摘要：為改善環(huán)境，減少污染，鄭州北建筑段陸續(xù)將燃煤鍋爐改造為燃燒生物能(生物質(zhì)固體成型燃料)鍋爐。改造方案主要為利用原有或閑置的鏈條爐排燃煤鍋爐本體以及鍋爐附屬設(shè)備：鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、出渣機(jī)、省煤器、減速器、除塵器、鍋爐控制柜以及儀表閥門等，增加1套螺旋式生物質(zhì)顆粒燃料上料機(jī)、1套二次送風(fēng)設(shè)備及二次送風(fēng)管等，以減少鍋爐以及附屬設(shè)備的投資費(fèi)用。

　　鄭州鐵路局管內(nèi)鄭州地區(qū)各鐵路單位用于生產(chǎn)和生活供熱的鍋爐多為4t以下的燃煤鍋爐。為改善環(huán)境，減少污染，鄭州鐵路局于2009年和2010年各將1臺(tái)2t／h鏈條爐排燃煤蒸汽鍋爐改造為生物質(zhì)燃料蒸汽鍋爐，用于冬季供暖用汽和日常生產(chǎn)用汽。

　　1、生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)

　　生物質(zhì)燃料是可再生的碳源，具產(chǎn)量巨大、分布廣泛、低硫、低氮、生長(zhǎng)快、二氧化碳排放低的特點(diǎn)。

　　生物質(zhì)燃料燃燒主要由下面幾個(gè)條件控制：

　　(1)一定的溫度；

　　(2)一定量的空氣(氧氣)；

　　(3)燃料與空氣(氧氣)的混合程度；

　　(4)燃料中的可燃物與空氣中的氧氣進(jìn)行劇烈的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間。

　　生物質(zhì)燃料的著火溫度為250—400℃，比煤低(煤的著火溫度為400～500℃)，其溫度的提高由點(diǎn)火熱供給。生物質(zhì)燃料的燃燒過程是其可燃成分與空氣中的氧劇烈化合并放出熱量的過程，因而氧氣的供給量決定燃燒反應(yīng)的過程。通過對(duì)供氧量的控制，可以很好地控制其燃燒反應(yīng)。現(xiàn)運(yùn)行的生活及工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)若不加改造直接使用生物質(zhì)顆粒燃料，鍋爐將出現(xiàn)嚴(yán)重冒黑煙、效率低、有粉塵污染等現(xiàn)象。因此，燃用生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐需要加裝專門的二次送風(fēng)設(shè)備，增強(qiáng)進(jìn)氧，使其能充分燃燒，有效提高爐堂溫度，減少一氧化碳和煙塵的排放及熱量的流失。

　　2、鍋爐改造方案

　　(1)利用原有的鏈條爐排燃煤鍋爐本體以及鍋爐附屬設(shè)備：鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、出渣機(jī)、余熱回收裝置、減速器、布袋除塵器、鍋爐控制柜以及儀表閥門等等，減少鍋爐以及附屬設(shè)備的投資費(fèi)用。

　　(2)把原來(lái)進(jìn)燃料用的煤斗改制作成密閉式料斗。

　　(3)安裝1個(gè)生物質(zhì)顆粒燃料輸送儲(chǔ)料斗。

　　(4)安裝1套螺旋式生物質(zhì)顆粒燃料上料機(jī)，并在螺旋式上料機(jī)最上端與密閉式料斗連結(jié)的輸料管最上端位置開一個(gè)檢查孔，并安裝一個(gè)行程開關(guān)對(duì)螺旋式上料機(jī)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止進(jìn)行自動(dòng)控制。螺旋式上料機(jī)安裝時(shí)，輸料管與地面輸送儲(chǔ)料斗連接要有一定的傾斜角度。為了節(jié)約鍋爐房占地面積，同時(shí)又符合鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范的工藝布置要求，輸料管的傾斜角≤60°為宜。螺旋式上料機(jī)安裝如圖1。

　　(5)在鍋爐側(cè)部安裝1套二次送風(fēng)設(shè)備及二次送風(fēng)管。二次送風(fēng)管一根通向鍋爐爐膛，一根通向密閉式料斗，以保證燃料燃燒所需足夠的氧氣，達(dá)到完全燃燒的目的。二次送風(fēng)設(shè)備安裝如圖2。

　　(6)鍋爐改造應(yīng)注意的問題

　　①爐前端凈距不得小于3m。因?yàn)槁菪缴狭蠙C(jī)安裝后，地面輸送儲(chǔ)料斗與鍋爐前段之間的距離為1.9m(以2t／h鏈條爐排燃煤蒸汽鍋爐為例)，如果小于3m，不便于操作和檢修。

　　②生物質(zhì)燃料不宜露天存放，應(yīng)有防雨、防風(fēng)、防腐等措施。另外，生物質(zhì)燃料在儲(chǔ)存過程中，要經(jīng)常檢查燃料的溫度，以防溫度過高引起自燃。

　　3、環(huán)保除塵的選用

　　目前，在工業(yè)尾氣排放時(shí)使用的除塵形式主要有：濕式除塵和干法除塵兩大類，生物質(zhì)燃料鍋爐出口的粉塵很細(xì)、溫度高。考慮到部分粉塵直接從煙囪排出。為避免以上現(xiàn)象，本系統(tǒng)除塵工藝選用布袋除塵器，該除塵器維護(hù)費(fèi)用低，使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，目前使用長(zhǎng)壽命布袋除塵器已經(jīng)成為趨勢(shì)。

