生物质成型燃料锅炉清洁燃烧改造情况分析和研究.pdf

2 0 13 年第3 期 ( 总第2 7 期) 质量技术监督研究 Q u a l i t ya n dT e c h n i c a lS u p e r v i s i o nR e s e a r c h N 0 3 2 0 1 3 G e n e r a lN o 2 7 生物质成型燃料锅炉清洁燃烧 改造情况分析和研究 陈玮1 ，陈进才2 ( 1 龙岩市质量技术监督局，福建龙岩3 6 4 0 0 0 ) ( 2 福建森华实业有限公司，福建龙岩3 6 4 0 0 0 ) 摘要：针对社会发展对城市环境空气质量要求的不断提高以及不可再生能源煤炭仍在被大量消耗的情况，当 前占总煤炭消耗量最大份额的燃煤锅炉如何实现节能减排和清洁高效燃烧的课题已经不断被各级政府提到了 议事日程。文章选取了一台在用燃煤锅炉进行的“生物质成型燃料”清洁燃烧改造案例：通过对环保排放指 标和燃烧能效指标等方面的分析和研究后认为：作为可再生能源的“生物质成型燃料”在应用前景和性价比 等方面将日益突显其潜在的优势。“生物质成型燃料”可作为在尚未开通和已经开通了燃气能源，且空气中 的S 0 2 和N O X 含量有更加严格控制的中心城市的首选能源之一。 关键词：生物质燃料；锅炉；节能减排 在城区中原有的燃煤锅炉由于烟尘污染严重， 已不适宜继续在中心城市使用。各地环保部门也陆 续采取了限制改造燃用清洁燃料的措施。为此笔者 就龙岩市中心城区一企业对1 台蒸发量为4 吨时的燃 煤锅炉改造为燃烧生物质固体成型燃料的情况作案 例进行分析和探讨，供同行借鉴和参考。 生物质能源包括农林生物质发电、沼气工 程、生物质气化、生物液体燃料和生物质成固体 型燃料等。所谓生物质固体成型燃料目前还没有 统一的国家标准。笔者查阅了相关资料，可暂先 认为是采用农林废弃物( 秸杆、稻壳、木屑、树 皮等) 为原料，经过收集、干燥、粉碎等预处理 后，利用特殊的生物质固体成型设备挤压成规则 的、密度较大的棒状、块状或颗粒状等成型燃 料。该燃料热值高、燃烧充分，所产生出的热值 为43 0 0 K C a l k g 47 0 0 K C a l k g ( 检测值为 4 3 6 7 K c a l k g ) ，是一种洁净低碳的可再生能源。 作为锅炉燃料，它的燃烧时间长，强化燃烧炉膛 温度高，而且经济实惠，同时对环境无污染，是 替代常规化石能源的优质环保燃料。国家环保部 在答复广东省环保厅意见( 关于生物质成型燃 料有关问题的复函环办函 2 0 0 9 7 9 7 号) 中认 为：“生物质燃料可改善农林废弃物的燃烧性 能，其硫、氮和灰份含量较低，在配套的专用燃 烧设备上应用，可实现清洁、高效燃烧，产生的 二氧化硫、氮氧化物和烟尘较少，不属于高污染 燃料。在城市的燃气供应不能满足需求时，生物 质成型燃料可作为并应以燃气排放标准来要 求。”另外，笔者认为有必要将文中所讨论的生 物质成型燃料同一般的废木家具、废纸等人工合 收稿日期：2 0 1 3 0 2 一O l 作者简介：陈玮，男，龙岩市质量技术监督局特种设备安全监察科，科长 陈进才，男，福建森华实业有限公司设备工程部，经理，高级工程师 5 7 万方数据 成化合物的可燃废物加工的成型燃料严格区分开 来，因为后者在燃烧中会产生可能含有二恶英成 分的烟气排放到大气中。环境中的二恶英很难自 然降解消除。它包括2 1 0 种，且有“世纪之毒”之 称的毒性，是砒霜的9 0 0 倍，万分之一甚至亿分之 一克的二恶英就会给健康带来严重的危害。 1 锅炉现有情况和改造的预期目标 福建森华实业有限公司位于龙岩市中心城市规 划区内，拥有2 台蒸发量为4 吨时的燃煤锅炉( 一用 一备) ，预期通过本次改造达到如下目标值： ( 一) 锅炉出口参数基本维持不变，排烟温 度有所降低，热效率有较大幅度提高： 额定蒸发量：4 T H ； 额定蒸汽压力：1 2 5 M p a ； 额定蒸汽温度：1 9 4 排烟温度： 8 0 ( 二) 锅炉燃烧排放达到国家锅炉大气污染 排放标准( G B l 3 2 7 1 2 0 0 1 ) 燃气锅炉I I 时段标准： 烟尘5 0 m g m 3 ； S 0 2 l O O m g m 3 ： N O X 4 0 0 m g m 3 ； 林格曼黑度 l 级； 烟囱高度8 m 。 