竹、木屑代煤焚燒的技術(shù)經(jīng)濟分析

竹、木屑代煤焚燒的技術(shù)經(jīng)濟分析

中國南方各省森林資源豐富，木材加工，尤其是竹制品加工，規(guī)模大、周期長。近幾年來由于市場上燃煤價格不斷上揚，導(dǎo)致使用煤炭作為燃料的企業(yè)生產(chǎn)成本大幅度上漲，為此，許多生產(chǎn)企業(yè)將木材加工過程中產(chǎn)生的大量竹屑、木屑等作為替代燃料用于小型工業(yè)鍋爐。如能妥善解決好由此產(chǎn)生的一些相關(guān)問題，竹、木屑作為燃料代煤焚燒，有其明顯的經(jīng)濟效益。1以竹、木屑和燃料作為燃料的環(huán)保意義燃煤中炭含量約為60%，硫含量為5%～10%，因其在鍋爐中的燃燒沒有竹、木屑充分，故煙氣中CO2、硫氧化物含量較高，其中CO2為10%～14%，硫氧化物為0.5%～1%，因而燃煤燃燒時，煙氣中的硫氧化物在低于露點時易在鍋爐受熱面上產(chǎn)生凝結(jié)從而將其腐蝕，另外煙氣中高含量的CO2、硫氧化物也會污染大氣，影響環(huán)保。竹屑、木屑作為生物質(zhì)材料，其揮發(fā)分和炭活性高、硫含量低，燃燒后的產(chǎn)物中CO2排放量極低，硫氧化物也相應(yīng)減少。煙氣中硫氧化物含量少，能有效避免硫酸、亞硫酸對鍋爐產(chǎn)生的腐蝕。此外，與燃煤相比，以竹、木屑作為燃料還可以顯著降低生產(chǎn)成本。1kg標準煤的低位發(fā)熱量為29.3MJ，1kg竹、木屑的發(fā)熱量平均為14.7MJ，按目前市場最劣煤的價格估算，煤的價格是竹、木屑價格的4～6倍，因此，用竹、木屑替代燃煤直接綜合成本可降低2～3倍。2導(dǎo)致的問題和解決辦法2.1爐拱走向燃燒1kg標準煤的低位發(fā)熱量約是竹屑、木屑的2倍。煤的堆積密度在800～1200kg/m3之間，而竹、木屑的堆積密度在108～113kg/m3之間，即1m3煤的發(fā)熱量相當(dāng)于16～20m3竹、木屑的發(fā)熱量。因此，要達到鍋爐額定蒸發(fā)量及壓力的蒸汽，竹屑、木屑產(chǎn)生的灰渣比燃煤要多得多。目前我國4t/h以下鍋爐很多采用DZL型，這種爐型的爐膛用爐拱分隔為燃燒室和冷卻室兩部分(見圖1)，筆者在檢驗工作中發(fā)現(xiàn)用竹、木屑作燃料的鍋爐，冷卻室中堆滿灰渣，甚至將冷卻室外左右墻的水冷壁也幾乎全部覆蓋，結(jié)果是降低了煙氣與受熱面之間的傳熱效率，增加了煙氣的流動阻力，提高了煙氣在前后煙箱的溫度，在運行不當(dāng)時，易造成脹口泄漏。經(jīng)檢驗后，筆者建議該廠進行后拱改造，即適當(dāng)縮短后拱，且在出口段略向上傾斜(見圖1)，向上傾斜的爐拱起著“擋板”作用，隨著爐排的運動，分流出大部分灰渣及部分燃燒未充分的燃料，未燃燼燃料在爐排上可繼續(xù)燃燒。DZL型小型工業(yè)鍋爐大多采用比較長及反傾斜的后拱，其主要目的之一是促進前端燃煤的引燃，特別適合于劣質(zhì)煤。根據(jù)碳燃燒的反應(yīng)機理，其化學(xué)反應(yīng)速度為Wm1=k[C][O2]及Wm2=k[C][O2]1/2，而k=koexp(-E/RT)，在其他參數(shù)相同的情況下，活化能E不同，燃煤與竹、木屑燃燒反應(yīng)速度不同。竹、木屑的E值較小，k值較大，顯然，竹屑、木屑與煤相比，前者可快速引燃著火。單位體積的這類燃料持續(xù)燃燒時間短，因此并不需要尾部高溫?zé)煔鈦泶龠M燃燒。實踐證明，這樣的改造可減少灰渣在爐膛的堆積，且不影響在前拱形成“回流旋渦”。2.2采用螺旋進料機構(gòu)要達到同樣的鍋爐蒸發(fā)量和壓力的蒸汽，單位時間里送進爐膛的竹、木屑體積與質(zhì)量比燃煤要大得多。