・研究与开发・　循环流化床燃烧秸秆类生物质技术的探讨　１５　文章编号：１００４－８７７４（２０１０）０６－１５－０３　循环流化床燃烧秸秆类生物质技术的探讨　谷开兴　，靳宗伟　，高永彬　（１．济南锅炉集团有限公司，济南２５００２３；　２．山东金岭矿业有限公司，淄博２５５０８１）　

Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ＣＦＢ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｎｇ　Ｂｉｏｍａｓｓ　ＧＵ　Ｋａｉ—ｘｉｎｇ　，ＪＩＮ　Ｚｈｏｎｇ—ｗｅｉ　，ＧＡＯ　Ｙｏｎｇ—ｂｉｎ　（１．Ｊｉｎａｎ　Ｂｏｉｌｅｒ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｊｉｎａｎ　２５００２３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｈａｎｄｏｎｇ　ＪｉｎＬｉｎｇ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｚｉｂｏ　２５５０８１，Ｃｈｉｎａ）　

摘要：通过生物质大比例的掺烧试验，证明了生物质可以通过循环流化床技术燃烧。对　受热面的重新布置、布风板的全新设计、循环物料的正确选择可以实现生物质在循环流化床上　的单一燃烧。　关键词：循环流化床燃烧技术；生物质；探讨　中图分类号：ＴＫ２２９．６　６　文献标识码：Ｂ　

Ｏ前言　秸秆、薪材及能源植物类生物质在燃烧特性上　相近，并且上述三类生物质占生物质资源的九成以　上，研究、开发、利用此三类生物质具有重要的意义。　本文所探讨的生物质应用仅指此三类生物质在循环　流化床锅炉上的应用。　１　生物质特性及燃烧原理　生物质燃料水分变化范围大、密度低、含氧量　多、挥发分高、硫含量低、灰分低，导致生物质的燃烧　机理、反应速度以及燃烧产物的成分与化石燃料有　很大不同。生物质中可燃烧部分主要是纤维素、半　纤维素和木质素，燃烧时纤维素和半纤维素首先释　放出挥发分物质并燃烧，而木质素转变为碳后才发　生气固两相反应。这是一种静态渗透式的扩散燃　烧，最初生物质燃料表面可燃挥发物首先燃烧形成　较长火焰，成型燃料的表层部分碳处于过渡燃烧区，　

收稿日期：２０１０－０９—１７　改善，成本低于双除尘器切换使用。对斜面堆积的　问题，可视具体情况在集灰斗外壁加装振打器。盈　参考文献　［１］祁君田，党小庆，张滨渭，等．现代烟气除尘技术［Ｍ］．北　京：化学工业出版社，２００８．　［２］赵欣华，梁冬．布袋除尘器技术在火电厂锅炉烟气除尘　

第一作者：谷开兴　（１９７８一），本科，助　理工程师，２００３年至　今在济南锅炉集团　有限公司，从事锅炉　和压力容器的开发　设计工作。　

并向深层渗透，此阶段主要进行固定碳燃烧；随着固　定碳燃烧的加深，形成厚的灰壳，虽然热膨胀作用会　使灰壳上呈现微孔组织或空隙通道，但是燃烧灰的　低熔点（见表１）引起的粘结性占主导作用，如没有　外界条件强烈干扰，未燃尽的生物质燃料就会结团　直至形成未完全燃烧的团状物。表１为典型烟煤与　典型生物质灰熔点温度。　表１典型烟煤与典型生物质灰熔点温度　℃　项目　烟煤　稻壳　玉米　小麦　棉花　枝条　Ｄ　ｌ　２２０．１　１２０　１　０８０　７６０　６６０　６５０　ＳＴ　ｌ　２８０　１　１６０　１　１３０　７８０　８２０　６７０　Ｆ　】３４５　１　２１０　１　１６０　７９０　８３０　７９０　

