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一、生物質顆粒燃料來源、加工工藝流程和特點
物質燃料鍋爐是采用高密度的壓縮成型生物質作為鍋爐的燃料,由于燃料的壓縮密實,限制了揮發分溢出速度,所以生物質燃料燃燒主要由下面幾個條件控制:一定的溫度;一定的空氣(氧氣);燃料與空氣(氧氣)的混合程度;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。由于生物質燃料的燃點為250℃,其溫度的提高由點火熱供給。生物質燃料的燃燒過程是燃料中的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,可以很好地控制燃燒反應。另外,生物質燃料很有一定的水分,并且生物質燃料是經過壓縮成型的,它的壓縮密實,限制了揮發分溢出速度,不易著火燃燒的形成黃色明亮的火焰,容易冒黑煙。所以現運行的生活及工業鍋爐的結構不適合直接使用生物質顆粒燃料,若不加改造直接使用生物質顆粒燃料,鍋爐將出現冒黑煙、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送風設施,在充分保證燃燒生物質“顆粒”供氧量的要求下,鍋爐進風量可以進行調整。生物質顆粒鍋爐的技術關鍵是:高密度生物質“顆粒”壓縮成型加工設備與連續性生產的自動生產線、鍋爐結構、燃燒方式、換熱方式、送風方式突破傳統模式。
二、物質燃料鍋爐的運行
生物質燃料鍋爐的運行與燃煤鍋爐的運行一樣,根據不同的鍋爐規格型號設置不同的燃燒設備。但由于生物質顆粒燃料是經過壓縮成型的,水分大、密度高、揮發分溢出速度慢,不易著火燃燒,容易冒黑煙。所以要保證生物質燃料燃燒完全,即:要使燃燒設備與所用燃料相適應;要從提高爐膛溫度、改善燃燒來減少不完全損失;要從燃料空氣比例,煤層厚度,爐排速度,爐膛負壓和過量空氣系數等來進行調節和控制;在運行中要加強檢查、維護和保養。
生物質直燃發電技術也常規火力發電技術的區別主要有兩點,同時也是兩大技術難點,一時燃燒設備,二是上料系統。生物質的燃燒設備主要有:堆裝燃燒、爐排式燃燒鍋爐、懸浮鍋爐、和流化床燃燒鍋爐。目前,爐排式燃燒鍋爐該技術在國外被廣泛應用,有成功的運行經驗。在國內已經建成和投運了25太機組,目前運行良好。振動爐排鍋爐為自然循環、單汽包、但爐膛、平衡通風、室內布置、全鋼架結構、底部支撐結構型鍋爐。鍋爐汽水系統采用自然循環,爐膛外集中下降管結構。該鍋爐采用“M”型布置,爐膛和過熱器通道采用全封閉的模式結構,很好地保證了鍋爐的密封性能。過熱蒸汽采用四級加熱,三級噴水減溫方式,使過熱器溫度有很大的調解裕度,以保證鍋爐蒸汽參數。尾部豎井內布置有兩級省煤器、一級高壓煙氣冷卻器和兩級低壓煙氣冷卻器。空氣預熱器布置在煙道以外,采用水冷加熱的方式,有效地避免了尾部煙道的低溫腐蝕。
由于生物質燃料是經過高壓低溫壓縮加工成型的顆粒狀燃料,水分大,體積大,燃料之間相互碰撞阻力大,所以在安裝螺旋式上料機時要注意以下幾個方面:螺旋式上料機安裝時,輸料管與地面下儲料斗連接時要有一定的傾斜角度。但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,所以輸料管的傾斜角≤60°為宜。在燃料經過螺旋式上料機的螺旋軸轉動下通過輸料管進入到密閉式料斗時,由于燃料層厚度受煤閘門的限制。因此,為了避免燃料進入的太多,造成燃料在密閉式燃料斗和輸料管內積壓,并影響燃料通過煤閘門。可以在螺旋式上料機最上端與密閉料斗連接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。當密閉式料斗和輸料管內的燃料積壓時,可以自動切斷螺旋式上料機電動機電源,而使螺旋式上料機停止工作;當密閉式燃料斗和輸料管內的燃料缺少時,自動連接螺旋上料機電源,使螺旋上料機開始工作,往輸料管密閉式料斗內輸送燃料。由于生物質燃料是高揮發分燃料,燃料的燃燒速度比煤快,并且燃燒所含的灰分比煤低,燃料的燃盡率比煤高。生物質燃料的燃盡率可達到96%,而煤的燃盡率在85—94%之間。所以生物質燃料在燃爐中的燃燒溫度能達到1060℃以上。因此根據鍋爐負荷情況,正確調整生物質燃料層的高度及爐排轉,是為了最大的提高鍋爐熱效率的一項措施。一般燃煤鍋爐的煤層厚度控制在100—140毫米之間,負荷高時加高煤層厚度,負荷低時減低煤層高度。爐排機轉速一般情況下可控制在250—400轉/分鐘,最高不超過450轉/分鐘,以維持煤燃料的足夠燃燼時間。而生物質燃料的燃點低、揮發分高、燃燒速度快、燃燼率高、燃燒溫度高。所以根據生物質鍋爐經過一個采暖期運看,我們認為生物質燃料鍋爐的煤層厚度一般控制在130—150毫米之間,負荷高時可加高燃料層厚度,負荷低時減低燃料層厚度。爐排機轉速一般情況下可控制在300—500轉/分鐘,最高不超過550轉/分鐘。以便維持生物質燃料足夠的燃燼時間。如果爐排機轉速過慢,容易引起倒燃而使燃料斗里的燃料著火。所以在鍋爐運行要隨時觀察爐排上燃料燃燒的情況,如燃料斗里的燃料有著火現象,應及時加大爐排機轉速,以消除燃料斗里的燃料著火情況。
一、生物質能在能源系統中的地位
生物質能一直是人類賴以生存的重要能源,目前,全世界約有25億人的生活能源依靠生物質能,僅次于煤炭、石油和天然氣,居世界能源消費總量的第四位,在整個能源體系中占有重要地位。煤炭、石油、天然氣是化石能源,究其根源也是由生物質能轉變而來的。專家認為,生物質能極有可能成為未來可持續能源系統的組成部分。預計到本世紀中葉,采用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的40%以上。因此,專家稱生物質能為21世紀的綠色能源。
目前,生物質能技術的研究與開發已成為國際重大熱門課題之一,受到世界各國政府與科學家的關注。許多國家都制定了相應的開發研究計劃。我國既是一個人口多的農業大國,又是一個經濟迅速發展的國家,面臨著經濟增長和環境保護的雙重壓力。改變能源生產和消費方式,開發利用生物質能等可再生的清潔能源資源,對建立可持續的能源系統,促進國民經濟發展和環境保護具有重大意義,尤其對我國的農村地區更具有特殊意義。因此,生物質能優質化轉換利用勢在必行。
二、生物質能與常規能源相比的三大優點
生物質能具有資源豐富、開發方便、含碳量低的特點。
第一,資源豐富。它是人類可以利用的最豐富的能源之一,我國是農業大國,農林廢棄物特別豐富,可以說取之不盡,用之不竭。
第二,開發方便。地球上,只要有農作物和樹林的地方,就可以就地開發利用,農村更具有利用的價值。
第三,清潔能源。在開發和利用生物質能時,原料易燃燒,污染少,灰分較低,廢渣、廢水、廢氣少,也沒有噪音。更重要的是,不會影響生態平衡。三、開發適合國情的生物質能燃料和設備
在加拿大、瑞典、芬蘭等歐美國家,生物質能鍋爐使用的燃料仍停留在木質顆粒燃料上,原因是農作物秸稈及野草質類的顆粒燃料含鉀等成分高,容易結渣,他們現有的生物能供熱設備和技術不能解決結渣問題,影響設備自動燃燒的正常運行,不得已摒棄秸稈燃料,使用木質燃料。國外專家的研究方向是用基因技術改良秸稈、野草類植物的成份含量,降低顆粒燃料的結渣成分,來保證生物質能鍋爐的燃燒過程正常運行。我國利用生物質能如果直接引用國外現有的設備和技術,顯然不符合國情,而基因改造秸稈的技術距離現實和大規模推廣還遠。
北京老萬生物質能科技公司對自己提出的要求是:既要利用國內現有的生物資源,又要解決自動燃燒的難題。科研人員從我國樹木少、農作物秸稈多的國情出發,確定了生物質能鍋爐以秸稈、樹木類等為生物質燃料的方向。他們與國外專家合作,經過潛心鉆研,克難攻堅,研制出了秸稈顆粒和塊狀燃料的科學加工技術,開發了采用這些燃料的自動燃燒生物質能鍋爐。經過清華大學熱能研究所和熱能工程系聯合檢測,老萬生物質能鍋爐的燃燒效率達到99%,熱效率達到86.07%,各項環保指標都達到了歐洲現行的排放標準。
老萬自動燃燒生物質能鍋爐系列產品隨后通過了國家農業部科教司主持、全國著名專家組成的鑒定委員會的鑒定。評價是設計獨特,結構新穎,造型美觀,自動供料,燃燒充分,屬高新技術產品。其技術國內領先,達到國家先進水平。該技術在解決生物質燃料燃燒結渣和焦油處理上實現了重大突破,填補了我國生物質能高效利用和燃燒的空白。
