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孟豐平，樓錦杰
(金華市特種設備檢測中心，金華321015)
摘要：分析了金華地區發生的數例層燃燃煤鍋爐改燒生物質燃料引起的后管板滲漏事故的原因：DZL型層燃燃煤鍋爐改造為燒木屑、稻殼等生物質燃料后，燃燒由層燃為主變為室燃為主，原鍋爐的爐膛形狀、結構及受熱面布置將不能適應生物質燃料燃燒要求。提出了一些預防及改進措施，例如可增加爐膛容積、設置前置燃燒室或者在爐膛內增加輻射受熱面和對流受熱面，減小爐膛出口的喉口面積等。
0前言
近幾年，隨著煤炭價格的不斷上漲，為了降低生產成本，金華地區許多企業直接利用原有的層燃燃煤鍋爐改燒木屑、木柴、秸桿、稻殼等生物質廢棄物，不僅減少了燃料費用，而且減少了SO2的排放，同時解決了這些廢棄物的處理難題，具有很好的節能環保效益。但是也有一些層燃燃煤鍋爐改造為燃用生物質燃料后，由于種種原因，陸續發生了一些事故，其中，較常見的是DZL型鍋爐后管板滲漏事故。
本文通過對生物質燃料的特性、生物質燃料與煤的差別、生物質燃料對燃燒設備的特殊要求的了解，分析層燃燃煤鍋爐改燒生物質燃料引起的事故原因。
1事故概況
2008年9月，金華市特種設備檢測中心對金華地區DZL型鍋爐的后管板滲漏事故進行了統計，發現原先后管板滲漏事故大多是由于鍋爐失水或水處理不良引起，但隨著近幾年層燃燃煤鍋爐改燒生物質燃料情況的增多，有許多鍋爐后管板滲漏產生的原因有了新變化，現列舉較典型的幾個事故案例加以說明。
第一例是某工藝相框廠2005年3月安裝投運的一臺DZL 4—1.25一M型鍋爐。該鍋爐主要燃用本廠廢棄的木片、木屑、刨花等燃料，2006年8月鍋爐的后管板高溫側焊接煙管端部產生裂紋，多處已裂至管板，引起滲漏，鍋爐被迫報廢。第二例是某縣洗衣廠2007年10月安裝投運的一臺DZL 4一1.25一AⅡ型鍋爐，該鍋爐燃用制衣廠廢棄的布片、廢紗等，投運后鍋爐的后管板高溫側脹接煙管多次滲漏，復脹后超脹嚴重，無法補脹，2008年7月不得不更換了全部高溫側煙管，并將與管板連接方式由脹接改為焊接。第三例是某造紙廠2006年6月安裝投運的一臺DZL 4—1.25一AⅡ型鍋爐，該鍋爐燃用鋸板廠的木屑，投運后鍋爐同樣出現后管板高溫側脹接煙管多次滲漏、復脹后超脹嚴重無法補脹的問題，2007年10月不得不把煙管與管板連接方式由脹接改為焊接，但是2008年6月又發現煙管與管板焊縫多處產生裂紋而滲漏。
這幾起事故的鍋爐均為DZL型蒸汽鍋爐，原設計為層燃燃煤鍋爐，都是由用戶自行改燒生物質燃料；事故滲漏部位也都為鍋爐后管板高溫側脹接煙管(或焊接煙管)與管板連接處，連接處產生了嚴重的裂紋甚至引起管板開裂；進一步分析還發現，滲漏煙管在后管板高溫側的具體位置不同，上下、左右不一，而且沒有一定規律，這些事故與鍋爐失水有明顯區別。
2事故原因分析
由于生物質燃料燃燒過程與煤存在差異：生物質燃料密度小，結構松散，揮發分含量高，揮發分在250—350℃溫度下大部分析出；揮發分析出后疏松的焦炭容易隨著氣流進入煙道，所以通風不能過強；揮發分燃盡后，受到灰燼包裹的焦炭較難燃盡。所以生物質燃料鍋爐的設計要結合生物質燃燒的特點，如爐膛容積要大，燃燒擾動要充分，爐膛內受熱面布置要充分。為了保證鍋爐運行的安全性和經濟性，鍋爐本體各部分形狀、尺寸、相對位置都有一定要求，并且在受熱面的某些部位還應保證一定的煙氣和工質參數，諸如溫度、壓力、流速等，其中，爐膛形狀和容積大小對鍋爐安全經濟運行有很大影響。