２生物质循环流化床燃烧技术　近年来，中国科学院热物理研究所在中试焚烧　试验装置上，完成了生物质燃烧特性和排放特性的　中试试验。试验结果表明：采用循环流化床燃烧技　

的应用［Ｊ］．黑龙江电力，２００５（４）：１５４—１５７．　［３］孙熙．布袋除尘技术与应用［Ｍ］．北京：机械工业出版　社，２００４．　［４］赵金蝉，寇天富，张宏钢．负压反吹布袋除尘器在硅铁电　炉上的应用［Ｊ］．铁合金，１９９９（１）：３３—３６．　１６　工业锅炉　２０１０年第６期（总第１２４期）　术，飞灰含碳量较低、燃烧充分、烟气和飞灰排放均　满足国家相关的环保标准，可直接进行工程应用。　宝应协鑫生物质环保热电有限公司也在秸秆直燃锅　炉技改项目中尝试掺烧稻壳。该锅炉为济南某锅炉　集团生产的ＹＧ—＿７５／５．２９一Ｔ型次高温次高压循环　流化床锅炉，近一年多的掺烧运行为循环流化床锅　炉直燃生物质进行了成功的尝试，并为循环流化床　锅炉全燃生物质积累了运行经验，为设计改进全燃　生物质循环流化床锅炉提供了大量现场实证。２００７　年６月安徽电力科学院对该锅炉燃烧稻壳能力及热　效率进行性能测试，锅炉试验煤质及稻壳的分析见　表２。　锅炉试验给的煤量为２　ｔ／ｈ，稻壳量为１５．４　ｔ／ｈ，稻　壳掺烧比例（按热值）为８６．２％。锅炉的主蒸汽流　量７４．９　ｔ／ｈ，压力４．７９　ＭＰａ，温度４７３　ｏＣ；排烟热损　失ｑ　为６．２３％。燃料飞灰比率Ｏｔ　为１００％，可燃　气体未完全燃烧热损失ｇ　为０．００７％，飞灰含碳量　Ｃ　为１．４３％，收到基灰分（加权平均）Ａ。　为　１２．５５％，低位发热量（加权平均）９为１４　０１６．８８　ｋＪ／ｋｇ，固体未完全燃烧热损失ｑ　为０．４４％，散热损　失ｑ５为１．１３％，锅炉热效率叼为９２．２０％。在７５　ｔ／，　ｈ的工况下，稻壳燃烧比例（按热值）达到８６．２％。　试验中由于生物质灰分较低，锅炉没有排渣，飞灰比　例为１００％，飞灰中的可燃物为１．４３％，表明燃烧充　分，锅炉可以在定期添加少量循环物料的前提下全　燃稻壳。锅炉直燃生物质取得超出预料的效果。稻　壳灰熔点与烟煤接近，燃烧特性要优于其他生物质　（如在循环流化床中直燃麦秆、棉杆等还要对燃煤　循环流化床锅炉作相应的变动）。　表２锅炉试验煤质及稻壳的分析　％　３循环流化床锅炉纯燃生物质的措施　秸秆类生物质物料密度小，不易加料，不易流　化，在循环流化床中如何顺利加入炉膛、如何实现秸　秆类生物质良好的流化，避免床层内生物质的结团　和结焦；秸秆类生物质的燃烧特性表现为：挥发分析　出、着火迅速，燃烧主要集中在挥发分的燃烧（固定　碳所占的燃烧份额很小，且固定碳的燃尽性能较　差），如何实现挥发分快速有效燃烧和固定碳的燃　尽，是秸秆类生物质的锅炉燃烧效率的关键。另外，　秸秆类生物质中含有大量的碱金属元素（主要是指　钾和钠），在生物质燃烧过程中，主要表现为灰的粘　结性较强，在炉膛内发生结渣、分离器容易堵塞、在　尾部受热面上发生积灰，影响循环流化床锅炉安全、　稳定的运行。秸秆类生物质中含有少量的硫和氯，　燃烧过程中会产生一定量的ＳＯ：和ＨＣ１，对尾部受　热面形成腐蚀，如何有效地避免受热面管壁的腐蚀，　也是秸秆类生物质锅炉安全运行的关键。同时应该　考虑到如何有效地收集烟气中的飞灰，以及飞灰的　综合利用。再者秸秆类生物质水分的波动会影响锅　炉运行工况，如何提高对秸秆类生物质成分变化的　适应性，也是值得注意的。　３．１设计　同常规的燃煤循环流化床锅炉相比，为了适应　生物质燃烧的需要，锅炉炉膛结构设计发生了一定　的变化，主要表现在：　（１）改变炉膛底部布风板形式，目的是实现生　物质在床层内的强烈掺混、干燥和燃烧，实现生物质　的良好流化，避免了生物质的结团。　（２）大量对流受热面前移，即在炉膛上部布置　了水冷蒸发屏和高温屏式过汽器。