這正是:小企業擁有高技術,小企業干出大名堂。
四、實現“低消耗、低排放、高效率”,造福百姓
老萬生物質能產品是目前國內外高效利用生物質能的佼佼者。其技術特點和主要優勢有三點:
1 高效便利性
(1)生物質燃料的高效性:老萬公司研發的成型(顆粒、塊狀)燃料,是將農、林廢棄物如玉米秸稈、棉花稈和鋸末等,經過粉碎、烘干、篩選、高壓成型制成的高密度顆粒燃料和壓塊燃料,容積密度大,1000~1100公斤/立方米,具有較高的強度。這種燃料表面細致光滑,發熱量高達3700~4200大卡/公斤,起火速度快,燃燒效率達99%,熱效率達86%以上。它的燃燒性能已經相當于中質煙煤,而硫和灰分等有害物質的含量卻相當低,勝于煙煤。這種再生能源最清潔且廉價,國際公認是化石能源的最佳替代物之一。
(2)鍋爐的便利和安全舒適性:老萬生物質能鍋爐采用先進的自動控制清潔燃燒技術,核心技術在于燃燒器。燃燒器由主燃室和副燃室組成,采用二、三次風火焰擾動和獨特的火焰導流混合燃燼技術。以溫度為控制點,自動點火、自動進料、自動排灰,自動化程度較高,提高了燃料的燃燼率和鍋爐熱利用率。在運行中基本是每日加一次料和倒一次灰,不需要高深復雜的操作,非常便利。由于是常壓運行,強制排煙,又配備了泄壓閥、靜音風機、屏蔽水泵和超溫保護功能,安全性高,工作環境舒適。
2 環境保護性
(1)煙氣黑度和煙塵濃度低:燃料在燃燒中迅速釋放的揮發成份沒有得到充分燃燒時,未燃燼的含炭煙塵被煙氣帶出,就造成煙氣黑度高,煙塵濃度高。老萬生物質燃料的燃燒性能相當于中質煙煤,而二氧化硫和灰分等排放物卻大大低于煙煤。同時,生物質能鍋爐創造了先進的自動控制清潔燃燒技術和火焰導流混合燃燼技術,使燃料在爐內充分燃盡,減少煙塵的產生,消除了黑煙。2008年1月22日,北京京環科環境保護設備檢測中心檢驗結果表明,老萬鍋爐的S02、煙塵排放、氮氧化物等化學排放指標遠遠低于歐洲環保標準,煙氣黑度小于林格曼1級,二氧化碳排放減少100%!所有指標完全符合北京市《鍋爐大氣污染物排放標準》。
(2)燃燒后的灰渣不存在二次污染:由于燃料全部使用秸稈生物質原料,在成型燃料的加工過程中也不添加任何化學成分和添加劑,所以,燃料燃燒之后全部變成了草木灰,既可當做肥料,也可回收作為建筑材料,不帶來二次污染的問題。
3 經濟節能性
老萬生物質能鍋爐使用的燃料純粹是顆粒燃料或壓塊燃料,極大地提高了燃料的燃燼率和鍋爐的熱利用率,其熱能利用遠高于燃煤的利用率。這一綠色的能源無論是用于取暖、炊事、洗浴,都非常適宜。
以采暖為例,假設一家有150平米的房間面積,如果使用顆粒燃料,一個采暖期大約需要4~6噸,按850元/噸計算,每平米采暖費是23~34元。如果使用壓塊燃料,一個采暖期大約需要5~7噸,按500元/噸計算,每平米采暖費17~23元。如此看來,生物質鍋爐取暖費和集中供暖、燃煤取暖費用相當,遠遠低于使用燃油爐、燃氣爐和電采暖的費用。
[關鍵詞]:鍋爐,污染,生物質燃料,環保
一、引言
我國能源生產結構中煤炭比例始終在67%及以上,煤炭是我國能源的主體。目前,我國已探明煤炭可采儲量約1145億噸,年消耗燃煤12億~15億噸,其中大多數直接作為燃料被消耗掉,以煤炭為主的中國能源結構可開采煤炭儲量約能使用150年。另外,以煤為主的能源結構直接導致能源活動對環境質量和公眾健康造成了極大危害。
二、生物質固體成型燃料簡介
生物質固體成型燃料(簡稱生物質燃料,俗稱秸稈煤)是利用新技術及專用設備將農作物秸稈、木屑、鋸末、花生殼、玉米芯、稻草、稻殼、麥秸麥糠、樹枝葉、干草等壓縮碳化成型的現代化清潔燃料(目前國內外常用的生物質成型工藝流程如圖1),無任何添加劑和粘結劑。既可以解決農村的基本生活能源,也可以直接用于城市傳統的燃煤鍋爐設備上,可代替傳統的煤碳。其直徑一般為6cm~8cm,長度為其直徑的4~5倍,破碎率小于2.0%,干基含水量小于15%,灰分含量小于1.5%,硫和氯含量一般均小于0.07%,氮含量小于0.5%。在河南省,生物質燃料是政府重點扶持的新農村建設項目之一。
三、生物質燃料燃燒技術
根據試驗研究及測試資料,生物質燃料燃燒特性為:生物質揮發物的燃燒效率比炭化物質快。燃燒著火前為吸熱反應;到著火溫度以后,生成氣相燃燒火焰和固相表面燃燒的光輝火焰,為放熱反應。具體的燃燒性能見表1。
生物質燃料專用鍋爐燃燒原理如下:
①生物質燃料從上料機均勻進入高溫裂解燃燒室,著火后,燃料中的揮發份快速析出,火焰向內燃燒,在氣(固)相燃燒室內迅速形成高溫區,為連續穩定著火創造了條件;
②高溫裂解燃燒室內的燃料在高溫缺氧的條件下不斷地快速分解為可燃氣體,并送往氣相燃燒室內進行氣相燃燒;
③在氣相燃燒的同時,90%以上揮發份被裂解為炙熱燃料,由輸送系統輸送到固相燃燒室內進行固相燃燒,完全燃燒后的灰渣排往渣池或灰坑;
④在輸送過程中,小顆粒燃料和未燃盡的微粒在風動的作用下于氣(固)相燃燒室內燃燒;
⑤從多個配氧處可按比例自動調配、補充所需量的氧氣,為爐膛出口的燃燒助燃,完全燃燒后的高溫煙氣通往鍋爐受熱面被吸收后,再經除塵后排往大氣。
生物質燃料燃燒的特點為:
①可迅速形成高溫區,穩定地維持層燃、氣化燃燒及懸浮燃燒狀態,煙氣在高溫爐膛內停留時間長,經多次配氧,燃燒充分,燃料利用率高,可從根本上解決冒黑煙的難題。
②與之配套的鍋爐,煙塵排放原始濃度低,可不用煙囪。
③燃料燃燒連續,工況穩定,不受添加燃料和捅火的影響,可保證出力。
④自動化程度高,勞動強度低,操作簡單、方便,無需繁雜的操作程序。
⑤燃料適用性廣,不結渣,完全解決了生物質燃料的易結渣問題。
⑥由于采用了氣固相分相燃燒技術,還具有如下優點:
a從高溫裂解燃燒室送入了氣相燃燒室的揮發份大多是碳氫化合物,適合低過氧或欠氧燃燒,可達無黑煙燃燒及完全燃燒,可有效地抑制“熱力――NO”的產生。
b在高溫裂解過程中,處于缺氧狀態,此過程可有效地制止燃料中氮轉化為有毒的氮氧化物。
四、環境影響分析
生物質燃料燃燒污染物排放主要為少量的大氣污染物及可綜合利用的固體廢棄物。
(1)大氣污染物
生物質燃料纖維素含量高,為70%左右;硫含量大大低于煤;燃料密度大,便于貯存和運輸;產品形狀規格多,利用范圍廣;熱值與中質煤相當,燃燒速度比煤快11%以上,燃燒充分、黑煙少、灰分低、環保衛生;另在采取配套的脫硫除塵裝置后,大氣污染物排放種類少、濃度低。根據河南德潤鍋爐有限公司對生物質固體成型燃料專用鍋爐的研究:生物質燃料燃燒后可實現CO2零排放,NOx微量排放,SO2排放量低于33.6mg/m3,煙塵排放量低于46mg/m3。新建使用生物質燃料鍋爐大氣污染物排放控制指標執行《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2001)中燃氣鍋爐的排放標準。查閱該標準可知,燃氣鍋爐排放標準為:SO2≤100mg/m3、煙塵≤100mg/m3。生物質燃料鍋爐燃燒后大氣污染物排放濃度遠低于國家標準。
(2)固體廢棄物
生物質燃料鍋爐燃燒固體廢棄物主要為燃燒后的灰分,可以回收做鉀肥,資源綜合利用。
五、環境效益分析
生物質燃料的環境效益主要體現在以下幾方面:
(1)生物質燃料代替煤等常規能源,能減少大氣污染物的排放量,有效改善城鄉空氣環境質量。生物質燃料中硫的含量不到煤炭的1/10,其替代煤燃燒能有效地減少大氣中二氧化硫的排放量;由于生物質在燃燒過程中排出的CO2與其生長過程中光合作用中所吸收的一樣多,所以從循環利用的角度看,生物質燃燒對空氣的CO2的凈排放為零。煤炭與生物質固體燃料的污染物燃燒排放比較見表2。
(2)燃燒后的固體廢物可綜合利用
灰分可以回收做鉀肥,實現“秸稈――燃料――肥料”的有效循環。
(3)合理處理廢棄的農作物,降低對環境的影響
僅秸稈而言,我國每年農作物秸稈產重約為7.06億千噸,河南省每年達7000萬千噸,占全國的1/10。若秸稈等廢棄的農作物自然腐爛,將產生大量的甲烷,通常認為甲烷氣體的溫室效應是二氧化碳的21倍。將廢棄的農作物做成燃料,既變廢為寶,節約資源,又可減排溫室氣體,保護環境。
六、結論
生物質燃料利用廢棄的農作物作為原料,可實現就地取材、就地生產,降低了農業廢棄物運輸成本與運輸過程中的污染,其產品具有節能、環保、保護不可再生資源等特點。生物質燃料生產的工藝、方法符合我國目前建設節約型社會要求和可持續發展的國策,具有突出的社會效益、經濟效益和環境效益,有很好的實用性和推廣價值,對緩解我國能源緊張和環境污染具有重大意義,有著廣泛的市場前景和應用空間。
