0、前言
    隨著化石能源的使用，使得環(huán)境問(wèn)題日益加劇，資源逐漸枯竭，出于國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全和能源替代發(fā)展戰(zhàn)略及環(huán)境保護(hù)的考慮，生物質(zhì)鍋爐的發(fā)展已得到了越來(lái)越多的重視，其發(fā)展空間越來(lái)越大。
    山東一些地區(qū)木器加工業(yè)比較發(fā)達(dá)，其生成的邊角廢料及碎木屑大量堆積，所占場(chǎng)地很大，如不處理，容易引起火災(zāi)，又占用大量土地，污染環(huán)境，同時(shí)木器生產(chǎn)過(guò)程中烘干等工藝需要大量蒸汽，如采用燃煤或燃油氣蒸汽鍋爐，一方面造成廢木料資源的浪費(fèi)，另一方面又造成煤、油氣等大量的花費(fèi)。
    為此我們根據(jù)部分用戶要求，改造設(shè)計(jì)了一批燃木屑為主的生物質(zhì)蒸汽鍋爐，不但解決了廢碎木屑的儲(chǔ)存處理問(wèn)題，同時(shí)又為車(chē)間生產(chǎn)提供了必要的蒸汽。不但減少了購(gòu)買(mǎi)煤炭或油氣的費(fèi)用，同時(shí)減少了煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放，具有很好的節(jié)能環(huán)保效益。
    同時(shí)木屑也可以通過(guò)木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、顆粒機(jī)來(lái)壓制成塊狀的或圓柱狀的生物質(zhì)顆粒燃料那么其的利用價(jià)值將大大增加。
    據(jù)調(diào)查，目前市場(chǎng)上存在的10 t/h左右的中、小型燃木屑生物質(zhì)鍋爐均為DZL系列水火管鍋爐或SZL系列水管鏈條爐排鍋爐直接改燒生物質(zhì)，它們沒(méi)有很好地考慮燃煤與燃生物質(zhì)燃料的不同之處，尤其是燃料特性方面的差異，因而帶來(lái)了一系列安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面的問(wèn)題，并且一部分還引起了爆燃事故。
1、設(shè)計(jì)分析
    生物質(zhì)燃料燃燒過(guò)程可分為三步：揮發(fā)分析出、炭及擇發(fā)分燃燒和炭的燃燒。生物質(zhì)的燃燒與煤的燃燒過(guò)程不同之處在于：生物質(zhì)中的水分對(duì)燃燒過(guò)程影響很大，甚至主宰整個(gè)燃燒過(guò)程，為了更好地組織生物質(zhì)燃燒，需要將水分的干燥作為一個(gè)獨(dú)立的過(guò)程并在以下方面采取措施。
    (1)采取加強(qiáng)燃燒，增加爐膛中部燃燒份額，布置一部分二次風(fēng)，降低爐膛整體溫度，盡可能減少碳硅絡(luò)合物產(chǎn)生。
    (2)抬高爐膛，增加一個(gè)大截面燃盡室，降低出口煙速，減少飛灰量，飛灰粒度。
    (3)采用大傾角、低速運(yùn)轉(zhuǎn)的往復(fù)爐排，延長(zhǎng)燃料在爐內(nèi)停留時(shí)間，并有利于浮灰向下移動(dòng)。
    (4)采用水冷短前拱，降低爐前溫度，調(diào)整爐前二次風(fēng)量及一次給風(fēng)量，控制爐前著火點(diǎn)。
    (5)將燃料助力風(fēng)布置在后拱上部的后墻上，使空中布灑燃料的落點(diǎn)在爐排前半部，并通過(guò)爐排的緩慢移動(dòng)使燃料逐步向后移動(dòng)，增加燃料在爐內(nèi)停留時(shí)間，并使燃料中固定碳和碳硅絡(luò)合物在后拱中溫環(huán)境下燃盡，減輕燒結(jié)現(xiàn)象。
    (6)對(duì)流受熱面設(shè)計(jì)在中溫中速下運(yùn)行，減少磨損。
    (7)采用帶旁通煙道的空氣預(yù)熱器，根據(jù)燃料及燃燒狀況通過(guò)調(diào)整旁通煙道的閘門(mén)來(lái)改變一次風(fēng)的溫度，進(jìn)而可調(diào)整排煙溫度，并幫助爐排面上燃料燃燒。
