朱建軍

摘 要：文章介紹了一種新型的燃料為固體成型的生物質熱水鍋爐，結構簡單，緊湊，水循環(huán)可靠。針對燃料的特性采取特定的措施，合理的布置受熱面，層狀燃燒方式，燃料適應性廣。并對鍋爐的經(jīng)濟運行提出了一些建議。

關鍵詞：固體成型的生物質燃料；鏈條爐排層狀燃燒；自然循環(huán)；受熱面為全水管式鍋爐

1 概述

隨著社會對能源需求的日益增長，作為主要能源來源的化石燃料在迅速地減少。因此，尋找一種可再生的替代能源，成為社會普遍關注的焦點。生物質能是一種理想的可再生能源，它來源廣泛，每年都有大量的工業(yè)、農業(yè)及森林廢棄物產出。在目前世界的能源消耗中，生物質能消耗占世界總能耗的14%，僅次于石油、煤炭和天然氣，位居第四位。而在我們國家特別是北方地區(qū)玉米桿、稻殼等可再生資源資源非常豐富，用其代替或部分代替燃煤，能為用戶帶來豐厚的經(jīng)濟回報。

SZL4.2-1.0/95/70-T型組裝水管熱水鍋爐，采用雙鍋筒縱置式布置，燃燒方式用鏈條爐排。額定功率4.2MW，額定出水壓力1.0MPa，額定出水溫度95℃，鍋爐設計燃料為固體生物質燃料。爐膛兩側墻水冷壁采用膜式水冷壁結構；爐膛前、后墻水冷壁管向下延伸到爐排上部形成前后拱，這樣既增加鍋爐的密封性能，可有效降低爐墻外壁溫度，減少散熱損失，又增加了爐膛容積及受熱面，同時加固了后拱的強度。爐膛后為燃燼室、對流管束，尾部有省煤器。煙氣經(jīng)爐膛、燃燼室、對流管束、省煤器進入尾部煙道，通過除塵器、引風機、煙囪排入大氣。

本鍋爐分上下兩大件出廠，上部大件包括鍋爐本體、上部鋼架及上部爐墻，下部大件包括煤斗、鏈條爐排、下部爐墻及內部通風道，除前后拱管及其連接管現(xiàn)場裝配，部分磚墻及前后爐拱在現(xiàn)場砌筑外，其余部件均組裝出廠，尾部省煤器及煙風道隨爐配套出廠。尾部除塵器及其接管按照合同發(fā)貨。

該鍋爐的安全穩(wěn)定運行工況范圍：熱負荷： 70%-100%。

2 鍋爐規(guī)范

額定功率：4.2MW

額定出水壓力：1.0MPa

額定出水溫度：95℃

回水溫度：70℃

冷空氣溫度：20℃

試驗壓力：1.4MPa

輻射受熱面：26.08m2

對流受熱面：111.7m2

省煤器受熱面：139.52m2

爐排有效面積：7.7m2

排煙溫度：154℃

排煙處過量空氣系數(shù)：1.65

設計效率：82.4%

鍋爐水容量：7.5m3

金屬耗量：鍋爐本體9718 kg；鋼結構8203kg；爐排15593kg

總耗電量：53.35KW

3 對燃料的要求

該型鍋爐按生物質固體成型固體燃料（BBDF）進行設計。

進入本鍋爐的秸桿經(jīng)烘干，并制成塊狀或棒狀，因此本設計采用鏈條爐排的層狀燃燒方式，燃料適應性廣。

生物質固體成型固體燃料的特性如下：灰分：5～20%；水分：≤12%，低位發(fā)熱值：14650～16747KJ/Kg（3500～4000kcal/kg；密度：800～1100kg/m3；塊狀尺寸為32×32×（30～80），或棒狀尺寸為φ30×（30～80）。

4 鍋爐給水品質應符合GB/T1576-2008《工業(yè)鍋爐水質》的有關規(guī)定（見表1）

5 結構設計簡介

鍋爐整體型式為雙鍋筒縱置式自然循環(huán)鍋爐，為縮短安裝工期及基建投資，本鍋爐設計成組裝鍋爐，分上下兩大件出廠

針對生物質燃料的燃燒特性采取以下幾項改進措施。

5.1 鏈條爐排的層式燃燒：由于燃料經(jīng)烘干，并制成塊狀或棒狀，本鍋爐采用前軸驅動鏈條爐排的層式燃燒方式，著火條件好，燃料適應性廣。

5.2 采用較高的前拱和低而長的后拱：既可保證揮發(fā)份有足夠大的空間充分燃燒，又可保證固定碳在后拱區(qū)有較長的燃燒時間，以提高鍋爐燃燒效率。

5.3 合理的二次風系統(tǒng)：由于該燃料揮發(fā)分高，燃燒速度快，為防止空氣與可燃氣體混合不均勻，使煙氣中的碳氫化合物分解，在爐膛燃燒區(qū)設計了二次風噴嘴。后拱出口處的二次風除了使煙氣與空氣充分混合外，還可將爐膛高溫煙氣推向前拱區(qū)，有利于燃料的著火。二次風風道上都裝有調節(jié)閥門，可根據(jù)燃燒工況需要調節(jié)各組風量。

5.4 采用下部絕熱爐膛：在爐膛下部，前拱區(qū)及后拱區(qū)，都采用絕熱爐膛，以提高燃燒區(qū)的燃燒溫度，保證燃料的完全充分燃燒。

5.5 鍋爐兩側墻水冷壁采用膜式水冷壁結構；爐膛前、后墻水冷壁管向下延伸到爐排上部形成前后水冷拱，這樣既增加鍋爐的密封性能，又增加了爐膛容積及受熱面，同時加固了后拱的強度。