參考文獻:
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[2]江淑琴 生物質燃料的燃燒與熱解特性[J] 太陽能學報,1995
目前,生物質直接燃燒技術是最簡便、最具潛力的生物質資源有效利用方式之一。但由于生物質燃料與化石燃料相比,在物理、化學性質等方面存在著較大的差異,因此對燃燒設備的設計要求和燃燒方式的選擇也不同于化石燃料。
二、生物質燃燒的特性
了解生物質燃料的組成成分,有助于對其燃燒特性的研究,從而進一步科學、合理地開發利用生物質能。
由上表可以看出,生物質燃料組成成分的特點是:(1)生物質含水分多,含硫量低;(2)生物質含碳量少,固定碳含量更少,熱值普遍偏低;(3)生物質含氧量高,揮發份明顯較多;(4)生物質灰份少、密度小,尤其是農作物秸稈。因此,生物質燃料的燃燒過程是強烈的化學反應過程,又是燃料和空氣間的傳熱、傳質的過程,主要分為揮發份的析出、燃燒和殘余焦炭的燃燒、燃盡兩個獨立的階段。
三、生物質燃料直接燃燒技術
直接燃燒是目前最簡便的生物質能源轉化技術,即將生物質直接作為燃料燃燒,燃燒過程所產生的能量主要用于發電或集中供熱。作為燃料的生物質包括各種農林業廢棄物、城市生活垃圾等。
目前,生物質直接燃燒技術主要有以下幾種:
3.1生物質直接燃燒流化床技術
采用流化床技術開發生物質能是考慮到流化燃燒效率高,有害氣體排放少,熱容量大等一系列優點,適合燃用水分大、熱值低的生物質燃料。
生物質直接燃燒流化床技術是采用細砂等顆粒作為媒體床料,以保證形成穩定的密相區料層,為生物質燃料提供充分的預熱和干燥熱源;采用風力給料裝置,使生物質燃料均勻散布在床層表面,有助于燃料的及時著火和穩定燃燒;采用稀相區強旋轉切向二次風形成強烈旋轉上升氣流,可以使高溫煙氣、空氣和生物質物料顆粒混合強烈,并延長物料顆粒在爐內的停留時間;采用稀相區后設置臥式旋風燃燼室,使可燃氣體和固體顆粒進一步燃盡,同時可以將煙氣中所攜帶的飛灰、床料分離下來,減輕尾部受熱面和除塵設備的磨損。現在我國部分鍋爐廠家與高等院校合作,已開發出甘蔗渣、稻殼、果穗、木屑等生物廢料的流化床鍋爐,并取得成功運行。
3.2生物質直接燃燒層燃技術
生物質直接燃燒層燃技術使用的燃料主要可分為農林業廢棄物及城市生活垃圾,由于這兩種生物質燃料的燃燒特點不同,因此,所設計的層燃鍋爐結構也有所不同。
3.2.1農林業廢棄物焚燒技術
一般農林業廢棄物的揮發物含量高,析出速度快,著火迅速,而固定碳的燃燒則比較慢,因此對于此類鍋爐的設計主要采用采用風力吹送的爐內懸浮燃燒加層燃的燃燒方式。農林業廢棄物進入噴料裝置,依靠高速噴料風噴射到爐膛內,調節噴料風量的大小和導向板的角度以改變草渣落入爐膛內部的分布狀態,合理組織燃燒。為了使大量快速析出的揮發分能及時與空氣充分混合,在噴料口的上部和爐膛后墻布置有三組二次風噴嘴,噴出的高速二次風具有很大的動能和剛性,使高溫煙氣與可燃物充分地攪拌混合,保證燃料的完全充分燃燒。比較難燃燒的固定碳則下落到爐膛底部的往復爐排上,繼續燃燒。通過合理地組織二次風,形成合理的爐內空氣動力場,可使生物質中的大顆粒物及固定碳下落到爐排較前端,使燃料在爐排上有較長的停留燃燒時間,保證固定碳的完全充分燃燒。
3.2.2城市生活垃圾焚燒技術
目前我國中小城市生活垃圾一般含水量較大,著火困難,直接燃燒具有一定難度,所以燃燒時可摻入一定比例的煤,或者對垃圾進行預處理。我公司生產的城市生活垃圾鍋爐使用的是經過消解過的垃圾,燃燒時不須摻煤。消解垃圾經抓斗送到料斗內,垃圾經推料裝置送至往復爐排上,往復爐排前部經熱空氣加熱干燥后著火燃燒。為了使大量快速析出的揮發分能及時與空氣充分混合,我們在后拱下部及前拱上部各布置有一組二次風噴嘴,噴出的高速二次風具有很大的動能和剛性,使可燃氣體與高速二次風充分混合,保證了揮發份的充分燃燒。往復爐排分三級驅動,每級可分別調整爐排的往復運動速度,這樣可使燃料在爐排上有較長的停留燃燒時間,保證固定碳的完全充分燃燒。
推入的燃料量通過調節給料機的推料速度來控制。燃料在往復爐排上的燃燒時間通過調節往復爐排的移動速度來控制。為了使燃料層在爐排上有自翻身撥火作用,往復爐排采用傾斜16°的布置方式以及爐排三級之間設置了合理的落差,使燃料從前向后推動前進的同時有一個下落翻動過程,在上級爐排落至下級時有一個較大的翻滾,起到自撥火作用,有利于完全燃燒。為了保證燃料的及時著火和燃燼,設計有較高的前拱和低而長的后拱,高前拱區為垃圾的燃燒提供了足夠的空間,低而長的后拱有利于燃料的燃燼。
往復爐的配風與燃煤鍋爐也有較大不同。干燥階段風量僅占一次風量的15%左右,主燃區風量占75%以上,而燃燼區風量僅占10%左右。為了保證揮發分大量集中析出時的完全及時充分燃燒,必須有占總風量15-20%以上的風量作為二次風,本設計的二次風可幫助燃料析出的揮發分在爐膛空間的燃燒,在每組二次風噴嘴的風道上裝有調節閥門,實際運行時可根據現場燃料的燃燒情況及時調節各段風量及每組的二次風量。
煙氣處理系統則采用半干式脫酸塔及布袋除塵器,能夠有效去除尾氣中有害氣體。
關鍵詞:煙梗;低速流化床鍋爐;研究分析
引言
本鍋爐采用特殊的循環流化床技術,以廢棄的煙梗作為燃料,使其變廢為寶,節省了大量化石燃料。本鍋爐針對煙梗的熱值低、含有焦油及煙堿等有害物特點,在循環流化床鍋爐爐膛后部串聯兩級燃盡室,煙氣在爐膛與燃盡室中呈“N”型流動,大大的延長了燃料的燃燒時間,能保證燃料中的揮發分燃燒充分,使得煙堿、焦油等有害物質充分分解燃盡。通過飛灰循環系統,使未燃盡顆粒參與循環燃燒,進一步提高了燃料的燃盡率,提高鍋爐熱效率。
1 低速流化床結構
鍋爐采用單鍋筒橫置式的自然循環水系統,煙梗由爐前螺旋給料機進入爐膛,經過加熱的一次風經布風裝置進入爐膛,兩者混合燃燒,煙氣在爐膛內向上流動至爐膛出口,然后轉180°進入第一燃燼室向下流動,至第一燃燼室出口再轉180°進入第二燃燼室向上流動,至第二燃盡室出口時,在水平方向轉90°進入旋風分離器,進行氣固分離,被分離下來固體顆粒,經U型閥送入爐膛進行循環燃燒。由旋風分離器中心筒出來的較潔凈的煙氣進入尾部煙道,自上而下依次經過蒸發受熱面、省煤器、空氣預熱器后,進入除塵器,最后經引風機由煙囪排出。
在第一、二燃盡室下部設計有積灰室,將慣性分離下來的灰收集起來。鍋爐的通風方式采用鼓風機和引風機的平衡通風方式。只有一次風通過空預器加熱,二次風為冷風。
2 設計參數及依據
鍋爐設計時,確定以下列數據作為設計依據。
2.1 設計參數
(1)額定蒸發量 15t/h。(2)額定蒸汽壓力 1.25Mpa。(3)額定蒸汽溫度 194℃。(4)給水溫度 104℃。(5)冷空氣溫度 20℃。(6)排煙溫度 158℃。(7)鍋爐設計熱效率 85.2%。(8)排污率 5%。(9)排煙處過量空氣系數 1.4。(10)一二次風配比 60:40。(11)安全穩定運行的工況范圍 70%~100%。(12)燃料消耗量 3632 kg/h。
2.2 設計燃料為:煙煤+煙梗
煙梗燃料特性如下:可燃基揮發份 Var=56.3%;低位發熱量 Qnet.v.ar=11300KJ/kg;收到基碳 Car=30%;收到基氫 Har=6.1%;收到基氧 Oar=29.8%;收到基氮 Nar=1.8%;收到基硫 Sar=1%;收到基水份 War=16.8%;收到基灰份 Aar=14.5%。
3 主要部件
3.1 鍋筒及內部裝置
鍋筒直徑φ1200mm,壁厚20mm,材料為Q245R(GB/T713)。鍋爐水位在鍋筒中心線處,水位最大波動值為±50mm。在鍋筒頂部安裝有兩只彈簧安全閥,在鍋筒上還設置有加藥、連續排污、緊急放水裝置,以及啟動、停爐時需要的再循環管座、水位平衡容器及水位計。
3.2 水冷系統
水冷系統由爐膛、燃燼室和對流管束組成。
(1)爐膛的高度×寬度×深度為11860mm×2050 mm×2460mm,爐膛采用光管加鰭片膜式水冷壁結構,水冷壁管子采用φ51×4、材料20(GB3087-2008),管子節距為100mm。膜式水冷壁結構的優點是密封性能好,減少漏風,提高鍋爐效率;可以采用敷管式輕型爐墻,節省筑爐材料。沿爐膛高度方向上布置多層剛性梁,保障整個爐膛的剛性,并能抵抗爐內正壓燃燒引起的水冷壁變形。
