6吨燃煤锅炉改造生物质锅炉要点.docx

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6吨燃煤锅炉改造生物质锅炉要点

天津××××有限公司

6t/h、燃煤蒸汽锅炉

改燃生物质成型燃料

技

术

方

案

盐城博联环保科技有限公司

地址：

江苏省盐城市盐南机电产业园

电话：

0515-

传真：

0515-

联系人：

蔡伟民183

一、项目概况………………………………………………………………………………01

二、基础数据………………………………………………………………………………01

三、改造原则………………………………………………………………………………02

四、设计依据………………………………………………………………………………02

五、生物质成型燃料介绍………………………………………………………………02

六、技术介绍………………………………………………………………………………05

七、改造技术措施………………………………………………………………………10

八、技术特点………………………………………………………………………………13

九、改造后锅炉主要参数…………………………………………………………………14

十、工程报价………………………………………………………………………………15

十一、工程周期……………………………………………………………………………15

十二、售后服务承诺………………………………………………………………………16

十三、运行费用比较………………………………………………………………………16

十四、配套布袋除尘器……………………………………………………………………17

一、项目概况

天津市××××有限公司位于天津市××区，专业生产××××××××××××等系列产品。

××公司为满足生产、生活需求，现安装有1台燃6t/h燃煤蒸汽锅炉。

现应天津市燃煤锅炉整治工作要求，10吨以下锅炉需进行清洁燃料变更，××公司拟对这台燃煤锅炉进行改造，考虑到该锅炉使用年限短，运行状况好，拟对其实施改造，实现燃用低成本清洁燃料，同时避免重复投资。

目前，可用于锅炉的清洁能源主要有天然气、轻质燃料油、生物质成型燃料和电等，其中，生物质成型燃料是成本最低、也是目前国家大力鼓励的清洁能源。

为此，建议××公司对该台锅炉实施改燃生物质成型燃料，以实现节能、环保之目的。

二、基础数据

锅炉型号：

Ⅱ

锅炉形式：

单锅筒、纵置式

链条炉排

燃料：

II类烟煤

额定蒸发量：

6t/h

额定蒸汽压力：

运行压力：

蒸汽温度：

194℃

设计热效率：

75%

除尘方式：

水膜除尘

出厂时间：

20××年×月

三、改造原则

1、适用燃料由II类烟煤改造为生物质成型燃料。

2、仅对燃烧部分进行改造，不变动承压部件。

3、出力、效率等参数不低于原燃煤指标。

4、能连续运行，便于负荷调节。

5、适应生产用热量变化，满足压火、封炉要求。

6、烟气排放符合环保要求。

四、设计依据

1、TSGG0001-2012-《锅炉安全技术监察规程》；

2、JBT《工业锅炉通用技术条件》；

3、TSGG3001-2004-《锅炉安装改造监督管理规则》；

4、GB50211-2004-《工业炉砌筑工程施工及验收规范》；

5、2014版《中华人民共和国环境保护法》；

6、GB《锅炉大气污染物排放标准》；

7、GB50131-2007-《自动化仪表工程施工质量及验收规范》；

8、GB50168-2006-《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》。

五、生物质成型燃料介绍

1、生物质成型燃料

生物质颗粒燃料是应用农业、林业废弃物（如木屑、甘蔗渣、棉花秆、稻秆、麦秆）作为原料，经过粉碎、混合、烘干、挤压成型等工艺制备而成的新型清洁燃料。

其主要参数如下（以某木屑基生物质成型燃料为例）：

发热量QgrMJ/kg

固定碳FC%

挥发份V%

碳C%

氧O%

氢H%

硫St%

氮N%

灰分A%

水分Mt%

2、燃料特点

○更环保

含硫极低，燃烧时几乎不产生SO2；燃料中含氧38%，燃烧时耗氧低，产生的NOX少;生物质燃料C链短、H链长，燃烧时释放CO2少,同时，生物质排放和吸收CO2构成自然碳循环，实现CO2零排放。

