燃煤鍋爐（鏈條爐排）改造為燃生物質(zhì)固體燃料鍋爐技術(shù)方案
一、鍋爐改造技術(shù)簡(jiǎn)介
1、生物質(zhì)燃燒技術(shù)
生物質(zhì)燃料是將農作物秸稈、木屑、鋸末、花生殼、玉米芯、稻殼、樹(shù)枝、樹(shù)葉、干草通過(guò)壓縮成型后在專(zhuān)用爐具里進(jìn)行燃燒的燃料，不添加任何粘結劑，是一種可再生的清潔能源。
根據多年的試驗研究及測試，生物質(zhì)燃燒具有如下特性：
農作物秸稈類(lèi)生物質(zhì)燃料熱值低，一般為，2800—3800Kcal/kg，灰份高；
木屑類(lèi)生物質(zhì)燃料比農作物類(lèi)熱值高，一般為，3700—4100Kcal/kg，灰份低。
揮發(fā)份高，一般為60—70%
燃點(diǎn)低，一般為300℃左右
揮發(fā)分溫度低，一般為200-400℃
易結渣且結渣溫度低，一般為800℃左右
目前，我國城市擁有大量的生活燃煤鍋爐及工業(yè)燃煤鍋爐，其中大都分布在城市內及城市周邊，排放不達標直接影響了城市及周邊的空氣質(zhì)量，為此，取締城市生活及工業(yè)燃煤鍋爐及煤改氣、電的呼聲很高，且許多城市已采取了行動(dòng)，但由于氣源緊張、電價(jià)昂貴，而城市熱力又達不到的城區或地方，收效甚微。用清潔的生物質(zhì)替代煤碳，在城市生活及工業(yè)鍋爐上使用就成為首選。但現有的層燃燃煤鍋爐必須通過(guò)改造方能燃燒生物質(zhì)，才能提高效率，達到環(huán)保、節能、經(jīng)濟的目的。
現運行的生活及工業(yè)鍋爐的結構均不適合使用生物質(zhì)，若不加改造直接使用生物質(zhì)將出現嚴重冒黑煙、效率低、有粉塵污染等現象。而我公司通過(guò)多年試驗研制的生物質(zhì)專(zhuān)用燃燒裝置徹底地解決了生物質(zhì)在鍋爐中的燃燒問(wèn)題。根據生物質(zhì)揮發(fā)份大的特點(diǎn)，綜合應用了煤制氣法、懸浮燃燒及高溫裂解等多種潔凈燃燒技術(shù)，使生物質(zhì)達到了一個(gè)高度理想的燃燒狀態(tài)。生物質(zhì)專(zhuān)用燃燒裝置的結構實(shí)現了上述潔凈燃燒的條件及技術(shù)，它由上料機構、輸送機構、高溫裂解燃燒室、氣（固）相燃燒室、梯次配氧系統、煙氣輸出系統等組成。
2、生物質(zhì)鍋爐燃燒原理
1、生物質(zhì)成型燃料（BBDF）從專(zhuān)用給料機構定量均勻地進(jìn)入高溫裂解燃燒室，著(zhù)火后，燃料中的揮發(fā)分快速析出，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(zhù)火創(chuàng )造了條件；
2、在生物質(zhì)燃料進(jìn)入爐膛時(shí)，專(zhuān)用給料防回火裝置將小（碎）顆粒燃料在風(fēng)動(dòng)的作用下于氣（固）相燃燒室內懸浮燃燒；
3、為使生物質(zhì)裂解的可燃氣體完全燃燒，以我公司專(zhuān)有配氧技術(shù)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(jīng)除塵后排往大氣。
3、生物質(zhì)鍋爐燃燒特點(diǎn)
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(tài)，煙氣在高溫爐膛內停留時(shí)間長(cháng)，經(jīng)多次旋渦配氧，燃燒充分，燃料利用率高，從根本上解決了冒黑煙的難題，可保證出力。
2、 燃料適應性廣，不結渣，完全解決了BBDF的易結渣難題。
3、 由于采用了氣固相分相燃燒技術(shù)，從高溫裂解燃燒裂解出的揮發(fā)份大多是碳氫化合物，適合低過(guò)氧或欠氧燃燒，可達無(wú)黑煙燃燒。
4、環(huán)保分析比較
| 種類(lèi)項目 | 輕柴油 | 天然氣 | Ⅱ類(lèi)煙煤 | 生物質(zhì)成型燃料 | |
| 氣體排放 | CO2 g/m3 | 199 | 137 | 218 | 0 |
| SO2mg/m3 | 480 | 48 | 1280 | 33.6 | |
| NOX g/m3 | 330 | 248 | 617 | 237 | |
| 煙塵mg/m3 | 89 | 16 | 510 | 46 | |
| 環(huán)保性 | 輕微污染 | 無(wú)污染 | 無(wú)污染 | 無(wú)污染 | |