布風板標高為5275,在布風板上采用鐘罩式小風帽,風帽座材料采用1Cr18Ni9Ti,頭部材料采用ZG8Cr26Ni4Mn3N,精密澆鑄,錯列布置,使用溫度可達1100℃,具備較長的使用壽命。左、右側墻水冷壁在布風板處向左右形成8°的錐段,形成燃燒室密相區。
由于煙梗的揮發份很高,密度小,因而大量的可燃氣體和細粒子易被夾帶進入稀相區,需要與空氣及時混合。因此在爐膛稀相區下方設置高速噴入的二次風,二次風來自二次風機的冷風,風壓5000-6000Pa,形成強烈氣流,延長氣體和細小顆粒在爐內停留時間,加強可燃氣體和二次風的強烈混合,提高燃燒效率。
在水冷壁下集箱布置定期排污管路,在每個水冷壁下集箱布置二條定期排污管路;每條管路中串聯設置2只截止閥,截止閥均采用DN40。定排管路最終匯合于定期排污母管集箱。
(2)燃燼室布置于爐膛左側,由下行和上行煙道組成,四周為膜式水冷壁。
(3)對流管束布置于尾部煙道豎井中。從鍋筒引出2根φ219×8的大直徑集中下降管與對流管束的下集箱相通,保證對流管的供水,對流管由前后兩排φ60的排管及其每根上面焊接的15排φ32的管子組成,管排與水平方向的傾角為15度,其中的汽水混合物通過管排匯入出口集箱,最后通過導汽管匯入上鍋筒。
3.3 旋風分離器和返料器
燃燼室后部布置了一個旋風分離器,采用了進口水平煙道,使進入的煙氣進行離心分離,將氣固兩相流中的大部分固體粒子分離下來,通過料腿進入返料裝置,繼而送回燃燒室,分離后的較清潔的煙氣經中心筒,流入連接煙道,最后進入尾部對流受熱面。旋風分離器下端裝有返料器,用以回路密封并將分離器分離下來的固體物料,返回燃燒室,繼續參與循環與燃燒。
3.4 鋼架和平臺扶梯
該鍋爐采用框架式鋼制構架,構架按7度地震區設防,全部構件采用焊接連接。適合室內或半露天布置。鍋爐構架按其作用可劃分為三個部分,即頂板系統,柱、梁及支撐系統和平臺扶梯系統。頂板系統由頂板梁、水平支撐等組成,形成一個剛性較大的頂板梁格,用以完成對本體部分各部件的支吊。
柱、梁及支撐系統,承擔由頂板傳下來的載荷,并將其傳到基礎上,并且還要承受風、地震及水冷壁熱膨脹力等水平力的作用,根據鍋爐本體結構特點和受力形式,設有多片垂直框架和水平支撐,它們具有良好的強度、剛性和穩定性平臺扶梯的布置是以方便運行、檢修為原則,主要分布在鍋爐的兩側,采用雙通道環行布置。
整個鋼架共有8根鋼立柱,柱頂為整體式框架,用于吊掛水冷系統、尾部省煤器受熱面支撐于鋼架橫梁上,鍋爐全部重量通過橫梁、鋼柱傳遞到地基上,是典型的前吊后支結構。
3.5 爐墻
爐頂及省煤器穿墻管處采用特殊的密封結構,使鍋爐整體具有良好的密封性能。該爐爐膛部分采用敷管爐墻結構,外表面加外護板,尾部煙磨道下部采用輕型砌筑爐墻,耐火磚采用榫槽結構,外配鋼結構護架,以保證爐墻的密封性。燃燒室下部采用耐火可塑料現場搗打。鍋筒、流化床、下降管、集箱及空氣預熱器、熱風管道均采用不同的材料保溫,以減少鍋爐的散熱損失,也起到安全防護作用。
3.6 省煤器
鍋爐省煤器采用鋼管式,順列布置,以適應燃用生物質燃料灰分大,易結渣。管子規格為Φ32×3,材質為20(GB3087)。為了防止磨損在前兩排裝有防磨罩,保證了鍋爐運行的可靠性。
3.7 空預器
空預器布置在對流豎井內,管束立式錯列布置。管子采用φ50×2,材料為耐腐蝕的10CrNiCuP(考登管)。
4 本鍋爐設計特點及關鍵技術
(1)煙梗屬于生物質燃料,易于燃燒,但與常規的生物質燃料相比,煙梗在燃燒過程中,有大量的焦油析出,需要較高的溫度和較長的燃燒時間才能燃燒充分。另外煙梗的揮發分高,需要及時提供充足的空氣,同時有足夠長的燃燒時間才能燃盡。本鍋爐在爐膛在爐膛后部布置了兩級燃盡室,相當于增加了爐膛高度,延長了焦油及其它揮發分的燃燒時間,同時在爐膛前后墻布置向下傾斜的二次風,加強擾動、及時補充空氣,提高燃燒效率。
本鍋爐使煙梗中的焦油在一次通過爐膛、燃燼室后,能基本燃盡,這樣進入尾部受熱面的煙氣不含焦油,降低飛灰在受熱面上的粘接性。本鍋爐采用飛灰循環燃燒系統,進一步降低飛灰含碳量,提高鍋爐熱效率。
(2)針對煙梗中含Na、K等堿金屬元素較多,燃燒后生成的粘接性強、易在受熱面上粘結的特點,本鍋爐采用以下措施,避免尾部受熱面積灰:a.尾部受熱面全部采用順列結構,省煤器不用鑄鐵式或螺旋鰭片結構,而采用鋼管式。b.設計合適的煙氣流速,避免灰在受熱面上沉積。c.在所有對流受熱面處均布置對生物質灰有效的吹灰器。
(3)本鍋爐爐膛下部澆注耐火耐磨澆注料,使該區域保持較高的溫度,利于煙梗燃燒,燃燼室則采用膜式壁結構,使煙梗有充分的燃燒空間和時間的同時,燃燼室溫度處于相對較低水平,避免生物質燃料燃燒后產生結焦、掛渣現象。
(4)空氣預熱器采用雙回程立式結構,為防止煙梗燃燒后空氣預熱器產生低溫腐蝕,管子材質采用耐腐蝕鋼。
(5)本鍋爐爐膛及燃燼室均采用全膜式壁焊接結構,旋風分離器及尾部煙道均采用輕型護板爐墻結構,密封及保溫效果好,散熱損失小,漏風少,鍋爐排煙熱損失小。
(6)旋風分離器分離下來的灰采用羅茨風機進行回送,返料順暢、可靠。
5 燃料適應性
本鍋爐在設計時,我們對布風系統、密相區受熱面、輔機選型等方面對燃料適應性都有考慮。使燃生物質流化床鍋爐可與煤、生物質混燒,或單獨燒任一種燃料。
當燃用煙梗時,采用爐前螺旋給料機向爐膛加料。同時可通過爐前給煤裝置向爐膛加煤,實現煙梗與煤的混燒。在爐膛的給煤和給料入口處均設置有播煤(料)風。
6 經濟性
關鍵詞:能源 生物質 焚燒發電
一、 由于生物質的分布是均勻分散的,所以建生物質發電廠的規模不能太大,否則會造成運輸路線過長,成本過大,進而影響電廠的經濟性;但也不能太小,太小則全廠熱效率底下,也是不經濟的。從已運行項目的經驗看,半徑50公里的范圍內的農林廢棄物即可滿足3萬千瓦的裝機容量燃料需求,此范圍大約為一個縣的管轄區域,所以可在每個有條件的縣建立一家生物質焚燒發電廠。考慮到發電廠運行的穩定性,宜設兩爐兩機的運行模式,裝機容量為2×15MW。如有供熱需求,汽輪機宜選抽汽凝汽式,如無供熱需求則選純凝式。目前國內可供選用的機組有兩種參數,分別是高溫高壓(540℃,9.8Mpa,后文叫高參數),次高溫次高壓(485℃,5.3Mpa,后文叫次高參數),2×15MW高參數機組配的鍋爐一般為2×65t/h;次高參數機組鍋爐一般配2×75t/h。生物質的低位發熱值綜合按2500kCal/kg計算。兩者比較參見下表:
注:鍋爐排污率選2%,廠內汽水損失選3%
二、 目前國內在運行的生物質發電廠,多選用次高參數,廠熱效率不高,在價格方面,雖然相同出力的機組,高溫高壓比次高溫次高壓的價格高,但全廠熱效率卻高出5個左右百分點,整體效能多出20%左右,也就是說耗用相同的燃料,高參數機組比次高參數機組要多發約20%的電。以2×15MW生物質電廠為例,高參數的主設備投資比次高參數多出大約1000萬元,如每年運行7000小時,發電上網電價按0.7元每度(含國家上網電價補貼0.25元每度),廠用電按10%計,則在消耗相同燃料的情況下,次高溫次高壓機組每年售電收入約為1.3億元,高溫高壓機組每年售電收入約為1.56億元,采用高參數機組每年可比次高參數機組多出近2600萬的利潤,不用半年即可收回多出的設備投資費用。所以生物質發電廠宜盡量選用高參數機組。
三、 目前以生物質為燃料的鍋爐主要有兩種類型,爐排爐和流化床爐。我國初期建的生物質發電廠均采用爐排爐,生物質直接成捆推入爐膛燃燒,由于生物質中含有的堿、氯、氮等物質,此類燃燒容易引發結渣、結灰和腐蝕等問題,且排放的煙氣NOx含量大,鍋爐熱效率低下,無論在經濟性上還是環保上鈞不大理想。流化床爐是后起的爐型,低溫燃燒可有效降低生物質燃燒過程產生的結渣、腐蝕、空氣污染等難題,其熱效率比爐排爐高,而造價大約只相當于爐排爐的一半。所以新建生物質發電廠,宜優先選用流化床鍋爐。
四、生物質電廠的建設除了要考慮交通運輸、供水、供電等問題外,燃料的收集和供應是必須要考慮的問題。
生物質燃料的主要是農林業廢棄物,存在著季節性強和收集運輸困難的特點。農作物收割后秸稈廣泛的分布在農村地區,且秸稈密度小、體積大、重量輕、不便于運輸;而林業木材、枝葉等林業廢棄物絕大部分分布在山區及林場,交通不便,收集工作量大。為了降低生物質收集與運輸的成本,參照糖廠蔗渣打包模式,可將松散的秸稈、樹枝和木屑等農林廢棄物經機械設備擠壓成為固體顆粒燃料,以提高生物質單位容積的重量和熱值,方便運輸和儲藏。
