流化床生物质锅炉燃烧优化的探讨

流化床生物质锅炉燃烧优化的探讨

孙振川

中材节能股份有限公司

摘要：生物质锅炉的燃烧状态，不仅影响着能源的利用效率，同时对污染排放起着关键作用。可靠稳定的燃烧对生物质电站起着关键性作用。

关键词： 生物质燃料、流化床锅炉  一氧化碳

The optimization of CFB boiler combustion

Abstract: The combustion condition of Biomass boiler will not only affect the energy conversion efficiency, and also affect the boiler carbon monoxide emission. The stable combustion of biomass boiler is the critical factor for biomass power plant.

Key words: Biomass fuel、CFB boiler、Carbon monoxide

    近年来随着双碳政策的影响，作为可再生能源项目，越来越多的生物质电站陆续投产。循环流化床锅炉以造价低，维护率低，氮氧化物生成率低的特点，获得广大用户的亲睐。但由于低温燃烧的特性也造成了循环流化床锅炉燃烧稳定性差，一氧化碳排放居高不下。随着国家环保政策逐渐变得严格，现有大量生物质循环流化床锅炉存在一氧化碳排放无法达标的风险。

本文就作者参与建设某生物质循环流化床项目在运行过程中遇到的问题和解决方法进行介绍，可为类似问题提供一定参考。

1. 生物质锅炉信息

该项目锅炉规格为50t/h中温次高压循环流化床锅炉。锅炉主要燃料为鸡粪，燃料水分在25-40%，热值约2000-2400kcal/kg。锅炉在设计之初，为保证锅炉排放达标，采用了多通道锅炉，延长燃料燃烧时间。

2. 运行中存在的问题

该锅炉投运后，锅炉燃烧始终无法稳定，床温忽高忽低，带负荷能力差，经常发生床料结焦现象。同时炉膛上下温差大，炉膛出口烟气温度低，燃烧不充分。烟气进入分离器后经常性发生尾燃，分离器出口温度最高达到1000℃，造成分离器中心筒多次开焊坠落。锅炉投运后，锅炉出口烟气一氧化碳排放浓度高达3000-4000ppm。

3. 解决方法

为解决生物质锅炉不稳定燃烧的问题，作者走访很多类似工厂和相关文献资料。由于生物质燃料的多样性以及季节的波动性，生物质循环流化床锅炉普遍存在燃烧不稳定，一氧化碳排放浓度高的问题。针对上述问题，采取了以下措施，锅炉燃烧状况得到大幅改善。

第一、生物质燃料由于存在钾、钠成分，普遍存在灰熔点偏低的问题，也造成

了锅炉容易发生结焦。经过查验原锅炉计算书以及流化试验测量，发现锅炉厂设计的布风板内管开孔率与风帽开孔率比值过小，造成布风板阻力过小，一次风量不足，无法有效支撑燃烧状态下的流化。经过改造布风板内管开孔率从3%提高至3.6%，锅炉床料流化状态大幅改善，通过冷渣器及时排渣置换床料，控制了锅炉床料结焦的现象。

第二、稳定锅炉的燃烧状态。

生物质燃料不同于煤炭，属于高挥发份燃料。燃料密度较小，同时生物质燃料一般含水量较高。燃料进入炉膛密相区后，先被预热，水分析出，随后挥发份大量析出，并分解为一氧化碳。为提高换热效率，炉膛内存在高浓度灰分，同时过强的换热效率，也造成沿炉膛高度方向快速下降，挥发分气体燃烧效速率大幅下降。

结合这一特点，笔者对锅炉进行了改造：

A）是将锅炉入炉燃料口高度从10米降低至8米，主要是将燃料水分析出过程控制在锅炉底部，增加燃料在炉膛中的停留时间。同时利用燃料预热蒸发水分控制炉膛底部温度防止结焦。

B)是在锅炉中上部的稀相区增加浇筑料，主要为提高稀相区燃烧温度，同时利用炉膛中部灰浓度较低的特点，为挥发性气体快速燃烧创造条件。通过改造使锅炉炉膛底部温度保持在850℃以下，炉膛中上部烟气温度控制在900℃以上，使锅炉炉膛温度场呈倒三角式分布。在防止炉膛结焦的同时，创造了炉膛内稳定的燃烧空间，有效防止了分离器尾燃现象的发生。

结论：传统循环流化床锅炉作为一种煤炭清洁高效燃烧设备，炉膛燃烧追求上下温差一致。改进温度场分布的循环流化床锅炉，温度场分布呈现倒三角式（即下部温度低，上部温度高），不仅保证焚烧低灰熔点燃料时不结焦，同时了也确保了炉膛内的高效燃烧。另外鉴于现场条件限制，此想法未能实施，可供后续锅炉设计时参考。生物质燃料不同于煤炭，燃料中挥发份比例较大，难燃烧固体颗粒较少。生物质循环流化床锅炉的分离器设置的分离效率过高，造成系统阻力过大，同时将大量的燃料灰返回至炉膛底部，造成低熔点灰聚集，进一步增加了锅炉床料结焦的风险。因此低分离效率、低风阻的分离器更适用于生物质流化床锅炉。