備注：CO2—生態(tài)零排放，是根據《京都議定書(shū)》的規范，確定其對大氣中CO2的變化平衡為零。
從表中數據可以看出，使用生物質(zhì)固化成型燃料，各項排放指標均達到國家大氣污染物排放標準的要求，而且是一種可以與天然氣媲美的清潔能源。
二、鍋爐主體改造技術(shù)方案
由于生物質(zhì)顆粒區別于煤的不同特點(diǎn)，貴單位鍋爐不適合直接燃用生物質(zhì)顆粒燃料,故該鍋爐改造方案將包含以下幾方面：
1、生物質(zhì)顆粒上料機構
根據貴單位現場(chǎng)實(shí)際情況，在不影響使用功能的前提下，改進(jìn)斗式上料系統。也可選提升機或輸送帶連續上料方式。
2、生物顆粒給料裝置
因生物質(zhì)顆粒具備非常規則的形狀及很高的揮發(fā)份非常容易著(zhù)火燃燒，所以生物質(zhì)顆粒鍋爐的給料系統需要更改為生物質(zhì)專(zhuān)用斷料機構與變頻控制系統及防回燃給料方式。
其進(jìn)給料優(yōu)點(diǎn)：料斗內燃料與爐排上的燃料隔離、阻風(fēng)；給料過(guò)程采用全自動(dòng)變頻控制星形斷料機構，通過(guò)防回燃給料裝置把生物質(zhì)顆粒落入爐排。打破了其他生物質(zhì)廠(chǎng)家傳統的“用提升機把料送入加煤斗式”給料方式，我司采用專(zhuān)有的“生物質(zhì)專(zhuān)用斷料與防回燃給料機構”技術(shù)來(lái)給料，更安全有效，杜絕了傳統煤斗式加生物質(zhì)燃料回火的問(wèn)題。
3、鏈條爐排減速機及其變頻裝置
因生物質(zhì)顆粒的揮發(fā)份較高且熱值相對標準煤來(lái)說(shuō)又較低，所以燃燒時(shí)燃料層厚度需加厚，爐排速度需加快，所以爐排的無(wú)級調速器根據需要更換為速比及扭力更大的生物質(zhì)顆粒專(zhuān)業(yè)減速機；
爐排對燃料的傳輸速度受電機及變速裝置傳動(dòng)轉速的影響，鏈條移動(dòng)速度應保證與鍋爐瞬間出力（產(chǎn)汽量）所需燃料量、所供一次風(fēng)量相適應。電機加裝變頻后能確保燃料傳輸平穩、均勻，適應鍋爐負荷變化。避免爐排燃料層出現火口及未燃盡生物質(zhì)碎屑逃逸現象。
4、生物質(zhì)裂解裝置安裝
根據生物質(zhì)成型燃料的性質(zhì)，能量密度小、含水份高、揮發(fā)份多，完全燃燒需要高溫、足氧、延時(shí)、擴容的特點(diǎn)，需在鍋爐前拱處加裝裂解裝置，建立潔凈生物質(zhì)燃燒條件，以達到生物質(zhì)完全燃燒的燃燒方式，確保生物質(zhì)在預熱、裂解、氧化燃燒、氣體還原燃燒過(guò)程各階段的燃燒充分，換熱充分。提高鍋爐換熱效率及熱量利用率。
5、二次梯級配風(fēng)裝置
根據生物質(zhì)燃料的物理性質(zhì)和燃燒化學(xué)性質(zhì)，生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)裂解出60%-70%的可燃氣體揮發(fā)份，為保證揮發(fā)份的完全燃燒，必須及時(shí)、分段、合理、有效的進(jìn)行氧氣的補充。因此，我公司采用專(zhuān)有的“旋渦二次風(fēng)”技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足配氧需求，在保證生物質(zhì)燃燒所需高溫區域下，適時(shí)適地適區增加二次配氧（風(fēng)），滿(mǎn)足不同區域燃燒所需氧氣，使之完全燃燒，減少或杜絕黑煙及煙氣污染物的形成，使爐膛燃燒混合更充分，熱流在爐膛停留更長(cháng)時(shí)間，燃燒傳熱更好。
6、高溫裂解燃燒裝置配氧及鍋爐二次配氧調節系統
6.1、生物質(zhì)燃料在高溫裂解燃燒室著(zhù)火后，將析出大量揮發(fā)分，為了是燃料完全燃燒，需從多個(gè)配氧處按比例自動(dòng)調配、補充氧量。
6.2、二次配氧調節系統能延長(cháng)高溫煙氣在爐膛的停留時(shí)間，增加高溫煙氣與鍋爐水冷壁的換熱量。
6.3、該套調節系統可實(shí)現變頻控制，能夠****的配置進(jìn)入鍋爐的氧氣量，為燃料的完全燃燒提供保障。
6.4、我司采用“渦旋”高溫燃燒，鍋爐自身一定程度上有消煙、除塵功效。
7、爐膛擴容裝置