在對已運行的電廠進行考察,發現秸稈經破碎后入爐的許多生物質發電廠家還遇到了燃料入爐難的問題,使鍋爐難以達到額定出力。然而,生物質固體顆粒壓縮成型的應用可使上述難題迎刃而解,為生物質電廠安全生產做出有力的保障。具體在電廠燃料供應范圍內的各鄉鎮建立若干個加工點,這些加工點具有以下幾個好處:
1、收集不再難。生物質固體成型設備以小型(產量為0.5~1噸/小時)、價格在十萬元以內為宜,一家一戶即可買得起,放得下,干得了。在村莊里由農戶就地將秸稈加工成型,避免了秸稈遠距離運輸,使秸稈收集不再難。
2、儲存不再難。大量的分散的農戶加工使固體成型燃料分儲于農戶之中,就象千百家生物質“小煤礦”遍地開花,分散的儲存方法使儲存不再難。
3、運輸不再難。生物質固體成型燃料的密度通常為1噸/立方米左右,和煤差不多。可大批量集中運輸,使運輸不再難。
4、防火不再難。秸稈可能用一根火柴就能使其燃燒起熊熊大火,而壓縮成型后與空氣接觸的表面積大大變小,通常難以引燃,使其防火不再難。
5、入爐不再難。秸稈壓縮成型后,體積大幅度縮小,密度大幅度增加,不再象秸稈那樣輸送入爐時容易蓬住、卡住,使生物質燃料入爐不再難。
由于生物質壓縮成型燃料密度大,便于儲存和運輸和燃燒。但在生物質固體顆粒在成型過程中要耗費人力、動力、物力,造成進廠燃料成本會有一定的上升,但是也減少了廠內部分堆放場地,電廠運行順利且有保障,高出的部分價格還是劃算的。不建議過多壓低生物質進廠價,否則容易傷害農戶的積極性,燃料的價格制定應與當地的勞動成本相掛鉤,這樣才能保證燃料能收得進來。
與此同時,大力開發可再生能源也是我國節能減排的重要舉措。其中的一個重要路徑——生物質發電正進入快速發展的階段。根據國家能源局的規劃,到2015年生物質發電裝機規模將從目前的550萬千瓦提高1300萬千瓦,也就是說“十二五”期間我國將新建200-300座生物質發電廠。
小火電關停后遺癥
2011年3月國家發改委公布的《產業結構調整指導目錄》中明確規定淘汰所有的10萬千瓦及以下的小火電機組。隨著環保標準的提高,小火電關停范圍不斷擴大,在部分地區產生了一些問題。
由于北方不少地區的小火電都承擔著冬季供暖的重任,在沒有替代熱源的情況下,小火電關停后引發了當地居民的采暖問題。據調查,為保障供熱,一些城鎮平時處于停產狀態的小火電,到了冬季不得不重新開啟。因煤價上漲,燃煤小火電不得不依靠政府補貼而運行。
小火電機組每千瓦平均造價為6000元,除了服役期滿的以外,不少未到服役期限(有的投放時間才一兩年)的小火電也被納入了強制關停范圍,關停這些小火電造成電廠投資方很大的經濟損失,人員就業也受到影響。
小火電作為農村當地的小型支撐電源,是大電力系統的有益補充,既節省了大電源、遠距離輸電線路和輸配電系統的巨額基建投資,又對農村地區電網安全運行有重要意義,而且小火電機組在電力系統調峰過程中所具有的優勢是大電力機組所無法企及的。
由于這些問題,部分地區關停小火電遇到了較大困難。這就需要進一步尋找既能終止小火電的高耗能高污染、又能化解上述問題的更妥善的解決之道。
生物質電廠:促小火電重生
技術進步使燃煤小火電的“綠色轉型”成為可能,即改造成生物質電廠,實現熱電聯產。
生物質直燃發電技術全部采用生物質原料,在專用生物質蒸汽鍋爐中燃燒,產生蒸汽驅動蒸汽輪機,帶動發電機發電。生物質直燃發電技術與常規化石燃料發電技術相比,兩者的熱力系統、電力系統、水處理系統、除灰系統、供水系統和熱工控制系統基本相同,而不同之處主要在于燃料制備輸送系統和燃燒系統(包括鍋爐本體和部分輔機)。
因此,只要對燃煤小火電機組的這兩部分進行改造,使之適應生物質燃料的特點,高耗能、高污染的燃煤小火電廠就可以改造成以各種農林剩余物(如秸稈、樹枝等)為燃料的清潔、環保的生物質發電廠。這種實踐在國外早已開展,近十幾年來,丹麥把過去很多燃煤供熱機組都改成了燃燒生物質的熱電聯產機組,用于供熱的生物質鍋爐已達100多臺。
生物質能改造是燃煤小火電實現“綠色轉型”的重要途徑。改造的前提條件:一是農林剩余物資源必須可靠且收集半徑合理、當地燃料價格合理;二是小火電機組運行狀況良好,服務期不宜超過15年;三是電廠交通條件好,能夠承受較大的燃料物流壓力。
我國的小火電主要是燃煤機組(約占總量的68.2%),并且主要分布在山東、江蘇、河南、山西、遼寧、浙江、廣東、黑龍江、河北等10個省份。其中山東、江蘇、河南、河北、黑龍江等既是燃煤小火電最為集中的省份,又恰好是農作物秸稈資源豐富的農業大省。每年農忙時節大量秸稈因得不到有效處理,導致露天焚燒現象屢禁不止,嚴重影響著環境治理和交通安全。
在這些省區用生物質能改造燃煤小火電,不僅技術可行,而且存在著重大的社會效益和經濟價值,可以使能源供應、環境保護和經濟效益兼得,既讓小火電產業獲得了新生,又為秸稈禁燒找到了出路。
成功實踐
將燃煤小火電改造成生物質電廠的科研探索在我國幾年前就已開始,2011年終于取得技術突破,并成功應用到實踐中。山東銀河熱電廠與清華大學煤燃燒國家工程研究中心合作,利用農林剩余物替代煤炭實現了熱電聯產,率先實現了“綠色轉型”。
銀河熱電廠位于山東省德州市寧津縣,占地面積210畝,是2003年為解決寧津縣城區集中供暖問題而建設的燃煤熱電廠。電廠2005年投運后,因熱負荷不足和煤價上漲等因素一直處于虧損狀態,于2007年8月停產。寧津是有50萬人口、73萬畝耕地的農業大縣,電廠周邊50公里半徑內棉花種植達50萬畝。棉柴除少量用于老百姓炊事以外,其他都棄之田間地頭,可利用量達10萬多噸。此外,寧津是“中國桌椅之鄉”,全縣有上百家家具廠、上千家削皮廠,每天產生的樹枝、樹墩及下腳料達800多噸。銀河熱電廠周邊農林剩余物資源豐富,收購量能確保每天400噸以上。
2010年7月,匯豐生物能源集團與寧津縣政府達成協議,投資將燃煤電廠改造成生物質電廠。同年10月,停產3年多的銀河熱電廠恢復運行,在整個冬季供暖期間,在燃煤機組尚未改造的情況下,電廠從開始純燒煤到按20%、40%、60%、80%、100%的比例逐步提高生物質摻燒的份額。從改造技術、燃料成本、燃料供給三個方面看,銀河熱電廠改造成生物質電廠是完全可行的。
因此在2011年3月供暖結束后,銀河熱電廠即開始了燃煤鍋爐改造工作,使之能適應生物質燃料燃燒,滿足鍋爐設計出力和熱效率要求。此外還建設了年供應量在5萬噸的生物質燃料基地。不到3個月的時間,電廠改造全部完成,同年6月成功進行了并網試驗,并經過了大負荷的考驗。2011年11月,銀河熱電廠為城區首次實現了完全以農林剩余物為燃料的發電和集中供熱,2臺燃煤鍋爐已經成功地改造成了純燒生物質的鍋爐。
其實,銀河熱電廠改造前面臨的困境也正是很多地區小火電現狀的縮影。像這樣的燃煤小火電,在德州10縣3區有近20家,而在整個山東省則多達200家以上。這些燃煤小火電除企業自備電廠勉強運行外,其它都處于半停產狀態,只在冬季4個月開機運行以解決城鎮供暖問題。目前上網電價是0.415元/度,而由于煤價上漲等因素,發電成本已經高達0.5-0.6元/度,發電和供熱均虧損,完全靠政府補貼才能運行。銀河熱電廠的成功改造為這些小火電“綠色轉型”提供了樣板。
利用生物質能改造燃煤小火電在我國推廣的潛力很大。據統計,我國單機容量10萬千瓦及以下的小火電機組有1.15億千瓦,其中容量5萬千瓦及以下的小火電機組合計9130萬千瓦(占總容量的79.3%),容量2.5萬千瓦及以下的小火電機組合計5160萬千瓦(占全部小火電容量的44.9%)。
第一章產品概述.........................................................................................................................2
1、鍋爐結構簡介及系統概述................................................................................................2
2、燃燒過程............................................................................................................................3
