肖震
山东第一医科大学附属滨州市人民医院 山东滨州 256600
摘要：减少化石能源消耗，大力开发可再生清洁能源，已成为我国社会可持续发展的迫切需求。为了响应国家的环保政策，落实燃煤锅炉替代工作，某企业于2018年2月对一台在用燃煤链条炉排液相有机热载体锅炉进行了燃用生物质颗粒的改造并取得成功。
关键词：燃煤锅炉；生物质改造；策略
1 锅炉概况及燃料特性分析
该锅炉为YLW-14000MA卧式链条炉排液相有机热载体锅炉，燃用煤种为二类烟煤，于2011年4月安装完毕并投入运行。主要运行参数:循环泵出口压力0.8 MPa，供/回油温度为316℃/308℃。改造后将燃用由白杨和柳木制成的生物质颗粒燃料，燃料的特性分析见表1。
表1 燃料特性分析表
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从表1可知，与Ⅱ类标煤相比，柳木和白杨颗粒燃料的收到基氮、硫、灰分的含量较低，其中，氮元素含量约为Ⅱ类烟煤的14%，硫元素含量约为Ⅱ类烟煤的2.5%，灰分含量约为Ⅱ类烟煤的6%，但挥发分含量却约为Ⅱ类烟煤的2倍。
2 锅炉改造
与煤炭相比，生物质颗粒的挥发分较高，而且其中的碳多与氢结合成低分子量的碳氢化合物，遇热即可析出，所以颗粒的着火点低，燃烧容易。生物质颗粒在燃烧初始阶段即析出大量可燃气体，因此，必须提供足够的氧气和较大的燃烧空间，否则，燃烧不完全会产生黑烟。因此，针对生物质颗粒的燃烧特性，同时兼顾改造项目的经济性，我们着重对锅炉的燃烧系统和烟气系统进行了改造，改造后的锅炉系统示意图见图1。
图1 YLW-1400MA锅炉燃成型生物质颗粒烟气系统
1—锅炉2—风机3—余热锅炉4—空气预热器5—多管除尘器6—湿电除尘器7—烟囱8—炉膛侧墙风9—炉膛顶二次风10—前拱三次风
2.1 锅炉前拱改造及增设三次风
针对生物质颗粒的燃烧特性，对炉膛前拱进行增大前拱角度、缩短长度的优化设计，增大了炉膛的容积，满足了颗粒燃烧大炉膛空间的需求。
在前拱处增设三次送风，三次风取自湿电除尘器前的引风机出口端，风机型号为Y9-19N05.6C，电机功率为7.5 k W。当锅炉燃烧工况发生变化时，三次风机的开度随着引风机负荷的变化而实现自动调节。三次风的引入加强了燃烧时炉膛内气流和颗粒物的扰动，促进燃料充分燃烧，更重要的是实现了烟气的再循环。由于再循环烟气温度较低，含有H2O和CO2等比热容较大的三原子分子，降低了主燃区温度，从而减少了热力型NOx的生成，而且再循环烟气稀释了炉膛中的氧体积分数，相当于降低了助燃空气中的氧分压，使燃烧反应速率下降，抑制了热力型NOx的生成。
2.2 炉膛增设侧墙风
在锅炉炉膛的两侧墙增设吹风管，每侧吹风管共有2排，上面一排为横向水平布置，下面一排与水平成25°角，下排风管距炉排1 400 mm。侧墙风来自锅炉的鼓风机送风，开度为手动调节。侧墙风的作用有:侧墙风与前拱处的三次风共同作用，进一步加强了燃烧时烟气与颗粒物的扰动，促进颗粒的完全燃烧;其二，通过直接向燃烧区域补充空气，实现立体多层次送风，优化了炉膛配风，进一步保证了燃料的充分燃烧，也降低了风机能耗。侧墙风管口也制作成鸭嘴状并缩进墙面以防止烧损。
2.3 增设清灰门
与燃煤相比，生物质颗粒燃烧时产生的飞灰量较大，尾部受热面的积灰量也将增多。当对流管表面有灰沉积时，导致管壁传热较差，锅炉的排烟温度会随之升高，当积灰严重时会导致管排间堵塞，容易造成炉膛正压，锅炉运行的安全得不到保障。鉴于此，在两侧炉墙各增开了两个清灰门，便于在停炉或检修时，及时清理对流管束上的积灰。