　　4、煙氣余熱回收裝置

　　在運(yùn)行過程中排煙的排煙溫度一般在200℃以上，排煙熱損失在鍋爐熱損失中大約占到5%-8%左右，對(duì)這部分余熱的回收能有效的提高能源利用率，是節(jié)能的重要部分。翅片管換熱器因其具有耐高溫性、耐腐蝕性以及容易除垢性等優(yōu)良的換熱性能，成為了余熱回收中的常用類型換熱器。

　　生物質(zhì)鍋爐煙氣余熱回收?qǐng)A形翅片管換熱器傳熱參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試分析建立了翅片管換熱器殼程側(cè)煙氣流動(dòng)的三維模型，利用翅片管換熱器的周期性和對(duì)稱性模擬了翅片管換熱器殼程側(cè)煙氣的流動(dòng)過程與傳熱特性，得出溫度、速度和壓力場(chǎng)，并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比較。在此基礎(chǔ)上分析了煙氣進(jìn)口速度、翅片高度和翅片間距對(duì)換熱過程的影響，具體包括：

　　（1）煙氣進(jìn)口速度、翅片間距和翅片高度三個(gè)影響因素中，煙氣進(jìn)口速度對(duì)換熱的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)因素，而翅片間距的影響次之，翅片高度對(duì)換熱的影響較小。

　　（2）只改變煙氣進(jìn)口速度時(shí)，得到隨著進(jìn)口煙氣速度由2.6m/s增大到6.6m/s，殼程側(cè)的以最小截面處煙氣速度計(jì)算的Re數(shù)從10176上升到25207，平均換熱系數(shù)變大，但流動(dòng)過程的壓降由248Pa增加到1407Pa，說明增大進(jìn)口速度能提高換熱效率同時(shí)也帶來(lái)了能耗的增大；改變翅片間距時(shí)，翅片間距變小則使得翅片管換熱器的換熱性能增強(qiáng)；單單改變翅片管高度，得出翅片高度對(duì)換熱性能的影響并非單調(diào)，其影響和翅片間距有關(guān)。

　　（3）通過三參數(shù)三水平三參數(shù)全部實(shí)驗(yàn)?zāi)M，可以得到在同一速度水平下，翅片間距和翅片高度比s/hf=0.4時(shí)，換熱器的殼程側(cè)換熱系數(shù)達(dá)到最佳，說明這樣的結(jié)構(gòu)有利于傳熱的進(jìn)行，同時(shí)還得到當(dāng)速度Vin=6.6m/s，換熱器的平均換熱系數(shù)為138.75W/m~2K，達(dá)到最大值。

　　（4）為研究翅片類型對(duì)換熱過程的影響，本文通過在不同進(jìn)口流速下整體板狀翅片和圓形翅片的模擬對(duì)比，得出整體板狀翅片管換熱器在煙氣進(jìn)口速度為4.6m/s的工況下，換熱系數(shù)K為100.42W/m~2K，小于圓形翅片管換熱器，且流動(dòng)阻力系數(shù)f為0.1125，相對(duì)于圓形翅片管要大，說明整體板狀翅片管換熱器阻力損失較大。

　　5、生物質(zhì)燃料鍋爐的優(yōu)缺點(diǎn)

　　5.1優(yōu)點(diǎn)

　　(1)生物質(zhì)燃料鍋爐燃燒穩(wěn)定，起火快、火焰高、上氣快，運(yùn)行狀態(tài)良好，鍋爐熱效率高。

　　(2)改變以往的燃燒方式，SO2、煙塵和氮氧化物的排放量小，燃料的燃燼率比煤的燃燼率高，渣排量小。

　　(3)生物質(zhì)燃料為可再生能源產(chǎn)品，有利于國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能環(huán)保政策的落實(shí)。

　　5.2缺點(diǎn)

　　(1)由于生物質(zhì)燃料的著火溫度比煤低得多，鍋爐暫時(shí)停爐時(shí)不能壓火，鍋爐點(diǎn)火后需要連續(xù)運(yùn)行，鍋爐每日運(yùn)行的時(shí)間比燃煤鍋爐運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)，因此，燃料消耗量比煤多。

　　(2)當(dāng)接到減少用汽或暫停用汽的通知需要暫時(shí)停爐時(shí)，必須將爐排上的燃料燒盡，并排渣干凈，否則容易引起倒燃而使燃料斗里的燃料著火。

　　6、生物質(zhì)燃料鍋爐運(yùn)行時(shí)的注意事項(xiàng)

　　從生物質(zhì)燃料鍋爐運(yùn)行3年來(lái)的情況來(lái)看，生物質(zhì)燃料鍋爐運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　　(1)根據(jù)鍋爐運(yùn)行時(shí)實(shí)際燃料的消耗量調(diào)整螺旋式上料機(jī)的燃料供給量。

　　(2)爐膛內(nèi)的燃料未燃盡，鼓、引風(fēng)機(jī)不得停止運(yùn)行。

　　(3)運(yùn)行中突然停電時(shí)，必須及時(shí)清除爐膛內(nèi)的燃料。

　　(4)停爐前，不得再添加生物質(zhì)燃料。

　　(5)停爐時(shí)，無(wú)需封火，爐排上燃料燃盡后，鼓、引風(fēng)機(jī)方可停止運(yùn)行。

　　(6)由于生物質(zhì)燃料灰渣中含有較高的硅、氯及鉀、鈉等堿金屬，灰熔點(diǎn)較低，容易在爐膛內(nèi)結(jié)渣、結(jié)焦或沉積于受熱面，嚴(yán)重影響燃燒生物質(zhì)鍋爐的傳熱，甚至造成腐蝕，影響鍋爐的運(yùn)行。因此，需要定期清理爐膛、折煙室和煙管內(nèi)的積灰和灰渣。