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摘要：為改善環境，減少污染，鄭州北建筑段陸續將燃煤鍋爐改造為燃燒生物能(生物質固體成型燃料)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備：鼓風機、引風機、出渣機、省煤器、減速器、除塵器、鍋爐控制柜以及儀表閥門等，增加1套螺旋式生物質顆粒燃料上料機、1套二次送風設備及二次送風管等，以減少鍋爐以及附屬設備的投資費用。
鄭州鐵路局管內鄭州地區各鐵路單位用于生產和生活供熱的鍋爐多為4t以下的燃煤鍋爐。為改善環境，減少污染，鄭州鐵路局于2009年和2010年各將1臺2t／h鏈條爐排燃煤蒸汽鍋爐改造為生物質燃料蒸汽鍋爐，用于冬季供暖用汽和日常生產用汽。
1、生物質燃料的特點
生物質燃料是可再生的碳源，具產量巨大、分布廣泛、低硫、低氮、生長快、二氧化碳排放低的特點。
生物質燃料燃燒主要由下面幾個條件控制：
(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行劇烈的化學反應時間。
生物質燃料的著火溫度為250—400℃，比煤低(煤的著火溫度為400～500℃)，其溫度的提高由點火熱供給。生物質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的過程。通過對供氧量的控制，可以很好地控制其燃燒反應。現運行的生活及工業鍋爐的結構若不加改造直接使用生物質顆粒燃料，鍋爐將出現嚴重冒黑煙、效率低、有粉塵污染等現象。因此，燃用生物質顆粒燃料鍋爐需要加裝專門的二次送風設備，增強進氧，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備：鼓風機、引風機、出渣機、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備的投資費用。
(2)把原來進燃料用的煤斗改制作成密閉式料斗。
(3)安裝1個生物質顆粒燃料輸送儲料斗。
(4)安裝1套螺旋式生物質顆粒燃料上料機，并在螺旋式上料機最上端與密閉式料斗連結的輸料管最上端位置開一個檢查孔，并安裝一個行程開關對螺旋式上料機電動機的啟動、停止進行自動控制。螺旋式上料機安裝時，輸料管與地面輸送儲料斗連接要有一定的傾斜角度。為了節約鍋爐房占地面積，同時又符合鍋爐房設計規范的工藝布置要求，輸料管的傾斜角≤60°為宜。螺旋式上料機安裝如圖1。
(5)在鍋爐側部安裝1套二次送風設備及二次送風管。二次送風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，達到完全燃燒的目的。二次送風設備安裝如圖2。
(6)鍋爐改造應注意的問題
①爐前端凈距不得小于3m。因為螺旋式上料機安裝后，地面輸送儲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生物質燃料不宜露天存放，應有防雨、防風、防腐等措施。另外，生物質燃料在儲存過程中，要經常檢查燃料的溫度，以防溫度過高引起自燃。
3、環保除塵的選用
目前，在工業尾氣排放時使用的除塵形式主要有：濕式除塵和干法除塵兩大類，生物質燃料鍋爐出口的粉塵很細、溫度高。考慮到部分粉塵直接從煙囪排出。為避免以上現象，本系統除塵工藝選用布袋除塵器，該除塵器維護費用低，使用壽命相對較長，目前使用長壽命布袋除塵器已經成為趨勢。
4、煙氣余熱回收裝置
在運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，對這部分余熱的回收能有效的提高能源利用率，是節能的重要部分。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。
生物質鍋爐煙氣余熱回收圓形翅片管換熱器傳熱參數進行了測試分析建立了翅片管換熱器殼程側煙氣流動的三維模型，利用翅片管換熱器的周期性和對稱性模擬了翅片管換熱器殼程側煙氣的流動過程與傳熱特性，得出溫度、速度和壓力場，并與實測數據相比較。在此基礎上分析了煙氣進口速度、翅片高度和翅片間距對換熱過程的影響，具體包括：
（1）煙氣進口速度、翅片間距和翅片高度三個影響因素中，煙氣進口速度對換熱的影響要遠遠大于其它兩個因素，而翅片間距的影響次之，翅片高度對換熱的影響較小。
（2）只改變煙氣進口速度時，得到隨著進口煙氣速度由2.6m/s增大到6.6m/s，殼程側的以最小截面處煙氣速度計算的Re數從10176上升到25207，平均換熱系數變大，但流動過程的壓降由248Pa增加到1407Pa，說明增大進口速度能提高換熱效率同時也帶來了能耗的增大；改變翅片間距時，翅片間距變小則使得翅片管換熱器的換熱性能增強；單單改變翅片管高度，得出翅片高度對換熱性能的影響并非單調，其影響和翅片間距有關。
（3）通過三參數三水平三參數全部實驗模擬，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，換熱器的殼程側換熱系數達到最佳，說明這樣的結構有利于傳熱的進行，同時還得到當速度Vin=6.6m/s，換熱器的平均換熱系數為138.75W/m~2K，達到最大值。
（4）為研究翅片類型對換熱過程的影響，本文通過在不同進口流速下整體板狀翅片和圓形翅片的模擬對比，得出整體板狀翅片管換熱器在煙氣進口速度為4.6m/s的工況下，換熱系數K為100.42W/m~2K，小于圓形翅片管換熱器，且流動阻力系數f為0.1125，相對于圓形翅片管要大，說明整體板狀翅片管換熱器阻力損失較大。
5、生物質燃料鍋爐的優缺點
5.1優點
(1)生物質燃料鍋爐燃燒穩定，起火快、火焰高、上氣快，運行狀態良好，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)生物質燃料為可再生能源產品，有利于國家能源結構調整和節能環保政策的落實。
5.2缺點
(1)由于生物質燃料的著火溫度比煤低得多，鍋爐暫時停爐時不能壓火，鍋爐點火后需要連續運行，鍋爐每日運行的時間比燃煤鍋爐運行的時間長，因此，燃料消耗量比煤多。
(2)當接到減少用汽或暫停用汽的通知需要暫時停爐時，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、生物質燃料鍋爐運行時的注意事項
從生物質燃料鍋爐運行3年來的情況來看，生物質燃料鍋爐運行時應注意以下幾點：
(1)根據鍋爐運行時實際燃料的消耗量調整螺旋式上料機的燃料供給量。
(2)爐膛內的燃料未燃盡，鼓、引風機不得停止運行。
(3)運行中突然停電時，必須及時清除爐膛內的燃料。
(4)停爐前，不得再添加生物質燃料。
(5)停爐時，無需封火，爐排上燃料燃盡后，鼓、引風機方可停止運行。
(6)由于生物質燃料灰渣中含有較高的硅、氯及鉀、鈉等堿金屬，灰熔點較低，容易在爐膛內結渣、結焦或沉積于受熱面，嚴重影響燃燒生物質鍋爐的傳熱，甚至造成腐蝕，影響鍋爐的運行。因此，需要定期清理爐膛、折煙室和煙管內的積灰和灰渣。 |
