炉膛传热计算有很大的影响、所以采用《工业锅炉设计计算方法》是不适合燃生物质锅炉的热力计算的。例如:某企业设计一台DZ14-1.6-T生物质锅炉,其固体未完全燃烧热损失按燃煤的经验值取10%,殊不知生物质锅炉的灰分只有百分之几,挥发分较高,相对燃煤锅炉比较容易燃尽,和燃煤锅炉相差甚远,根本不可能达到10%,只有1%左右,从经济方面会增加锅炉的钢材消耗量,即增加锅炉的造价也不利于生物质锅炉的安全经济运行:在排烟温度和过量空气系数方面也采用燃煤的标准,例如排烟温度不超过170℃,过量空气系数不超过1.65,但是小型的生物质锅炉,由于挥发分较高,燃料燃烧旺盛,燃料含氧量较高,燃料燃烧火苗在鼓风的作用下拉的比较长,在传统燃煤锅炉设计影响下造成排烟温度和过量空气系数偏高,额定蒸发量≤1t/h的生物质锅炉,有的排烟温度能达到400℃,和设计相差甚远;
因此,设计生物质锅炉应该根据生物质燃料的特性,合理的对生物质锅炉进行设计,确保生物质燃料的优化燃烧。
1.2固定炉排生物质锅炉
由干固定炉排燃煤锅炉现已经不允许生产,部分锅炉生产企业没有经过合理设计,将原来燃煤固定炉排锅炉的燃料代号改成T或S(生物质)进行生产,图纸及生产工艺均没有做多修改,所以这类的生物质锅炉没有通过合理的设计。例如:煤与生物质是不同的燃料,特别是生物质颗粒燃料灰分低(1%~2%),挥发分含量很高(70%以上),所以燃生物质锅炉燃烧速度相比燃煤锅炉要快得多,因此炉膛燃烧位置也比燃煤锅炉靠前,很多固定炉排的生物质锅炉没有考虑到这一点;其次由于这类固定炉排生物质锅炉燃料投放大部分属于人工投放,炉门及炉排与燃煤锅炉无异,比较单一,造成燃料投放时过于集中,由于燃料水分较高,加上压块本身密实性也不好,很容易造成水分含量多,所以燃烧初期,容易不完全燃烧,冒黑烟现象经常发生,排烟损失较高同时也污染环境;生物质燃料燃烧的需氧量是一个动态过程,燃烧初期需氧量较少,全面燃烧需要大量的空气,燃烧殆尽时需要少量的氧气,然而大多设计时没有因为考虑到,而是选择不可调节的鼓风机。生物质锅炉的飞灰较高,容易照成烟管的磨损和积灰,对比燃煤锅炉和燃生物质锅炉的设计,二者没有任何区别,均采用同一经验数值,测试发现燃生物质颗粒锅炉,炉排底部固体不完全燃烧热损失较严重,主要是由于炉排间隙过大,颗粒生物质在燃烧过程中掉下底部出渣口,甚至在底部出渣口燃烧。
1.3生物质燃料的腐蚀和受热面
生物质燃料的主要特点之一是碱金属的含量很高,而碱金属在燃料燃烧的过轻中会以氯化物盐等形式进人气相,当与换热面接触后会发生冷凝井最终附着在换热管表面形成积灰[2]。而且,与硫氧化物发生反应后还会形成难以清除的硫酸盐类硬沉积物,特别是在炉膛出口的受热面部位尤其严重。碱金属沉积物的存在和不断生成不但会严重地影响换热效率,而且还会加大烟道流通阻力甚至阻塞管束,导致引风机能耗增加,此外,沉积物对换管也会造成腐蚀[2]。
2燃油锅炉改造成燃生物质锅炉
目前节能环保要求较高,部分企业为了节省生产成本和达到环保要求,将原有的燃油锅炉改烧燃生物质燃料锅炉如图1所示。
但这类改造的生物质锅炉未能达到节能环保的要求,主要原因在于:
(1)该类型锅炉由燃油锅炉改造成烧生物质燃料锅炉,但是由于生物质飞灰较多,容易造成烟管和后管板的磨损,同时不同于燃油锅炉,该类型锅炉也容易在受热面积灰,特别是在炉胆内,影响传热效果。
(2)生物质燃料的发热量低,炉内的温度水平低,不能有固定炉排的压火现象,组织稳定燃烧较困难,受到生产条件的限制(压力到停炉,压力低启动),锅炉烧烧停停,不完全燃烧热损失加大。