除尘废水经沉淀后全部循环使用，不外排。 2 锅炉改造的主要内容 鉴于目前该城市尚未实现燃气供应的情况， 为实现上述目标，该公司经多方考察决定先将其 中1 台燃煤锅炉在原有的锅炉本体及受压元件不变 的基础上，改造为燃烧生物质成型燃料锅炉。本 次改造主要部分内容如下【4 J ： ( 一) 原给煤系统改为颗粒输给料系统，由 斗式提升机、料仓、落料阀及炉前料仓组成，达 到降低劳动强度，节省劳动力且给料连续、可 控、布料均匀以及防回火的目的。 ( 二) 更换炉排减速机，以达到适用木屑颗粒 燃烧要求的炉排速度。 5 8 ( 三) 修改炉拱，并在炉膛内布置二次风， 以组织炉膛内合适的空气动力场，促进木屑颗粒 的燃尽。 ( 四) 尾部烟道在原空气预热器前增加省煤器。 ( 五) 除尘系统方案：采用文丘里气冲雾化 水膜除尘器。 3 改造完成前后指标监测情况 ( 一) 所采用的生物质成型燃料工业分析值 5 样品名祷样品状棒发份固定炭灰分水分发热量奎硫 巷( 直径( )( )( )( ) ( 五缸 c g ) ( ) 生物质87 33 51 73 91 5 875糟2 8n 0 2 ( 籁鞋) 燃料 ( 二) 改造完成前燃煤锅炉热效率测试隋况 1 锅炉热效率：5 9 3 6 排烟温度：1 4 0 9 。C ( 三) 改造完成后燃生物质燃料锅炉热效率 测试情况 2 锅炉热效率：7 8 0 3 排烟温度：1 1 5 O C ( 四) 改造完成后锅炉除尘后烟尘排放测试 情况 3 1 、废气流量( 标态) ：7 4 2 1 0 4m 3 h 2 、烟尘实测浓度：2 6 4m g m 3 3 、空气过剩系数：2 3 4 、烟尘折算排放浓度：3 3 7m g m 3 5 0 m g m 3 ( 标准值) 5 、烟尘排放量：0 2 0k g h 6 、S 0 2 平均浓度：1 2m g m 3 7 、跚删尉硎t 受：1 5J 瑾徊 1 0 Q 1 1 跏p ( 标准值) 8 、S 0 2 排放量：0 0 9k g h 9 、蜊 孜浓度：1 3 嘴佃 4 0 0 唱I 蒂( 标准值) 1 0 、N O X 排放量：0 1 0k g h 4 结果评价 ( 一) 环保评价：锅炉燃烧排放可达到国家 锅炉大气污染排放标准( G B l 3 2 7 卜2 0 0 1 ) 燃气 锅炉I I 时段标准。其污染物排放量均低于环评批 复排放量： 万方数据 烟尘：0 5 2 8 t a 0 7 4 9t a S 0 2 ：0 2 3 7 6 t a 0 6 6 1t a N 0 x ：0 2 6 4 t a 2 3 3t a 1 、s 0 ，年减排5 1 3 吨：燃煤锅炉使用龙岩原煤 含硫1 4 的无烟煤7 2 6 5 1 6 K g H ，并采用水膜除尘 脱硫技术脱硫率为8 0 ，产生烟气排放的二氧化硫 为：7 2 6 2 4 7 0 0 1 4 0 2 = 2 0 3 3 5 K g H ；改造后 的锅炉燃用由鸿光木业公司生产的生物质燃料产 生的二氧化硫排放量为0 0 9 K g H ； 每小时减排二氧化硫( 2 0 3 3 5 K g H - 0 0 9 K g H ) ：1 9 4 9 5 K g H ，每天减排二氧化硫( 1 9 4 3 5 K g HX 8 H ) = 1 5 5 4 8 K g ，每年减排二氧化硫( 1 5 5 4 8 K g 3 3 0 天) = 5 1 3 0 8 4 K g 5 1 3 吨。 2 、c 0 。零排放：生物质成型燃料的燃烧以挥发 份为主，其固定碳含量仅为1 5 左右，是典型的低 碳燃料。