2.4 设置湿电除尘器
一些燃煤锅炉在改烧生物质颗粒后，原布袋除尘器经常出现滤料堵塞、黏袋的情况，滤袋老化快损坏率高，基本上不到半年就得更换，运行维护成本较高。而且，经常出现因滤料损坏烟气颗粒物浓度和黑度超标的问题。
通过比较分析，最终决定拆除布袋除尘器，换成对灰尘适应性广泛的湿式电除尘器。湿式电除尘器的除尘性能与灰尘特性无关，对细微颗粒物能有效捕集，具有无二次扬尘、除尘效率高、压力损失小、无运动部件以及基本免维护、结构紧凑占地面积小等优点。湿式电除尘器在生物质烟尘的净化上有着一定的优势。
3 二次改造与锅炉运行
3.1 投运后发现的问题
锅炉燃生物质颗粒后8个月左右，开始出现炉膛正压、排烟温度逐渐升高等异常情况。最后，将引风机调到最大开度，炉膛正压问题也得不到解除，且排烟温度一度超过270℃，锅炉运行存在很大的安全隐患。
生物质颗粒燃烧过程中，颗粒中的碱金属、硫和氯元素析出后发生复杂的化学反应，生成低熔点的硫酸盐或氯化物等化合物，当烟气温度达到或超过其熔点时，化合物便开始变软、融化，以液态形式存在。沾有液态硫酸盐或氯化物的灰在烟气携带下，接触受热面时温度降低便凝固在管壁上，形成初始沉积层。初始沉积层中含量较高的碱金属和碱土金属类硫酸盐，又进一步与管壁金属发生化学反应，进而造成金属表面腐蚀。当较大灰粒在气流的惯性力作用下，撞击到管壁上的初始沉积层时，因飞灰表面含具有较强粘性的钾，很容易被管壁上初始沉积层捕获，使焦渣越来越厚。柳木和白杨木质颗粒的灰熔融点为950℃左右，若炉膛出口烟气温度低于灰熔融点时，灰分在受热面上的沉积速度将变慢，由于飞灰保持固态，粘结性也将大大降低，即使管壁积灰也较易清理。因此，控制炉膛出口烟气的温度，是解决锅炉燃生物质颗粒时烟灰结焦问题的主要方法。
3.2 二次改造
针对以上运行问题对锅炉进行了二次改造，主要改造内容为:
(1)更换第一对流管束。材质选用耐腐蚀的12Gr1Mo V钢;
(2)锅炉顶部增设二次风装置(见图1中的序号9)。二次风入口集箱规格为219×4，材料为Q235-B。风管沿炉膛横向布置与炉顶水平面成65°夹角，共21根，规格为45×4，材料为1Gr18Ni9Ti，风机型号为9-19M05A，电机功率7.5 k W。
二次改造后，最终将炉膛出口烟气温度控制在790℃左右，彻底解决了对流管束结焦和腐蚀的问题。增设二次风后，虽然排烟处过量系数略有增大，但由于是在炉膛烟气温度较高的区域送入二次风，风量不大且锅炉是负压运行，风机也采用了变频装置，所以，对锅炉的能效影响很小。
与此同时，(1)加强对入库生物质颗粒燃料的品质管理，对燃料中夹带的细沙、石块等杂质要严格控制;(2)根据炉膛烟气温度的变化，适时地调整二次风的吹入量，让烟气的温度既能保证炉膛内的稳定燃烧，又不高于灰的熔融点，由此来达到控制灰的熔融，减少灰的凝结。
4 结束语
锅炉二次改造完毕后即投入运行，至今锅炉运行状况良好，没有再发生炉膛正压、对流受热面结焦、受热面腐蚀等问题，尤其是烟气排放达到了的预期改造效果，经多次检测合格均达到环保的要求。实际运行表明，该台燃生物质颗粒锅炉的运行是安全可靠的，经估算，与燃用天然气锅炉相比，每年可节约燃料成本110万元，从经济和环保角度而言，实现了企业和社会的共赢。
参考文献
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