摘要:近几年，生物质直燃发电在中国迅速发展。然而，高含水量，高耗能和锅炉高温腐蚀等问题导致设备可靠性差，严重影响了生物质发电企业的经济运行，甚至威胁到了生物质发电企业的可持续发展，导致生物量。直燃发电行业陷入困境。虽然中国的生物质能源储量丰富，由于燃油锅炉水的限制，低于生物质燃料水分含量38%可以直接烧成炉。生物质燃料的含水量约为60%。高湿度导致燃料热值低、燃料消耗高、锅炉排烟温度高、锅炉效率低，影响电厂经济效益。目前，大多依靠人工自然风干，以降低燃料水分，效率低，成本高，受天气和季节的影响很大。
关键词：生物质；混煤掺烧；锅炉效率；经济性；稳定性
1.引言
（1）生物质能源发展
生物质直燃发电是近年来发展迅速的中国。然而，有高水分、高燃料和锅炉的高温腐蚀的低热值的一个技术问题，导致设备可靠性差，严重影响了生物质发电企业的经济运行，甚至威胁到了生物质发电企业的可持续发展，导致生物量。直燃发电行业陷入困境。
虽然我国生物质能源储量丰富，但由于锅炉燃料水的限制，一般不到45%的生物质燃料的含水量可直接燃烧到炉内。生物质燃料的含水量约为55%。高湿度导致燃料热值低、燃料消耗高、锅炉排烟温度高、锅炉效率低，影响电厂经济效益。目前，大多依靠人工自然风干，以降低燃料水分，效率低，成本高，受天气和季节的影响很大。
（2）燃料燃烧硫化物和氮氧化物的产生与排放过程
燃烧过程产生的氮氧化物主要包括NO和NO2，以及少量的N2O，在燃烧过程中，NOx的生成与燃烧方式密切相关，特别是燃烧温度和过量空气系数。根据生成机理，燃烧生成的NOx可分为燃料型、热式和快燃型3种。燃料型氮氧化物燃料氮氧化物是燃料中的氮元素，燃烧过程中生成的氮氧化物与空气中的氧结合。热式氮氧化物氮氧化物是指氮气和氧气在高温下生成氮氧化物的反应。快速氮氧化物主要指碳氢化合物在燃烧空气中燃料浓度高的燃料中生成的碳氢化合物的反应，而CH和HCN等CH和HCN在燃煤锅炉中继续氧化，快速生成的NOx很小。
1.试验设备
本试验采用国内某生物质发电项目工程（２×５０ＭＷ）循环流化床锅炉机组。锅炉型号为hx220/9.8IV1，是一种集高温高压参数、自然循环、单炉膛、平衡通风、露天布置、钢框架双列悬浮结构于一体，固体渣循环流化床锅炉。该锅炉主要由1个薄膜水冷室、2个旋风分离器和1个带有水冷壁的艉轴组成。炉内设有14个水冷蒸发屏和32屏式过热器。炉底为2个床下点火燃烧器，与水冷壁管连接的水冷空气室相连。在炉膛出口与轴之间设置2个绝热旋风分离器，旋风分离器下部设置1个回流阀，回流阀出口与炉膛相连，实现循环流化床的外循环。
2.试验方法
试验采用格栅法测量空气预热器入口气体温度、空气预热器入口烟氧含量和锅炉排烟温度。利用粉煤灰取样装置对袋式除尘器前的粉煤灰进行采样。在试验过程中，根据物料的实际比例，对实验中使用的生物质燃料进行采样，并将样品及时放入密封容器中。
分别测定了不同煤种在5%、10%和15%的热值。本文计算了单位时间内锅炉放出的燃料的总热值：
式中：
、
锅炉出口蒸汽流量与进水流量；
、
分别为对应的进、出口热晗比；η为锅炉效率。根据每种煤的发热量，我们可以计算出煤的燃烧所需要的不同比例下，1kg混煤燃烧时的2种不同的煤的热值量。
式中：
、
分别为１kg第１种煤、第２种煤的发热量；ｇ为混合煤中第１种煤的质量份额。混合煤的元素成分也可按同样的方法进行折算，即
式中：
、
、
分别为混合煤、第１种煤、第２种煤收到基元素Ｃ的质量分数。