炉膛内大量受热　面的布置为生物质的较低温燃烧创造了比较适合的　条件，同时炉内循环物料持续冲刷，还可有效地解决　水冷蒸发屏和高温屏式过热器的积灰，亦降低了炉　膛出口的温度水平，为解决对流受热面积灰问题创　造了前提。　在秸秆类生物质给料方面，采用螺旋推进的加　料技术，使其能顺利地进人炉膛，是保证锅炉安全可　靠运行的前提；根据秸秆类生物质的燃烧特性，选择　合适的加入口位置，有助于秸秆生物质在炉膛内的　燃尽。若纯烧生物质，应选择避免含二氧化硅的循　环物料，因为在５００℃以上的温度，生物质中的碱金　属化合物与二氧化硅反应生成玻璃相的熔融物，该　熔融物熔点温度小于７００　ｃ【＝，从而导致整个流化床　的结团。因此，应选择粘土或者灰熔点比较高的煤　灰渣作为循环物料。床料只参与循环，床料的尺寸　要求为０～２　ｍｍ（ｄｓｏ为０．１５　ｍｍ），７５　ｔ／ｈ循环流化　床的补充床料量为每天２　ｔ左右。由于该炉采用独　特的分离技术和返料技术，使未燃尽的颗粒被分离　并携带回炉膛继续燃烧。同时控制合适的进出口温　度，避免循环物料在循环回路中搭桥和堵塞。　・研究与开发・　循环流化床燃烧秸秆类生物质技术的探讨　１７　３．２操作参数　秸秆类生物质燃烧的最主要问题就是结团、积　灰和结渣。为了防止结团、积灰和结渣，除了合理的　锅炉结构设计之外，锅炉运行参数的选择也至关重　要。例如烟气温度，管子受热壁面的温度、材料以及　所在的位置，燃烧的环境，烟气中氧含量等。通过严　格控制床层和炉膛出口的燃烧温度、分离效果、过量　空气系数、尾部烟道的烟气流速，能够避免和解决燃　烧秸秆类生物质出现的积灰、结渣问题。　３．３尾部烟道设计、吹灰技术及除尘　如上所述，炉膛出口的烟气温度较低，秸秆的粘　结特性表现较弱，尾部烟道中低温过热器设计蒸汽　出口温度严格控制在４００℃以下，低温的烟气遇到　低管壁温度的过热器，进一步降低了低温过热器的　积灰。同时，局部采用高的烟气流速，也可以有效降　低受热面的积灰。但是高烟速会使具有高动能烟尘　颗粒冲积到受热面上形成灰渣，烟气温度进一步降　低，灰的粘结性更弱，而且，省煤器和空气预热器本　身的管壁温度较低，通过选取合适的烟气流速，可以　有效降低省煤器和空气预热器的积灰。另外，尾部　对流受热面若能配备吹灰能力较强的蒸汽吹灰设　（上接第１２页）　４　结论　本文通过对有机热载体炉系统整体热力计算特　点的分析，总结了开展整体热力计算时的注意事项，　并在此基础上开发了整体热力计算程序，并通过实　际示例进行对比分析，运用此程序进行计算比手工　试算具有更高的可信度。特别是采用此程序进行双　介质锅炉整体热力计算时，程序能够在很短时间内　完成校核计算，并且计算精度远高于手工计算。因　此，运用此程序进行热力计算不论是快捷性还是准　确性都能满足锅炉厂的设计需求，这对提高企业有　备，可以对积灰进行有效的清除。　秸秆类生物质燃烧形成的灰中钾、钠含量较高，　灰渣可以作为较高肥效的农业肥料使用，采用布袋　除尘器可以有效地收集烟气中的飞灰。循环流化床　燃烧技术的温度水平和物料循环方式有助于秸秆类　生物质中钙、镁及钾对Ｓ和Ｃｌ的反应和自脱除，避　免了尾部受热面的酸性腐蚀，使烟气排放符合国家　环保标准。由于采用单一秸秆类生物质燃烧，灰渣　中钾含量很高，可以直接施用于农田。　４结论　（１）针对生物质的特点，通过针对性的技术措　施的应用，生物质燃料理论上完全可以在循环流化　床锅炉上燃烧，并且能够长期稳定运行。　（２）对秸秆类生物质燃料而言，在基本上解决　了秸秆类生物质燃烧后的烟气换热过程中的积灰和　结渣问题，循环流化床是一种首选的燃烧技术。　（３）用循环流休床技术燃烧秸秆类生物质，烟　气的排放可满足国家相关的环保标准，并且灰渣含　碳量低，同时可以实现灰渣和飞灰的综合利用。隧