3、技術特點............................................................................................................................3
4、主要技術參數及輔機........................................................................................................4
5、產品出廠............................................................................................................................4
第二章安裝說明書.....................................................................................................................4
1、鍋爐安裝說明....................................................................................................................4
2、經濟運行操作說明:........................................................................................................5
3、安裝準備............................................................................................................................5
4、鍋爐及輔機吊裝................................................................................................................6
5、鍋爐安裝............................................................................................................................6
6、輔機安裝............................................................................................................................7
7、鍋爐管道儀表的安裝........................................................................................................8
8、水壓試驗............................................................................................................................9
第三章使用說明書...................................................................................................................10
1、烘爐..................................................................................................................................10
2、煮爐..................................................................................................................................11
3、安全閥調整......................................................................................................................12
4、升火..................................................................................................................................13
5、供汽..................................................................................................................................14
6、并汽..................................................................................................................................14
7、鍋爐的運行管理..............................................................................................................14
8、排污..................................................................................................................................15
9、水質要求..........................................................................................................................16
10、鏈條爐排的運行管理....................................................................................................18
11、省煤器、除塵器的注意事項。....................................................................................19
12、停爐................................................................................................................................19
13、維護和保養....................................................................................................................20
14、使用管理.......................................................................................................................22
敬告用戶
——請司爐人員注意監視鍋爐的壓力和水位!