目前，許多企業都直接利用DZL型層燃燃煤鍋爐燃燒生物質燃料，由于其原有的結構設計不適應生物質燃料，會產生許多問題，如：爐膛容積過小，容積熱負荷過大；爐膛出口溫度過高；煙氣量增加、流速過快，熱交換過強等。
2.1爐膛容積過小。容積熱負荷過大
在工業鍋爐中，爐膛容積熱負荷是燃燒設備的主要特性參數之一，所謂爐膛容積熱負荷qv是指單位容積爐膛所能發出的功率，或單位爐膛容積在單位時間內燃料燃燒放出的熱量。對于層燃爐來說，由于燃料的熱量主要在爐排面上放出，所以從燃燒的角度看，爐膛容積熱負荷只是一個控制性的指標，爐膛容積大小并不是影響燃燒效率的主要因素。但是對于室燃爐來說，爐膛容積熱負荷就十分重要，它影響著燃料在爐內的停留時間和爐膛的出口溫度。
爐膛容積熱負荷取得過高即爐膛容積設計得過小，燃料就會來不及燃盡就排出爐膛，過小的爐膛容積還會使受熱面的布置產生困難，減小爐內的輻射換熱量，導致爐膛出口溫度過高。
生物質燃料密度小、揮發分高，特別是木屑或稻殼等粉碎性燃料燃燒時燃料處于懸浮狀態，燃燒主要在爐膛空間進行；DZL型鍋爐作為層燃燃煤鍋爐改燒生物質燃料后成了室燃鍋爐。根據我國工業鍋爐專家的推薦，層燃鍋爐的爐膛容積熱負荷一般為230—350kW／m3，而小型室燃鍋爐的爐膛容積熱負荷一般要求為140—260kW／m3，這樣同一臺層燃鍋爐在同樣負荷條件下改為室燃鍋爐，其爐膛容積熱負荷要比推薦值大一倍左右，結果必然造成爐膛溫度升高，導致爐膛結渣，結渣后爐膛容積更小，爐膛溫度更高，形成惡性循環。另一方面爐膛容積熱負荷過高，燃料在爐內的停留時間縮短，許多焦粒和炭黑無法燃盡，還會造成整個火界后移，甚至引起尾部受熱面部位二次燃燒。
2.2爐膛出口溫度過高
2.3煙氣量增加、流速過快。熱交換過強
由于生物質燃料熱值較低(約為煙煤的一半)，在同樣負荷條件下鍋爐的實際燃料消耗量和所產生的煙氣量也相應增多；隨著煙氣流量增加，煙氣流速也將加快，對鍋爐受熱面的沖刷、擾動，強化了對流換熱，導致鍋爐局部受熱面熱交換過強。
由上述分析可知，DZL型層燃燃煤鍋爐改燒木屑、稻殼等生物質燃料后，燃燒狀態將由層燃為主變為室燃為主，原鍋爐的爐膛形狀、結構及受熱面布置將不能適應生物質燃料燃燒要求，從而產生各種不良后果。DZL型層燃燃煤鍋爐運行時，后管板經歷著高溫煙氣的輻射、對流和熱傳導的復雜過程；改燒生物質燃料后爐膛出口煙溫更高、后管板部位輻射換熱更強，加上煙氣流量增加流速變快，后管板煙管部位對流換熱強化，后管板的熱交換就會過強，溫度就會過高。如果鍋爐本身還存在質量問題，例如鍋爐制造(或修理)時焊接煙管未經預脹，與管板管孔間隙過大，焊接質量較差焊接殘余應力過大；一旦水處理不良受壓部件水側就會產生結垢等缺陷，引起鍋爐后管板高溫側超溫而產生滲漏事故。
3預防改進措施
為了避免DZL型層燃燃煤鍋爐改燒生物質燃料后頻繁發生事故，鍋爐的改造可增加爐膛容積，考慮設置前置燃燒室或者在爐膛內增加輻射受熱面和對流受熱面，還可以減小爐膛出口的喉口面積，在出口部位裝設向前吹的二次風，增加燃料在爐內的停留時間，加強擾動使焦炭燃盡。另外還應當減小鼓風量，防止鍋爐超負荷運行。
上述是筆者對DZL型層燃燃煤鍋爐改燒生物質燃料的一些建議，要從根本上解決問題，還是要針對生物質燃料的特性，開發適應各類生物質燃料的專用鍋爐，以實際行動貫徹國家節能減排政策。 |