1）水冷系統(tǒng)：包括前后拱管、側水冷壁、對流管束、上、下鍋筒、下降管及集箱。

（1）鍋筒：上鍋筒直徑為900，厚14，長5300（不算兩端封頭），下鍋筒直徑為900，厚度為14，長2140（不算兩端封頭），材料均采用Q245R。下鍋筒通過兩個汽包支座擱在底盤上，后邊一個為活動支座。上下鍋筒中心距為2300，上鍋筒支承在焊接的水冷壁、對流管束上。上鍋筒內部裝有配水裝置和出水裝置，由省煤器集箱引出的回水經(jīng)4根φ89的管子進入鍋筒內φ159的配水管，配水管兩端留有半圓形出水口。上鍋筒內還裝設橫向隔板，使上升管與下降管隔開。在鍋筒的頂部裝有出水裝置，加熱后的熱水在鍋筒內混合后由出水裝置引出，供給用戶。下鍋筒內設有排污裝置。

（2）水冷壁：爐膛兩側采用膜式水冷壁結構，管子為φ51×4，節(jié)距為100。前、后墻水冷壁為φ51×3的管子共28 根，節(jié)距為120mm，前后墻水冷壁向下延伸，形成高而短的前拱和低而長的后拱。后拱傾角為10°，前后拱總覆蓋率達80%。

（3）燃燼室：兩側為φ51×4膜式水冷壁管子連接于上鍋筒與兩側集箱之間，管間距為100mm，貼后墻管有兩排共16根，連接于上下鍋筒之間，橫向管間距為110mm，管徑φ51×3。

（4）對流管束：上下鍋筒間由320根φ51×3的對流管束分別與上下鍋筒采用焊接連接，管間有一堵隔墻，煙氣成兩個回路橫向沖刷流動。

（5）省煤器采用流線型鰭片式鑄鐵省煤器，長度為1500 mm，材料為HT200。省煤器共64根省煤器管組成，回水由進水管流入省煤器，沿逆煙氣方向而上，然后再由出水管送入鍋筒。

2）爐墻部分：本爐為組裝鍋爐，采用輕型爐墻，鍋爐爐膛及燃燼室兩側全部采用輕質保溫材料，既加強了爐墻的保溫隔熱性能又減輕了鍋爐總重。后半部內層為耐火磚，外層為保溫材料。前后拱分別由前后拱管作骨架澆筑耐火混凝土組成，后拱的重量吊在兩個橫梁上，鍋爐的前后拱、前墻、中墻和下部爐墻在工地由安裝部門在用戶現(xiàn)場砌筑施工。

3）燃燒系統(tǒng)部分：燃燒系統(tǒng)包括煤斗、鏈條爐排、爐排傳動裝置。

本鍋爐鏈條爐排為大塊爐排片。爐排前后軸距為5.56m，有效寬度為1.6m，爐排下面劃分為5個獨立的風室，根據(jù)燃燒情況配風，進風方式為雙側進風，進風均勻。爐膛前部設有煤斗、煤閘門，用以調節(jié)進入爐排的料層厚度。爐排速度由減速箱控制調節(jié)。燒透的爐渣排入渣斗。

6 鍋爐管道系統(tǒng)及附件

鍋爐范圍內管道系統(tǒng)設計滿足TSG G0001-2012《鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》》及TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》（附錄B：鍋爐儀表配置要求）的要求。

鍋爐本體附件除放氣閥、出水閥、安全閥、排污閥外，還有測量儀表、壓力表、溫度計，測點應參照圖紙6T8150-0和現(xiàn)場具體情況而定。

7 輔機配套

用戶自己選配輔機時，各輔機的參數(shù)不能低于我廠輔機清單上輔機的參數(shù)，海拔高地區(qū)的風機參數(shù)應予以修正。

8 鍋爐按GB50273-2009《鍋爐安裝工程施工及驗收規(guī)范》進行安裝與驗收。

9 對于鏈條爐排鍋爐經(jīng)濟運行，應做到如下方面：（1）水質一定要符合標準，保證受熱面不結垢，提高換熱系數(shù)；（2）鼓引風機及循環(huán)水泵采用變頻控制；（3）控制排煙處過量空氣系數(shù)小于1.65；（4）定期吹灰，提高換熱效率；（5）鍋爐及系統(tǒng)杜絕跑、冒、滴、漏；（6）風機軸承和循環(huán)泵軸承的冷卻水盡可能循環(huán)利用。（7）鍋爐爐墻、煙風道、各種熱力設備、熱力管道及閥門應當密封和保溫，其表面溫度低于50℃，減少散熱損失。

總之，該鍋爐在河南洛陽某地運行已經(jīng)一年有余，各項指標都達到設計要求，受到用戶的好評，在設計上是成功的，其獨特新穎的結構特點對于其它爐型的生物質鍋爐也具有一定的參考價值。生物質鍋爐與一般工業(yè)鍋爐在結構形式上具有共同之處，但也有不同之處。生物質鍋爐的爐型根據(jù)燃料的不同，它的結構設計不同。在設計生物質鍋爐時一定要根據(jù)燃料的特點，設計出具有防腐蝕性、防結渣、防積灰等特性的生物質鍋爐結構型式，盡量減少生物質鍋爐在運行時可能出現(xiàn)的各種安全隱患。隨著能源危機的加劇及節(jié)能環(huán)保的意識增強，燃燒清潔燃料及可再生能源是未來的發(fā)展趨勢。促使我國的生物質鍋爐得到快速發(fā)展，促使我們生存的環(huán)境愈來愈美好。

參考文獻

[1]趙明泉，等編.鍋爐結構與設計.哈爾濱工業(yè)大學.

[2]金安定，曹子棟，等.工業(yè)鍋爐原理.西安交通大學出版社.