    (8)合理組織二次風(fēng)。爐排前加料斗二次風(fēng)作用為均勻布料，控制爐排前部燃料著火點(diǎn)；爐膛前中下部二次風(fēng)作用為均勻布灑燃料；后拱處二次風(fēng)風(fēng)量多，射程遠(yuǎn)，主要作用為把燃料推向爐前，攪動(dòng)爐煙，燃盡揮發(fā)物，降低爐溫。
2、鍋爐結(jié)構(gòu)及主要特點(diǎn)
2.1鍋爐結(jié)構(gòu)
根據(jù)前面的分析，我們將鍋爐結(jié)構(gòu)確定為szw型往復(fù)爐排帶空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。
 
    該型鍋爐為雙鍋筒縱置式A型布置組裝水管式蒸汽鍋爐，鍋爐分為上部本體和下部燃燒設(shè)備兩大部件。鍋爐上部本體由上、下鍋筒及連于左右集箱上的水冷壁和上下鍋筒間的對(duì)流管束構(gòu)成，內(nèi)部為耐火磚和耐火混凝土砌成的爐墻和前后拱；外部為鋼板骨架和蒙皮板，中間為保溫材料。
    在爐排的選擇上，選用大角度傾斜式往復(fù)爐排，以滿足生物質(zhì)燃燒后余灰輕而蓬松的特點(diǎn)，使之能輕松地送人灰巢內(nèi)。傾斜式往復(fù)爐排與鏈條爐排最大的不同之處在于，燃料與爐排有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，爐排片向后下方推動(dòng)進(jìn)，部分新燃料被推飼到已燃著的燃料上部，爐排片向前方返程時(shí)，又將一部分已燃著的燃料帶到尚未燃燒的燃料底部，如此反復(fù)，使燃料在著火準(zhǔn)備階段的條件得到改善。爐排底部布置前段風(fēng)室、中段風(fēng)室和后段風(fēng)室實(shí)現(xiàn)分段配風(fēng)，爐膛前段安裝向上傾斜的前拱，爐膛后段安裝傾斜型的后拱。鍋爐在燃燒室后設(shè)置一個(gè)煙塵沉降室，以避免發(fā)生在鍋爐對(duì)流受熱面上的積灰（積灰是指溫度低于灰熔點(diǎn)的灰粒在受熱面上的沉積，多發(fā)生在鍋爐對(duì)流受熱面上）。在其后端上、下鍋筒之間布置密集的對(duì)流管束組成對(duì)流受熱面，在對(duì)流受熱面內(nèi)火焰呈水平“S”路程繞行。
爐膛側(cè)墻開(kāi)有爐門(mén)，可加塊狀木料和爐排面上清理灰渣；后拱上部有木屑進(jìn)料口，其進(jìn)料口為兩個(gè)下傾10。的咖219噴嘴，噴嘴伸入爐墻內(nèi)壁200～250mm，為防止其被燒壞，噴嘴材料由耐熱不銹鋼制成；前墻布置有二次風(fēng)吹向爐后，為了燃料能在爐膛內(nèi)形成充分?jǐn)_動(dòng)，并使燃料化學(xué)不完全燃燒損失與爐膛內(nèi)的過(guò)量空氣系數(shù)得以降低，其二次風(fēng)布置分左右兩個(gè)，每個(gè)風(fēng)口向下傾斜10。，二次風(fēng)量占總風(fēng)量份額的8qo，出口風(fēng)速65 m/s，以使?fàn)t內(nèi)焰形成“S”型火炬上升（見(jiàn)圖2）。
 
    木屑進(jìn)入爐膛后，受到爐內(nèi)火焰、高溫?zé)煔獾募訜�，溫度逐漸升高，開(kāi)始把水分蒸發(fā)掉，溫度繼續(xù)上升，當(dāng)爐溫達(dá)到250～350℃時(shí)揮發(fā)分析出，木屑變成高溫的焦炭顆粒。失去水分和部分燃燒后的木屑，將變得很輕，當(dāng)爐排具有較大通風(fēng)率時(shí)，木屑被吹起，處于一種半層燃半懸浮燃燒狀態(tài)，直到燃盡。但如果爐膛的風(fēng)速太大．未燃盡的木屑將會(huì)被帶出爐膛，進(jìn)入對(duì)流受熱面，有一部分繼續(xù)燃燒，造成對(duì)流管束管壁溫度升高，落灰斗外壁被燒熱，不夠安全；一部分不能夠繼續(xù)燃燒，成為固體不完全燃燒損失。為此必須延長(zhǎng)木屑在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間，以使其在爐膛內(nèi)得以充分燃燒。在設(shè)計(jì)爐膛時(shí)將爐膛加高，同時(shí)下部增加水冷壁受熱面，下部水冷壁受熱面節(jié)距較上部節(jié)距大（即下部輻射受熱面積小于上部輻射受熱面），既可保證較低的爐膛出口煙溫（采用較低的爐膛出口煙溫，是由于木屑的灰熔點(diǎn)較低，灰渣易于結(jié)焦），又可使?fàn)t膛溫度不致于過(guò)低，保證燃燒。