顯然，這樣會增加司爐工的勞動強度和用工量，不但使司爐工的疲勞程度增加，給安全操作帶來隱患，也會使人工成本提高，削弱竹、木屑代替燃煤的成本優(yōu)勢。傳統(tǒng)小型工業(yè)鍋爐上煤機構(gòu)普遍采用導(dǎo)軌式單斗提升機(見圖2)，對于燃煤來說比較適應(yīng)，用竹、木屑作為燃料，由于爐排行走速度相對較快，這種間歇式的上煤機構(gòu)已不適應(yīng)。在檢驗過程中筆者發(fā)現(xiàn)，很多司爐工干脆不用這種機構(gòu)，而采用人工進料。對上述上煤機構(gòu)比較好的解決辦法是改用螺旋進料機構(gòu)，選用左側(cè)的爐門作為進料口(見圖3)，螺旋進爐膛這端最佳長度大約為爐膛寬度的1/3～1/2。由于爐膛溫度較高，伸進爐膛的“凵”型槽及螺旋用鋼宜采用耐熱鋼，螺旋轉(zhuǎn)速大約在15～25r/min。最佳方法是將螺旋轉(zhuǎn)速與爐排行走速度相匹配，甚至可以對爐排的減速裝置進行改造，但工作量相對較大。司爐工對這種螺旋進料機構(gòu)普遍比較歡迎。另有一種更好的技術(shù)方案，有條件的單位可以采用：即當(dāng)竹屑、木屑顆粒比較細小均勻時，可將物料首先由皮帶運輸機送至一個料倉。從料倉底部出來的物料，經(jīng)一臺小型螺旋輸送機均勻輸送到進料風(fēng)管中，這時可將物料直接用風(fēng)機吹送入爐膛之中(鼓風(fēng)或引風(fēng)均可)。因螺旋輸送機采用無級調(diào)速電機，所以可根據(jù)鍋爐燃燒情況或負荷情況任意控制送料量，起到很好的節(jié)能效果。在實際使用中，所使用的竹屑一般混雜有一些較大的竹節(jié)、竹塊等，特別是夾帶了許多細長狀的竹條，這都會影響螺旋輸送機的正常運行，必須在皮帶機加料口增設(shè)一臺振動篩加以清除，使細料進入給料系統(tǒng)，粗料分離出來。很明顯，當(dāng)選用上述給料裝置時，進料風(fēng)管不必伸進爐膛深部，經(jīng)調(diào)整使竹碎料噴射到爐排中間部位即可(見圖4)。2.3推流式的鍋爐充填系統(tǒng)根據(jù)火床燃燒空氣動力學(xué)原理，燃料在火床上燃燒而不被送風(fēng)吹走、處于穩(wěn)定狀態(tài)的臨界風(fēng)速為：式中：ρm—燃料密度；d—燃料顆粒直徑；c—燃料對氣流的阻力系數(shù)，它是Re(雷諾系數(shù))的函數(shù)。由于竹屑、木屑的ρm小于煤粒的ρm，所以竹屑、木屑的臨界風(fēng)速小于燃煤的臨界風(fēng)速。根據(jù)筆者檢驗經(jīng)驗來看，小型工業(yè)鍋爐用竹屑、木屑替代燃煤后，送風(fēng)量應(yīng)適當(dāng)減少，引風(fēng)量應(yīng)適當(dāng)增大。當(dāng)選用如圖4的進料機構(gòu)時，進料的風(fēng)機即可滿足送風(fēng)量的要求，爐排下的送風(fēng)機應(yīng)停止工作。改進后的進料機構(gòu)，由于進料口選在爐左爐門，應(yīng)確保爐膛的負壓燃燒，以免引起火災(zāi)及人身安全事故。引風(fēng)機的工作條件較差，容易損壞。燃煤改竹屑、木屑后，引風(fēng)機更易被飛灰磨損。因此，改用的引風(fēng)機葉片和機殼的鋼板宜較厚，引風(fēng)機軸承須用水冷卻，以延長其使用壽命。由于燃燒竹屑、木屑比燃煤飛灰量多得多，容易造成煙管及省煤器積灰堵塞，根據(jù)經(jīng)驗，一般不宜用省煤器。每季度檢修或因故停爐時，要及時對煙管進行認真清理。由于該系統(tǒng)所利用的是林產(chǎn)品廢料，極大部分呈顆粒狀，只有少部分是細粉狀，因而在焚燒過程中，不太容易發(fā)生反噴或回火的現(xiàn)象，但如果遇到細粉狀燃料(如砂光木粉等)較多時，