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鍋爐改燃成型生物質燃料現狀與建議 木屑顆粒機|秸稈顆粒機|秸稈壓塊機|木屑制粒機|生物質顆粒機|富通新能源 / 19-08-26

概述:
   改燃壓縮成型生物質(以下簡稱生物質)是鍋爐清潔能源改造的重要途徑。由于生物質成本相比天然氣、柴油有著明顯優勢,相同的出力,生物質鍋爐所需成本只有燃氣鍋爐的一半左右,得到廣大使用單位的歡迎,甚至出現部分企業把燃氣鍋爐改為燃生物質鍋爐。但由于改造管理的缺失或滯后,鍋爐改造后在安全、能效、環保、使用性等幾個方面都表現出不甚理想的結果,甚至存在嚴重的事故隱患,這應引起有關部門的高度重視。
1、常見的鍋爐改燃生物質形式
   當前,鍋爐改燃生物質形式多樣,以燃料改變分類可分為燃煤改為燃生物質與燃油燃氣改為燃生物質,其中以前者居多;以燃燒方式分類可分為改變燃燒方式與不改變燃燒方式兩種,改變燃燒方式的主要為層燃變室燃;以改造鍋爐部位來分類可分為改變爐膛結構和改變燃燒設備。
(1)改燃生物質的層燃鍋爐
   改燃生物質的層燃鍋爐以燃煤層燃鍋爐為藍本,不改變鍋爐的燃燒方式,根據生物質的燃燒特性進行改造,改造的主要內容為爐膛、燃燒設備以及煙(風)道等部位的改造。
(2)改燃生物質的室燃鍋爐
   改燃生物質的室燃鍋爐主要包括:燃煤層燃鍋爐改為燃生物質的室燃爐以及燃油燃氣室燃爐改燃生物質的室燃爐。
   ①燃煤層鍋爐改為燃生物質的室燃爐
   ②如圖1所示,為目前比較典型的一種改造方式,在原有燃煤層燃爐的爐門前加裝一臺燃燒機,生物質在燃燒機內進行點火燃燒,然后用鼓風機將火焰噴人到鍋爐爐膛內,火焰在爐膛內完成燃燒與換熱過程。
   ③燃油燃氣室燃爐改燃生物質的室燃爐
   改造的主要內容是把燃油(氣)燃燒器后更換為生物質燃燒機,保留原有鍋爐控制柜對鍋爐的水位與壓力的進行控制。生物質燃燒機配有控制柜與鼓風機,由控制柜對燃燒機進行控制,成型生物質在燃燒機內進行點火燃燒,然后由鼓風機將火焰噴入到鍋爐爐膽內,火焰在爐膽內繼續燃燒并完成換熱過程。
2、存在的問題
    根據《鍋規》要求“鍋爐發生結構變化或者燃料方式發生變化的改造”需要通過特檢機構的監督檢驗,則上述除燃煤層然鍋爐改生物質室燃爐以外,都不屬于《鍋規》范圍內的“改造”,無需經過監督檢驗。各地對此理解執行不一,即使同檢驗機構的不同檢驗人員之間也存在較大差異,造成鍋爐改燃生物質后出現一系列問題。
(1)鍋爐熱效率不達標
   由于技術標準的滯后,目前我國尚缺乏統一的生物質鍋爐熱效率標準,生物質鍋爐定型測試也只是參照《鍋爐節能技術監管規程》中所要求的不低于設計要求;國家也未對改造后的鍋爐應進行熱效率詳細測試方法還是簡單測試作出規定。由于未進行科學的改造設計,部分鍋爐改造后熱效率低下。圖2所示為本地區某企業在完成燃煤鍋爐改燃生物質后,鍋爐熱效率不到60%。
(2)對爆燃風險防范不足
   加裝燃燒機的燃生物質室燃爐,生物質在燃燒機內進行點火燃燒,然后由鼓風機將火焰噴入到鍋爐內,由于生物質揮發分含量較高,在點火、壓火時會因為燃燒不充分,而產生大量CO,極易發生爆燃。傳統燃煤層燃鍋爐無防爆門、點火程序及熄火保護裝置等安全保護裝置,加大了改燃生物質鍋爐發生爆燃幾率與危害程度。而《鍋規》等技術規范又未對生物質燃燒機作出要求,無類似于燃油(氣)燃燒器需要型式試驗的要求,生物質燃燒機的產品質量與安全保護設置均參差不齊,與鍋爐的匹配度也有待驗證。
(3)有機熱載體鍋爐改燃生物質存在安全隱患
   燃煤有機熱載體爐改成燃生物質鍋爐。由于生物質的燃燒特性與燃煤鍋爐存在較大差別,改變了爐膛截面熱負荷和容積熱負荷,甚至出現火焰直接沖刷受熱面的現象.導致有機熱載體最高液膜計算溫度超過最高允許液膜溫度,容易出現有機熱載體快速劣化,甚至結焦,嚴重影響鍋爐安全運行。
此外,由于生物質燃料中含有相對較多的堿性物質,有機熱載體爐的爐溫相較于蒸汽爐更高,在高溫燃燒環境下,堿性物質及其相關的無機元素可能在爐膛內形成熔渣或以蒸汽和飛灰顆粒的形式沉積與受熱面,影響鍋爐的熱效率,同時對換熱面造成嚴重腐蝕。目前,絕大部分的改造案例,未考慮該方面因素。