生物質(zhì)成型燃料的性質(zhì)和特點(diǎn)是：密度小、水份高、揮發(fā)份多，熱值低；其完全燃燒需要高溫裂解區域、充足的氧氣與混合、充分的時(shí)間與足夠的空間，其燃燒特性是在較低溫度下著(zhù)火、較低溫度下裂解出大量的可燃揮發(fā)份、結焦溫度低。因此我們依靠生物質(zhì)燃燒技術(shù)對鍋爐前、后拱進(jìn)行改造，增加生物質(zhì)燃燒高溫熱能與水冷壁的輻射換熱，增大爐膛容積，增加燃燒空間及換熱強度，形成裂解及懸浮燃燒條件，以利于增大生物質(zhì)燃料燃燒，確保換熱強度，提高鍋爐的熱效率。
8、阻火插板及應急排料板安裝
生物質(zhì)燃料爐膛給料采用變頻定量給料，在生物質(zhì)燃料爐膛入口處安裝阻火插板，要求安裝后密封性好、活動(dòng)靈活，上下升降自如，預防鍋爐故障狀態(tài)或人工誤操作時(shí)引起爐膛回火造成料斗內生物質(zhì)燃料自燃。可根據鍋爐實(shí)際情況加裝應急手掏燃料孔或排料板保證生物質(zhì)燃料自燃后能及時(shí)將生物質(zhì)燃料掏出排凈，杜絕燃料繼續燃燒。安裝示意圖：
9、引風(fēng)機增加變頻
因生物質(zhì)顆粒的揮發(fā)分及灰分較高，未完全燃燒狀態(tài)下煙氣產(chǎn)生較多，所以在短時(shí)間停爐時(shí)爐膛會(huì )呈正壓狀態(tài)，導致?tīng)t門(mén)及煤斗冒煙，所以需將引風(fēng)機改為變頻控制。
10、爐膛溫度控制
增加爐膛出口煙溫測點(diǎn)，根據爐膛出口煙溫控制給料量及風(fēng)機風(fēng)量，盡量將爐膛出口煙溫控制在結焦溫度一下，消除過(guò)熱器表面結焦。
11、布置吹灰裝置
由于生物質(zhì)燃料易后燃，燃燒后飛灰較細，易粘附在管子上，所以需布置吹灰裝置。
五、生物質(zhì)鍋爐專(zhuān)用自動(dòng)控制系統
對于使用鏈條爐排的生物質(zhì)鍋爐，爐排上的燃燒出力與送風(fēng)量、爐排速度和燃料層厚度有關(guān)。燃料層的厚薄與變頻給料器運行速度及爐排速度相關(guān)，送風(fēng)量的變動(dòng)對出力的變化影響最為敏銳，提高風(fēng)速會(huì )立即加快燃燒反應速度，使鍋爐出力增加。給料器與爐排速度的調節，實(shí)際是給料量的調節。鏈速過(guò)慢，會(huì )使爐排上積儲燃料不足，降低出力，鏈速太快，固然會(huì )使出力增加，但在尾部會(huì )出現燃料不能完全燃盡而使固體未完全燃燒損失加大的情況，給料量的調節必須與送風(fēng)量很好配合。
采用變頻器調節風(fēng)機和無(wú)級調速爐排調速器，調節溫度的精度可以更高，溫度、壓力的波動(dòng)也大為降低了。當出現波動(dòng)時(shí)，首先根據蒸汽壓力來(lái)變頻調節鼓風(fēng)機和爐排調速器，然后根據爐膛負壓（－3~4mm水柱）來(lái)變頻調節引風(fēng)機達到新的平衡。通過(guò)這樣的變頻調節，蒸汽出口壓力十分平穩。
生物質(zhì)鍋爐專(zhuān)用自動(dòng)控制系統由PLC可編程控制器與相關(guān)的輸入信號及輸出和執行器組成，可以實(shí)現關(guān)鍵鍋爐運行狀態(tài)信號采集（取決于原鍋爐儀表是否帶信號輸出）、監控、自動(dòng)調節，減少勞動(dòng)強度及人為操作失誤，提高系統可靠性及實(shí)現及時(shí)節能調節。
六、布袋除塵改造（可選：根據原有除塵系統及方案選擇）
尾部煙氣處理系統根據具體情況進(jìn)行改造，如原有旋風(fēng)多管除塵器，則在多管除塵器后增加布袋除塵器即可，如沒(méi)有多管除塵器則需在布袋除塵器前加阻燃裝置旋風(fēng)分離器（因生物質(zhì)料較輕，防止個(gè)別未燃盡顆粒進(jìn)入布袋除塵器燒壞布袋）。采用布袋除塵裝置。可確保證生物質(zhì)鍋爐達到國家相關(guān)排放標準GB13271-2014。如用戶(hù)原有除塵系統可以使用，且燃生物質(zhì)顆粒能達到當地環(huán)保排放標準，則可不增加布袋除塵改造。
七、改造后效果
1）、將燃煤鍋爐改造為生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐。
2）、改造后生物質(zhì)鍋爐出力達到原燃煤鍋爐出力的80%以上。
3）、改造后鍋爐蒸汽參數滿(mǎn)足生產(chǎn)用汽要求。
4）、改造后鍋爐熱效率達到原燃煤鍋爐熱效率的100%以上。
5）、改造保持原鍋爐承壓部件不動(dòng)，不降低鍋爐安全使用要求。
6）、被改造項目，要求施工質(zhì)量合格，施工工藝符合國家標準，達到質(zhì)檢、環(huán)保相關(guān)驗收標準。
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