排放的二氧化碳可被等量生长的植物光合 作用吸收，实现二氧化碳零排放，这对减少大气中 的二氧化碳含量及降低“温室效应”极为有利。 3 、灰渣零排放：由于燃料是生物质成型( 颗 粒) 燃料，灰料极少，出渣量少，每天只有2 斗车 ( 锅炉运行8 小时出渣约l O O k g ) ，且可装成小袋， 对外销售作为植物用的有机肥。 ( 二) 能效评价：以4 吨d 时蒸发量锅炉来比 较节能减排情况。1 2 5 M P a 下饱和蒸汽的焓值为 2 7 8 7 K J K g ，给水焓值( 2 0 。C ) 为8 4 K J K g ，每小时 产生4 吨燃煤锅炉蒸汽的热焓为：4 0 0 0 K gx ( 2 7 8 7 K J K g 一8 4 K J K g ) = 1 0 8 1 2 0 0 0 K J ， 1 0 8 1 2 0 0 0 K J 4 1 8 = 2 5 8 6 6 0 2 87 K c a l 2 5 8 6 6 0 3 K c a l ， 按标煤发热量为7 0 0 0K c a l K g 计算，所要改造 的燃煤锅炉热效率为5 9 3 6 ，所需要的燃料为： 2 5 8 6 6 0 3 ( 7 0 0 0 5 9 3 6 ) = 6 2 2 4 9 8 K g 标煤H 。 按2 0 1 2 年度龙岩市区燃喋市场行情的平均价格：( 8 5 0 0 K c a 公斤燃用煤8 4 0 元吨，换算为i 0 6 9 元吨标煤) 计算 每天所需燃料费用：8 小时6 2 2 4 9 8 公斤小时 1 0 6 9 元1 0 0 0 公斤= 8 3 2 3 6 0 元。 改造后的生物质燃料锅炉每小时产生4 吨蒸汽 的热焓为： 4 0 0 0 K g X ( 2 7 8 7 K J K g - 8 4 K J K g ) = 1 0 8 1 2 0 0 0 K J ， 1 0 8 1 2 0 0 0 K J 4 1 8 = 2 5 8 6 6 0 2 8 7 K c a l 2 5 8 6 6 0 3K c a l ， 生物质燃料发热量为：1 8 2 8 M J K g x1 0 0 0 4 1 8 6 = 4 3 6 7K e a l 左右，热效率为7 8 0 3 ， 所需要的燃料为：25 8 66 03 ( 4367 78 03 ) = 7 5 9 K g H 。 按目前市场行情计每天所需燃料费用：8 小时 7 5 9 公斤小时1 0 8 0 元1 0 0 0 公斤= 6 5 5 7 7 6 元。 每天燃料费用增加( 6 5 5 7 7 6 5 3 2 3 6 0 ) 5 3 2 3 6 0 = 1 7 9 3 5 8 5 3 2 3 6 0 = 2 3 2 因此该项技术既环保又节能，又符合国家发改 委和环保部门提出的节能减排和清洁燃烧的要求。 5 结论 ( 一) 改造工作四个关键要素：一是将给煤 系统改为颗粒给料系统；二是改变炉排运行速 度；三是修改炉膛炉拱并增加二次风配置；四是 增加尾部受热面；五是除尘系统采用文丘里气冲 雾化水膜除尘器。 ( 二) 锅炉排放的环保指标和燃烧的能效指 标值均达到了预定目标，真正实现了清洁和高效 燃烧。作为可再生能源的“生物质成型燃料”虽 然目前在价格上还比不上不可再生的煤炭，但从 长远来看，资源型能源只会越来越少，可再生型 能源的应用前景和价格优势终将日益突显。“生 物质成型燃料”可作为在尚未开通和已经开通了 燃气能源，但对空气中的S 0 2 和N O X 含量有更加严格 控制的中心城市的首选能源之一。 参考文献 1 报告编号：L Y 2 0 1 1 J F 0 0 0 0 7 型号：D Z L 4 1 2 5 - W I I 锅炉热效率简单测试报告福建省锅炉压力容器检验 研究院2 0 1 1 2 报告编号：L Y 2 0 1 2 J F 0 0 0 0 5 型号：D Z L 4 1 2 5 - W I I 锅炉热效率简单测试报告福建省锅炉压力容器检 验研究院2