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，焊接下部水冷壁及前后拱管，并砌筑中間受熱面的保溫，依靠前拱上方加兩個(gè)二次風(fēng)口噴入二次風(fēng)使燃料在爐膛內(nèi)形成充分?jǐn)_動(dòng)，并使其化學(xué)不完全燃燒損失與爐膛內(nèi)的過(guò)量空氣系數(shù)得以降低。與后拱上部墻布置的兩個(gè)進(jìn)料口的進(jìn)料風(fēng)，兩種氣流在爐膛內(nèi)形成交叉，充分混合，抑制木屑的上升速度，從而有效延長(zhǎng)木屑在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間。
    鍋爐尾部設(shè)有帶旁路煙道的空氣預(yù)熱器，可根據(jù)燃料特性和爐膛內(nèi)部燃燒情況，調(diào)整旁路閘門(mén)的開(kāi)度，以控制一二次風(fēng)的進(jìn)風(fēng)溫度。進(jìn)料助力風(fēng)取自空氣預(yù)熱器后的熱風(fēng)，燃料由于強(qiáng)風(fēng)的作用進(jìn)入爐膛被拋至爐排前部，在高溫?zé)煔夂偷撞恳淮物L(fēng)的作用下逐步預(yù)熱、干燥、著火、燃燒。
2.2主要特點(diǎn)
    (1)大傾角往復(fù)爐排，且后拱頂部布置進(jìn)料助力風(fēng)、前拱布置二次風(fēng)。合理布置二次風(fēng)，可均勻布料，控制爐排前部燃料著火點(diǎn)，進(jìn)料助力風(fēng)主要作用為把燃料推向爐前，攪動(dòng)爐煙，燃盡揮發(fā)物，降低爐溫。大傾角往復(fù)爐排的設(shè)置可提高爐膛高度，并延長(zhǎng)燃料在爐內(nèi)停留時(shí)間，增加破焦功能，有利于可燃物燃盡。
    (2)采用帶旁通的尾部受熱面空氣預(yù)熱器，提高了爐內(nèi)空氣溫度且降低了排煙溫度，提高了鍋爐熱效率。
    (3)采用純水管結(jié)構(gòu)，對(duì)流受熱面采用密集順排對(duì)流管束，縱向沖刷換熱系數(shù)高，自清灰能力強(qiáng)，不易積灰，使鍋爐具有較高的熱效率。
3、設(shè)計(jì)及使用中的其它注意問(wèn)題
    (1)在設(shè)計(jì)該類生物質(zhì)鍋爐時(shí)，一個(gè)重要的問(wèn)題就是合理控制該類燃料在燃燒過(guò)程中的燃燒溫度，防止或減少積灰、結(jié)渣。積灰是指溫度低于灰熔點(diǎn)的灰粒在受熱面上的沉積，多發(fā)生在鍋爐對(duì)流受熱面上。結(jié)渣主要是由煙氣中夾帶的熔化或半熔化的灰粒接觸到受熱面凝結(jié)下來(lái)，并在受熱面上不斷生長(zhǎng)、積聚而成，多發(fā)生在爐內(nèi)輻射受熱面上。因?yàn)樵擃惾剂戏贌郎囟冗^(guò)高，易使堿金屬鹽類處于熔融態(tài)，造成結(jié)焦結(jié)渣；焚燒溫度過(guò)低，則燃燒效率將大大降低。
    (2)當(dāng)燃料以木屑成分為主時(shí)，必須充分考慮其爆燃的可能性，在爐膛及煙道上加裝防爆門(mén)。特別是在鍋爐升火時(shí)，首先在爐排上放人一定量的木柴，待木柴燒旺后，再噴入木屑，以防止點(diǎn)火熄滅而發(fā)生爐膛爆炸。
    (3)在鍋爐爐膛上部和前部及后部煙道上，應(yīng)設(shè)置泄壓門(mén)，以防爐膛爆炸時(shí)能及時(shí)泄壓。
    (4)對(duì)應(yīng)于燃燒室的爐排底下應(yīng)送入少量的風(fēng)，以利于冷卻爐排和燃盡沉降在爐排上的木屑焦粒。
4、結(jié)束語(yǔ)
    該型系列鍋爐已在青島地區(qū)運(yùn)行多臺(tái)，經(jīng)實(shí)踐證明該型鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠，并經(jīng)鑒定測(cè)試其熱工及環(huán)保均達(dá)到了的設(shè)計(jì)要求，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
    三門(mén)峽富通新能源銷售鍋爐、生物質(zhì)鍋爐、家用炊事小型生物質(zhì)鍋爐。