(4)立式鍋爐加裝生物質燃燒機存在安全隱患
   部分企業在立式鍋爐的爐門位置加裝生物質燃燒機,燃燒機形成的高溫火焰,直接往爐膛里噴。火焰前端直接沖刷爐膽,會破壞原有正常的鍋爐水循環,導致承壓受熱面因超溫而過熱甚至鼓包開裂,嚴重影響鍋爐安全運行。
(5)燃油(氣)鍋爐改燃生物質存在安全隱患
   部分企業將原有的燃油(氣)燃燒器更換為生物質燃燒機,新裝的生物質燃燒機一般具有獨立的控制裝置,該控制裝置與鍋爐原配的控制裝置各自為獨立的系統,并未進行有效鏈接,致使改造后的鍋爐部分報警與聯鎖裝置解列(如高低水位報警裝置,點火程序控制與熄火保護,超壓報警及聯鎖裝置等),降低鍋爐的安全性。此外該類鍋爐結構緊湊,在生物質燃燒機高負荷運行時,容易發生爐膛爆燃,鍋爐干燒等安全隱患。
   對部分由燃油(氣)改為燃生物質的蒸汽鍋爐內部檢驗時發現,鍋爐承壓部件發生損傷,存在安全隱患。由于生物質燃料灰分中含有較多的二氧化硅,改裝后的鍋爐,設計工作的不到位,燃燒機的進風量往往過大,風速較高,配風不合理導致生物質燃料并未充分燃燒,極易產生結焦與磨損,尤其是爐膽尾端下部至后管板之間的平直段往往是磨損最嚴重區域。此外,生物質燃料中含有一定量的K、Na、Cl,在燃燒過程中會生成氣態的HCl與Cl2,HCl與Cl2可穿透金屬氧化而形成的保護膜并與內部金屬直接發生反應形成金屬氯化物爐,這種腐蝕都會隨溫度的升高而使腐蝕速度加快。膽底部與煙管內均易產生腐蝕坑如圖3所示。
(6)鍋爐改燃生物質后環保指標存在問題
   改造后的生物質鍋爐硫排放明顯下降,但仍存在一些排放問題。例如,未對風機系統進行合理、系統的改造,導致送風量不足,生物質成型顆粒燃燒不充分,灰渣中含碳量較高,還使得一部分CO在爐膛中沒有燃燒就隨煙氣排出。此外,爐膛的結構改造不合理,風機系統的不匹配也會使生物質成型燃料在爐膛中停留時間太短,導致燃料沒有足夠的時間燃燒,產生不完全燃燒,嚴重的會直接出現黑煙排放。
3、建議與對策
(1)總體要求
   ①鍋爐如果進行燃生物質改造,對于改變燃燒方式或有可能降低原有能效指標或有可能影響安全性能的改造,必須嚴格執行改造程序要求,應由專業單位的進行改造(專業的改造單位包括取得相應資質的鍋爐制造、安裝以及改造單位),改造前應告知當地監察部門,改造過程應經監檢。鍋爐改造應科學合理,由系統的設計作指導,改造前,改造單位應編制詳細的改造方案,出具相應的圖紙,方案和圖紙應經取得相應資質的制造單位確認并對鍋爐型號進行更改。改造后的生物質鍋爐,安全性能、能效狀況、排放指標應符合相關要求。改造單位應整理改造竣工資料,特檢中心根據改造監檢情況結合鍋爐運行工況熱效率詳細測試報告,出具改造監檢報告。使用單位在改造結束后,應根據改造驗收資料和監檢報告,向當地特種設備安全監察機構辦理鍋爐使用證變更手續。
   ②檢驗機構的檢驗人員在定期檢驗時,如發現鍋爐因清潔能源改造而出現安全或節能方面的缺陷與問題,應當及時要求使用單位進行整改,發現嚴重事故隱患時應當及時告知監察部門,在缺陷與問題整改前,使用單位不得擅自投運該鍋爐。
(2)專項要求
   ①涉及燃燒方式改變的改造,鍋爐改造的設計應當由有相應資質的鍋爐制造單位進行;鍋爐改造方案應當包括必要的計算資料、設計圖樣和施工技術方案;安全附件、輔助裝置和水處理措施應當進行技術校核,鍋爐本體的設計文件應當經過國家質檢總局核準的設計文件鑒定機構鑒定合格。涉及安裝生物質燃燒器時,選擇的燃燒器應符合相關的國家標準,并取得相應的型式試驗報告,改造后的鍋爐應確保原有安全保護裝置靈敏可靠,并符合《鍋規》中對于室燃鍋爐安全保護裝置的相關要求。
   ②立式鍋爐改造,由于立式鍋爐結構簡單,在不改變承壓部件的前提下,沒有有效的改造方式方法,只是簡單地改變了燃料,這種所謂的改造流于形式,因此需有鍋爐設計文件鑒定機構鑒定合格的設計文件指導改造。
   ③有機熱載體爐改造,應南鍋爐制造單位對改造后鍋爐有機熱載體最高液膜溫度和最小限制流速進行核算,計算結果應符合《鍋規》要求。
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