第一章產品概述
1、鍋爐結構簡介及系統概述
生物質能顆粒燃料是在燃料應用上的一項重大科研成果,它是利用秸稈、水稻稈、薪材、木屑、花生殼、瓜子殼、甜菜粨、樹皮等所有廢棄農作物,經粉碎-混合-擠壓-烘干等工藝,最好制成顆粒狀燃料。它的原材料分布廣泛,加工工藝先進,生物質能顆粒料以綠色煤炭著稱,是一種潔凈能源。作為鍋爐的燃料,它的燃燒時間長,強化燃燒爐膛溫度高,而且經濟實惠,同時對環境無任何污染,可代替木柴、煤、天然氣,是高效節能的環保產品。
新型DZL系列鍋爐為單鍋筒縱置式水火管鍋殼式鍋爐,燃燒設備為鏈條爐排。爐膛左右兩側水冷壁為輻射受熱面,爐膛兩翼為對流受熱面,鍋筒內布置螺紋煙管對流受熱面,針對生物質燃料特性設置了獨特的燃燒室和二次送風,強化了燃燒,前后拱采用耐熱混凝土整體澆注搗制成型新工藝,鍋爐主機外側為立體形護板外殼。
該系列鍋爐采用最新科研成果,如:拱形管板、螺紋煙管、八字形排管等,解決了鍋殼式鍋爐的管板裂紋,鍋筒下部鼓包、水冷壁爆管、熱效率低、出力不足、燃料適應性差等問題。
鍋爐及其系統的設計應符合國家有關節能法律、法規、安全技術規范及其相應標準的要求。鍋爐燃燒設備、爐膛結構設計合理,與設計燃料品種相適應,保證安全、穩定、高效燃燒。受熱面合理布置。選取合理、經濟的煙氣流速,減少煙氣側的阻力。合理設置檢修門(孔),便于受熱面清灰、清垢、保養和維修。當對流受熱面易積灰時,應當設置清灰裝置。鍋爐門(孔)、窺視孔、出渣口應當采用密封結構,保證鍋爐漏風系數在設計要求之內。
鍋爐房系統設計時,應當在保證安全性能的前提下,充分提高能源利用效率,減少水、電、自用熱以及其它消耗,促進熱能回收和梯級利用。鍋爐房設備布置時應當盡量減少管道、煙風道的長度及其彎頭數量,以減少流動阻力。一次風道宜采用圓形結構,并考慮其膨脹及吊掛支撐。
當用戶熱負荷波動較大且頻繁時,應當采取均衡負荷的措施,實現有效調節,多臺鍋爐的系統宜配置集中控制裝置,保證鍋爐運行平衡,處于經濟運行狀態。鍋爐介質參數的選取應當滿足使用要求,不應當使鍋爐的額定出口壓力和溫度與使用的壓力、溫度相差太大。
鍋爐輔助設備應當與鍋爐匹配,以滿足鍋爐及其系統高效運行的要求鍋爐的風機軸承、水泵軸承的冷卻水和水力除渣沖灰及采用水膜除塵器用水應當盡可能循環使用。
2、燃燒過程
燃料自煤斗落在爐排前部,隨著爐排運轉,燃料經過預熱干餾、著火、燃燼,料渣落入渣斗,由出渣機隨時排出爐外,煙氣在前、后拱間的喉部能形成渦流與空氣充分混合,并加熱前拱、改善著火條件,經拱上部出口煙窗進入兩翼對流管束,通過前煙箱進入螺紋煙管,經過省煤器、除塵器,由引風機引至煙囪排出。
3、技術特點
(1)采用拱型管板與螺紋煙管組成鍋筒,使鍋筒由準鋼性體變為準彈性體結構,取消了管板區的拉撐件,減少了應力。煙管由兩回程改為單回程,解決了管板裂紋的難題。
(2)鍋筒下部由于布置了八字形升管排和吸污裝置,消除了鍋筒底部的死水區,使泥渣不易沉積,解決了鍋筒下部鼓包的問題。
(3)采用高效傳熱螺紋煙管,獲得了強化傳熱效果,達到鍋爐升溫、升壓快的特點,提高了鍋爐的熱效率。
(4)結構緊湊,與同類型鍋爐比較,外形尺寸小,節省鍋爐房基建投資。
(5)運行穩定、調整方便、出力足。具有一定的超負荷能力。
(6)采用螺紋煙管強化傳熱,提高了傳熱系數和熱效率,由于煙氣在管內有擾動作用,煙管內不易積灰,起到自清掃的作用。
(7)獨特的燃燒室和雙層二次風設計、爐膛內采用了耐熱混凝土整體澆注的高效節能爐拱,改善了煤著火條件,采用了獨立風室,達到了合理布風,使爐膛內形成一個有利于燃燒的空氣動力場,使得燃燒溫度高、燃燒效率高(95%)。
(9)鍋爐的爐拱、出口煙窗部分均有一定除塵作用。使鍋爐的原始排塵
濃度控制在標準以下,保證了鍋爐煙塵排放達到國家環保規定的指標。極低的排放指標,可與燃氣鍋爐相比。
4、主要技術參數及輔機
DZL系列產品包括:額定蒸發量0.5t/h~10t/h,額定蒸汽壓力1.0(1.25、1.6)MPa,額定蒸汽溫度184℃(194℃、204℃)。
鍋爐參數及輔機見鍋爐總圖。
5、產品出廠
(1)該系列鍋爐6噸及以下為整裝出廠,大于6噸鍋爐主機和燃燒設備分件出廠,現場組裝。
(2)鼓風機、引風機、上煤機、出渣機、除塵器、省煤器、電控臺、平臺扶梯、閥門、儀表、煙風道接管等,按圖紙配套出廠或按合同規定出廠。
(3)提供技術文件和隨機圖紙二份,產品質量合格證一份。
第二章安裝說明書
為了您的權益,在安裝使用本鍋爐前,請您持本鍋爐所附的相關文件,到當地鍋爐安全監察機構辦理安裝、使用手續。
關鍵詞:合同能源管理;林木生物質;融資;節能
作者簡介:張彩虹,北京林業大學經濟管理學院統計系學科負責人,教授,博士生導師。
中圖分類號:F326.2;DF4 文獻標識碼:A doi:10.3969/j.issn.1672-3309(x).2013.02.10 文章編號:1672-3309(2013)02-23-03
一、合同能源管理的定義
合同能源管理,在國外簡稱EPC(Energy Performance Contracting),在國內廣泛地被稱為EMC(Energy Management Contracting),是20世紀70年代,起源于西方發達國家的一種全新節能模式。
它是指能源服務公司與用能單位以契約形式約定節能目標,能源服務公司提供節能服務,用能單位以節能效益支付能源服務公司投入及其合理利潤。其基本框架是用能單位將本單位的節能工作外包給能源服務公司,不需要事先支付改造和服務費用,并通過減少的能源費用支出償付能源服務公司,并在項目結束后獲得節能資產的所有權;能源服務公司依靠自己的專業優勢,有效降低客戶能源消耗,分享節能收益并獲得利潤收益。合同能源管理實現了能源服務公司、用能單位和社會三方共贏,并逐步發展形成了以合同能源管理機制為商務模式的新興節能服務產業(賈曉燕 2012)。
它的實質是一種以減少的能源費用來支付節能項目全部成本的節能投資方式。這種節能投資方式允許用戶使用未來的節能收益為用能單位和能耗設備升級,以及降低目前的運行成本。節能服務合同在實施節能項目的企業(用戶)與專門的盈利性能源管理公司之間簽訂,它有助于推動節能項目的開展。
二、合同能源管理的服務模式
目前,合同能源管理的服務模式主要有:節能效益分享模式、節能量擔保模式、能源管理外包模式、設備租賃模式、創新工程施工模式、BOOT 模式等。
王一(2011)對各種模式做了研究,指出節能效益分享模式,是在合同約定的年限內,節能服務公司負責融資并為用戶提供技術服務,根據服務后的節能效益預算或根據實際運行的效益分析,與用戶按照約定的比例分享項目實施后節省的費用。
