生物质锅炉设计

河北艺能锅炉有限责任公司

一、燃烧方式与燃烧设备选择

燃烧方式的选择应根据燃料的水分大小、尺寸、大小、灰分高低及其结渣性选择。

(1)燃料的收到基水分低于15%、尺寸小于3mm、灰分小于3%时，应采用风力喷播的悬浮燃烧方式;如果其灰分结渣性Ｒz≤1．5可采用铸铁固定炉排，灰分结渣性Ｒz＞1．5可采用水冷固定炉排。

(2)燃料的收到基水分低于15%、尺寸在5～50mm、灰分在4%～20%时，应采用机械进料的层燃或沸腾燃烧方式，燃烧设备可选择链条炉排、灰分结渣性Ｒz＞2．0应选用往复炉排。锅炉容量大于14MW、负荷变化且灰分结渣性Ｒz＜1．5的可选择鼓泡流化床、循环流化床。

(3)燃料的收到基水分为20%～50%、尺寸≤10mm、灰分在1%～5%时，应采取风力喷播加层燃的方式。其燃烧设备可用铸铁固定炉排或链条炉排。锅炉容量大于14MW且负荷变化且灰分结渣性Ｒz＜1．5的可选择鼓泡流化床、循环流化床。

(4)尺寸为50～150mm的，灰分结渣性Ｒz＜1.5时采用链条炉排或倾斜水冷炉排，灰分结渣性Ｒz＞1．5采用往复炉排。

(5)秸秆类生物质应先行切碎，使其尺寸小于50mm，再投入锅炉燃烧;灰分结渣性Ｒz＜1．5时采用链条炉排，灰分结渣性Ｒz＞1．5时宜采用往复炉排。

二、炉膛建议设计方法

设计生物质燃料锅炉前必须清楚知道拟燃生物质燃料的元素成分及灰的焦渣特征。

（1）炉膛出口温度的选择:炉膛出口温度应根据燃料灰的变形温度DT选择。燃煤锅炉一般应低于变形温度50℃。燃生物质锅炉炉膛出口温度应低于灰的变形100℃。为降低氮氧化物排放，炉膛出口温度应低于850℃。

(2)燃烧区温度:燃烧区温度的选择应根据燃料各成分活化能高低选取，以使其既顺利燃烧，又不大量形成NOx。生物质挥发分中以甲烷CH4和一氧化碳CO为主，其活化能50～125k J/mol，远低于烟煤和无烟煤，而生物质燃料中固定碳含量极低，故燃烧区温度应控制在1200～800℃。首先应计算绝热燃烧温度，此时应取过量空气系数1．2～1．4，若绝热燃烧温度在此范围内，应将炉膛设计成绝热炉膛。绝热燃烧温度高于1400℃时应适当开降温窗，让火焰通过降温窗向上部水冷壁辐射散热降温，开窗面积与炉膛截面积之比与［(绝热燃烧温度－1400℃)/1400℃］成正比关系。

Fkc=k Flj(Tll－1400)/1400

(1)式中k———控温系数，一般取3～4

Flj———炉膛截面积，m2

Tll———绝热燃烧温度，℃

Fkc———降温窗面积(为燃烧区火焰向辐射受热区通过辐射热的通光面积)，m2

1400———生物质顺利燃烧的最低绝热燃烧温度。℃

当绝热燃烧温度大于1450℃时应采用开式炉膛。燃烧区温度与燃料水分有关，燃料全水分小于30%时应在燃烧区壁面布置水冷壁并适度涂覆卫燃带，以保证燃烧区温度维持在800～1200℃。燃料全水分大于30%时则燃烧区不布置水冷壁。

(3)炉膛容积、炉膛截面积:生物质颗粒比重轻，飞灰中有较大的未燃尽颗粒，需要较长的炉膛内燃烧时间(一般需要2～3s)。因此需要布置较大的炉膛容积，即较低的炉膛容积热负荷(应≤160k W/

m3)。炉膛截面应比燃煤锅炉大，以使烟气流速控制在1．5～3m/s，炉膛截面热负荷控制在1．5～1．7MW/m2。沸腾炉膛的悬浮段炉膛截面积也应按灰碳粒子的临界流化速度wlj选取。循环流化床锅炉的炉膛截面积应按灰碳粒子的带出流速wdc确定。临界流化速度wlj和带出流速wdc应由实验确定。

(4)热力计算参数的选择:①炉膛过量空气系数建议取α=1．2～1．3。因生物质固定碳含量少，挥发分含量高达70%左右，可不考虑氧气向碳粒深层扩散影响碳粒燃尽问题，只要空气与挥发分充分混合即可充分燃尽。炉膛过量空气系数取α=1．2～1．3即可保证燃烧效率在98%以上。②水冷壁污染系数建议取ζ=0．5。运行证明该系数在燃生物质成型燃料锅炉上与运行工况符和较好。③炉排可见热负荷应根据燃料水分、燃料灰分、炉排特性系数和燃料表征尺寸确定，建议用式(2)计算。

qＲ=300Mar×A×Fcc×klpk W/m2

(2)式中Mar———燃料全水分小数值

A———燃料灰分小数值

Fcc———燃料粒度尺寸，mm(圆柱形为直径+长度的一半，片、块状为长+宽+厚的1/3)

kl P———炉排特性系数，链条炉排取1．2、往复炉排取0．9、固定炉排取0．9