(3)自动控制差于燃油锅炉,大多数这类企业的生产工艺是当压力到达设定值时停炉,当压力低于设定值时点火起炉,锅炉没有持续燃烧,燃油锅炉可以反应迅速,适合符合波动较大的场合,但是燃烧生物质锅炉由于受燃烧状况的影响,往往升压较慢,影响生产工艺,为了达到快速上升的目的,点火初期会加大燃料投放和加大鼓风机来加大燃烧,往往会造成飞灰未完全燃烧便吹进锅炉,加大锅炉的磨损和积灰,锅炉冒黑烟现象也常有发生。
(4)由于生物质锅炉的燃料水分大,在炉膛内不能完全燃烧,以致在除尘器中发生燃烧,导致除尘器因高温而烧损。
3使用管理
生物质锅炉相对于燃煤锅炉燃料比较复杂多样,加上运行人员对生物质锅炉安全经济运行经验不足,往往会出现问题,笔者进行了大量的生物质锅炉能效测试,目前生物质锅炉使用管理方面主要的问题如下:
3.1没有按设计的燃料燃烧,由于各种燃料热值不一样,挥发分、灰分、水分等成分也不一样,燃烧起来特性也不一样,而生物质锅炉的入炉燃料多以混合料的形式为主,加之燃料掺配人员责任心不强,因此,入炉燃料的燃料品种比例随时都在变化,运行调整工作较复杂。由于追求经济利益最大化,因此一旦燃料入场把关不严或稍有松懈,就会在燃料中掺有泥土、细沙,这些细颗粒的物体进入到炉膛中在燃烧后随烟气流动,在锅炉烟气流速较快的省煤器弯头部位形成局部磨损,由于锅炉设计人员一般认为,草木灰的硬度远小于粉煤灰,且质地轻不易造成磨损,因而多数不设防磨装置。
3.2燃烧设备为固定炉排的手烧炉,此类锅炉普遍设计效率都偏低,受热面面积较少,并且尾部均未安装受热面(如省煤器、空气预热器)。
3.3锅炉容易结焦与积灰,没有得到及时的清理。据实验所得的数据:积灰层的导热系数为0.0581~0.116w/m2·℃,而锅炉受热面金属管壁的导热系数为46.5~58.lw/m2·℃,导热系数相差500~800倍。大多企业均忽视了清灰处理,造成能源的浪费叫。
3.4锅炉的燃烧状况均不理想,没有按设计的工况燃烧,在使用过程中,运行负荷、运行参数、燃用燃料是变动的,造成锅炉的各类热损失偏大。
3.5生物质锅炉为最近几年兴起的锅炉,燃烧方式及节能方法均有别于传统燃煤锅炉,然而现场测试过程中,极少有企业锅炉操作人员懂得生物质燃料锅炉的相关知识,燃烧过中造成无谓的浪费[3]。
3.6目前生物质锅炉普遍较小,这类锅炉普遍生存于小型企业及家庭作坊中,节能意识淡薄,管理人员参差不起甚至让一个毫无锅炉知识的人员烧锅炉,这样必定会导致锅炉的燃烧效率低下。
3.7由于环保要求较为严格,以及燃油气锅炉燃烧成本较高,部分企业将原有燃煤锅炉,燃油气锅炉,改造成燃生物锅炉,由于改造及调试不到位,导致改造后的生物质锅炉燃烧效率不高。
3.8锅炉水质日常管理不到位,靠水一侧也比较容易滋生水垢,造成传热面积减少及传热系数降低,从而导致锅炉效率偏低。
4结语
随着我国经济的快速发展,能源需求不断提高,环境也不断恶化,人们对节能环保的要求日趋增高。目前多大中城市已禁止燃煤锅炉的使用,取而代之的是燃油、燃气及电锅炉,这三种锅炉的运行成本高,设备投资性大,使很多用户不愿接受,因此生物质锅炉由于燃烧的生物质是绿色能源的一种,能够创造经济效益,有助于减排二氧化碳,缓解能源危机,越来越受到用户的亲睐。生物质锅炉不但助于我国应对气候变化、解决环境问题,同时可以部分解决企业的能源供应,节省企业的生产成本,提升企业的赢利能力,促进经济发展。但是生物质锅炉应该有合理的设计、改造、以及使用管理,才能发挥它应有的作用,促进社会节能环保事业的发展。
参考文献
[1]李双祥,李坚.国产生物质锅炉现状调查报告[J.]应用能源技术,2010,5:23-25.
[2]王建伟,徐琳,赵明海,栾慎勇.生物质锅炉的应用实践[J].工业锅炉,2013.4:46-48.
[3]刘庆,顾小楼,浅谈生物质锅炉的运行难点及对策[J].科学之友,2012,3:40-41. |