实验假设生物质是一种成分相似的煤，生物质和煤混合燃料可作为锅炉燃烧2种不同类型的煤。在上述混合燃料计算方法的基础上，对混合燃料进行了元素分析和工业分析。每个参数的设计值都显示在表中。纯生物质燃料偏离设计燃料，极不利于稳定燃烧。随着煤量的增加，混合燃料的热值明显高于纯生物质燃料，降低了水的质量，配煤后的燃料更接近设计值，对炉内燃烧有积极的影响。值得注意的是，这种变化与配煤比例基本成线性关系。
3.试验结果及分析
在锅炉负荷、负压、降温、床温、炉膛出口烟气温度试验过程中，记录了配煤对锅炉安全稳定性的影响，反映了不同煤种和不同燃烧比例对锅炉安全稳定运行的影响。平均负荷变化负荷可以直接反映锅炉的负荷能力。负荷变化反映了锅炉燃烧试验的稳定性。配煤后，燃料和水的热值降低，减少了烟气量，弥补了风机出力不足，改善了锅炉的燃烧空气分布；另一方面，提高了锅炉床的温度，大大提高了锅炉的燃烧稳定性。因此，锅炉的负荷能力和燃烧条件随着配煤比的增大而增大。
混煤后，锅炉床温升高。理论上，混煤越大，床温越高。因此，主要记录15%热值煤的床温。由于混煤量不足，锅炉床温升高45～95度，瞬时单点最高温度不超过920℃，与锅炉设计的安全床温一致。锅炉配煤前后的降温水量变化不大。当配煤比例达到最大值（15%热值）时，锅炉一、二级减压阀的开启程度仍足以满足锅炉调节和运行的需要。
大多数生物质的灰分熔点低，碱金属易在高温下析出。因此，控制锅炉炉膛出口温度是控制生物质锅炉高温腐蚀和飞灰团聚的关键。了解炉膛出口烟气温度变化对锅炉安全稳定运行具有重要意义。出口烟温度升高5～15，不同煤种的烟气温度基本相同，煤混煤量低，不影响锅炉结焦结渣特性。同时，烟气温度在两侧也有明显偏差，偏差比纯生物质更明显。一方面，煤与生物质的混合物很简单，混合物不均匀，这就使得煤的煤量比较大；另一方面，混合料由料带制成料仓。重力使皮带附近的煤下降。通过调节投料螺杆等操作方式，可以消除烟气温度偏差。
4.掺煤对锅炉经济性的影响
在可燃气体不完全燃烧损失锅炉的燃烧过程中，不完全燃烧的部分可燃气体（如CO、H2、CH4等）的损失称为化学不完全燃烧热损失。对于生物质燃料，CO是主要的燃料，伴随少量的甲烷。化学不完全燃烧热损失对过量空气系数的大小有关，因为可燃气体与空气在燃烧室中混合不均匀，过剩空气太多，可燃气体能与空气中的氧气接触较多，化学不完全燃烧热损失小。生物质燃料在炉膛内的均匀性和连续性较差，导致锅炉燃烧不稳定。另外，由于生物质含水量偏离设计值，烟气量增加，风机出力不足，导致锅炉含氧量降低，生物质锅炉燃烧损失严重。不同煤种燃烧后，烟气中CO含量明显下降。混煤时，随着煤种比例的增加，CO含量降低，不同煤种掺混时CO含量不同。
5.结论
随着配煤比的增加，锅炉燃烧效率得到提高，锅炉负荷能力和燃烧条件得到改善。锅炉热效率显著提高，化学不完全燃烧的热损失降低。在烟煤15%热值的比例下，锅炉的热效率远高于纯燃烧生物质，排烟热损失和化学不完全燃烧热损失降到最低。锅炉带负荷能力得到提高，加入烟煤后改善尤为明显。同时，配煤后燃料和水的热值降低，提高了锅炉床温，大大提高了锅炉的燃烧稳定性。
选择合适的煤种和适当的混合比例，可以提高锅炉燃烧的安全性，提高生物质锅炉的运行效率，促进生物质直接燃烧技术的发展和生物质能的有效利用。
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论文作者:刘巍
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
标签：锅炉论文; 燃料论文; 生物论文; 热值论文; 氧化物论文; 炉膛论文; 温度论文; 《基层建设》2019年第7期论文;