節能量擔保模式,是指在節能服務公司向客戶承諾最低節能指標,保證其項目在改造后的節能收益。
能源管理外包模式,是指節能服務公司將用能單位所有的能源費用進行托管,由節能公司支付項目改造所需要的費用,并獨自享受通過節約所得的能源效益。
設備租賃模式是指節能服務公司在采用租賃方式購買設備租賃期內,設備所有權歸節能服務公司所有,當其收回投資及利息后,設備歸用戶所有。
創新工程施工模式,是指客戶會委托節能服務公司做能源審計、節能方案設計、節能改造工程施工,并提前支付工程的預付款、在工程結束后支付竣工款。
BOOT模式源于自然資源開發和基礎設施建設項目,屬于BOT(建設―經營―移交)結構。新能源等分散能源供應建設項目和熱點聯產項目,類似于自然資源開發和基礎設施建設項目,(建設―擁有―經營―移交)模式應用較多。
趙靜蕊(2011)則研究了各種模式在目前的合同能源管理項目里面所占的比例,分別是節能分享模式占約32%,節能量擔保模式處于主導地位,達到約57%,能源管理外包模式占約8%,設備租賃模式占約3%。
盧志堅、孫元欣等(2012)分析了在各種模式下,節能服務公司需要承擔的工作以及對于雙方的風險和收益等。
在以上這些模式中,節能效益分享和節能擔保模式應用最廣,它們分別注重了能源節約達到的水平和節約的相關費用。
三、合同能源管理的融資模式
合同能源管理起步較早的國家包括美國、德國、法國、日本和巴西等,目前,這些國家已經形成了比較成熟的融資模式。比較有代表性的模式有:保證節能量結構融資模式、共享節能量結構融資模式,又以前者的應用較多。巴西則建立了獨特的保證基金融資模式, 即Super ESCO 模式以及SPE融資模式(丁友衛 2012)。
孫碧(2011)指出,合同能源管理的融資模式主要有:債券融資、股權融資、證券化融資、設立專項能源基金融資等,結合債權和股權融資,可推得可轉換債券融資,而債券融資的主要債務形式又包括商業銀行信貸、債券融資、租賃融資等。
李玉靜、胡振一(2009)指出,在借鑒巴西的經驗時,我國在拓展合同能源管理融資模式時,可以選擇引入多機構、多方位的融資模式。巴西的保證基金模式、Super EMCo 及特殊目的公司模式,我國都是可以嘗試的。但絕不可以照搬照抄,要能夠針對具體的節能市場需要,可以考慮運用Super EMCo模式;保證基金融資模式更具有借鑒意義,因為根據我國國情,引入擔保可以使我國EMC突破銀行惜貸的束縛;特殊目的公司模式,我國并沒有應用。
葉倩、吳晶瑋、鐘奕等(2012)也強調,成功的融資離不開政府的引導和支持。政府可在對ESCO公司進行備案的基礎上建立信用評級制度;進一步建立健全針對合同能源管理項目的財稅政策和法律監管體系,對合同能源管理項目減免稅收,明確補貼額度,明確各利益方的法律責任,推動合同能源管理行業健康有序發展。同時為培育合同能源管理市場,政府還可成立專項基金,為合同能源管理項目融資進行擔保,提供穩健的融資保證,從而免除投融資機構的后顧之憂。
四、林木生物質能源介紹
(一)林木生物質能源
“中國林木生物質資源潛力與開發機制研究”課題組在其研究報告(2006)中指出,林木生物質能源資源是指將太陽能轉化的生物量經林業的經營活動產生的可以成為能源的物質,它是林木總生物資源量的組成部分。王連茂(2009)在其研究中提出林木生物質是指以木本、草木植物為主的生物質,把來自森林的能源界定為“林業生物質能源”,指出“林業生物質能源是指林木生物質本身所固定和貯藏的化學能,這種化學能由太陽能轉化而形成”。劉剛和沈鐳(2007)認為林木生物質能源是指可用于能源或薪柴的森林及其他木質資源。
林木生物質能源資源一般指沒有加工利用價值從而形成直接增值效益的林產品原料。可用于發展成為生物質能源的林木生物質資源主要有薪炭林生物質資源、灌木林生物質資源,以及林業生產和更新剩余物生物質資源。
(二)林木生物質能源資源潛力
呂文等(2005)根據調查研究,初步測算出我國森林生物量約180億噸,每年可獲得的資源量約9億噸,可用于能源開發的資源量近3億噸。洪浩等(2011)研究指出,“十二五”期間,全國共有1.04億公頃(15.6億畝)林地要進行清林撫育,按照每畝林地至少產生500KG清林撫育剩余物計算,全國將產生7.8億噸林業剩余物。
另根據有關部門統計,全國木材加工企業年加工能力9379.85萬m3,產出剩余物約0.418億噸;木材制品拋棄物約0.60億噸。另外,我國薪炭林生物質總量是0.66億噸,灌木林的生物量約為2.15億噸。
綜上可見,林木生物質能源資源潛力巨大,有待于開發和利用。
五、生物質能源在合同能源管理中的應用前景構想
張燕、馬越、陳勝(2012)指出,發展生物質能源是當今世界各國改變能源消耗、控制環境污染的主要途徑,傳統發展模式的單一性使得各國迫切需要尋求發展生物質能源的新路徑。合同能源管理作為一種先進的能源管理模式和市場化運作的節能新機制,其獨特的市場主體結構、多元的融資渠道和規范的監管體制都將為解決生物質能源發展中出現的相關問題提供契機。
蔣建林(2010)也指出,合同能源管理中利用生物質燃料替代化石能源,負責從生物質燃料生產到使用的一整套管理實施并承擔所有費用,按照低于客戶原運行成本5%~20%的蒸汽或熱水價格跟客戶結算,合作期滿后將鍋爐贈送給客戶,免除了客戶的投資風險、技術風險和管理風險。該模式在客戶無需投資的情況下,實實在在地降低客戶的生產能耗,讓客戶樹立依靠可再生清潔能源替代高污染的化石能源的綠色企業形象。
以東莞市為例,據《東莞日報》報道,根據東莞市2011年初定下方案,兩年內全市逐步淘汰改造全市小工業鍋爐1200 臺,即4 蒸噸/小時以下,使用8 年以上10 蒸噸/小時以下的燃煤鍋爐。
為抓住鍋爐改造中出現的商機,近來市場上出現一種全新的鍋爐能源改造模式:能源生產企業以合同能源管理(EMC)的方式集中供氣,企業用戶只需繳納使用費,接入管道就可以使用蒸汽。
雖然目前這樣的方式還不是很成熟,尚在試驗階段,但是相信隨著合同能源管理模式的推進和生物質能源的廣泛應用,兩者的結合會帶來更多的益處。
這樣的事例目前不勝枚舉。然而根據生物質能源和合同能源管理模式的特點,兩者的結合還會產生一些新的問題。比如,具體的組織模式、運行機制等,合同能源管理應用到林木生物質能源領域帶來的環境效益的評價標準等,還有需要什么樣的政策性支持等,都有非常高的理論和實踐意義。
因此,本文提出了合同能源管理在林木生物質能源領域的應用研究,以期通過研究,可以分析合同能源管理在林木生物質能源領域應用的運作模式和相關的政策性建議。
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