○热值高

生物质成型燃料发热量大，热值在3900~4800kcal/kg，可媲美化石燃料。

○成本低

原料及加工、运输费用低，使用生物质成型燃料比天然气节省45%，比轻柴油节省65%。

○更安全

生物质成型燃料储运方便，消防要求低。

○总量大

生物质能源是世界第四大能源，其年生产量远远超过全世界总能源需求量，原料供应基本不受地域限制，特别适合于传统能源缺乏地区。

○可再生

生物质成型燃料通过植物光合作用可以再生，能保证能源的永续利用。

3、燃烧原理

生物质成型燃料的燃烧过程是强烈的化学反应过程,又是生物质成型燃料和空气间的传热、传质过程。

生物质成型燃料的燃烧必须有足够温度的热量供给和适当的空气供应。

它可分作预热、干燥（水分蒸发）、挥发分析出（含气体挥发份和焦油挥发份）、固定碳燃烧等过程。

六、改造技术介绍

在制定改造方案时，应充分考虑煤炭和生物质成型燃料的不同特性，改造后的锅炉才能达到安全、稳定运行之目的。

1、煤炭与生物质成型燃料的主要特性比较

（1）含碳量

煤炭的含碳量可以达到×～×%，而生物质成型燃料的含碳量较少，低于×%。

因此，生物质成型燃料与煤炭相比燃烧过程短，明显不耐烧。

（2）挥发份

高达×%的挥发份是生物质成型燃料的一大特点，而煤炭的平均挥发份在×%左右。

气体挥发份在一定温度下（一般×℃左右）热分解而快速析出，所以生物质成型燃料易被引燃，在燃烧初期需氧量远大于煤炭。

（3）含焦油量

煤炭中的焦油含量在×%以下，生物质成型燃料中的焦油含量达到25%，焦油在温度达到×～×℃时才能变为气体析出，如不能将其充分燃烧，在对流受热面降温后将恢复成液态，随烟气流动沾粘在管壁上，烟气中的灰分也会迅速被其粘附。

（4）含氧量

煤炭的含氧量在一般×%以下，生物质成型燃料的含氧量在×～×%，因此生物质成型燃烧时耗氧量要小于烟煤，原有燃煤锅炉的鼓风量能够满足生物质成型燃料燃烧需求。

（5）含硫量

煤炭的含硫率在×%以上，生物质成型燃料的含硫率只有×%，燃用生物质成型燃料不需要安装烟气脱硫装置，同时烟气露点降低，设备后部的对流受热面和省煤器低温腐蚀显著减轻，延长锅炉使用寿命。

（6）发热量

锅炉用煤的发热量在×kcal/kg左右，生物质成型燃料的发热量在×～×kcal/kg，煤炭的热值高于生物质成型燃料，但生物质成型燃料的燃烬率高达×%以上，其耗量与煤炭基本相当。

（7）灰熔点

煤炭的灰熔点在×℃左右，生物质成型燃料含有较多的K+、Na+离子，灰熔点较低，易结焦。

相对于固定炉排锅炉，生物质成型燃料更适合在链条炉排锅炉上燃用。

（8）灰分

煤炭中的灰分占到×%以上，生物质成型燃料中的灰分在×%左右，燃用生物质成型燃料产生的灰渣量小，仅为燃煤的×左右，降低了司炉工劳动强度。

（9）密度

煤炭的密度在×～×，而生物质成型燃料的密度在×左右，两者相差不大。

2、燃煤锅炉改造注意事项

中小型燃煤锅炉一般均为层燃式固定炉排和链条炉排锅炉，锅炉本体的主体结构、辐射受热面布置、对流受热面布置、燃烧设备和配风等均按燃煤特性设计，如果对其实施的改造不符合生物质成型燃料特性，将引起有锅炉热力特性、传热特性、水循环及烟气阻力的变化，运行中会出现下列现象并影响到锅炉的安全运行。

（1）高挥发份的生物质成型燃料着火性能好，进入炉膛即迅速燃烧，高温区大幅提前，火焰高于燃煤，紧贴着锅炉前拱直接加热前端锅筒和水冷壁，导致辐射受热面受热不均，锅炉介质动力特性随之变化。

（2）生物质成型燃料在炉膛前端剧烈燃烧，原配风系统与之不匹配，易引起高温区局部供氧不足，燃料燃烬率下降，烟气飞灰严重，热效率降低。

（3）由于高温区偏离和火焰中心相对高度的变化，炉膛内各温度区间也随之产生较大变化，导致锅炉出汽不稳定。

（4）焦油挥发份在×℃以上温度窗口析出后，由于缺氧和燃烧行程缩短而不能充分燃烧，气态焦油随烟气进入对流受热面后温度下降，还原为液态后极易粘附于管壁表面。

管壁上的液态焦油捕集烟气中的飞灰形成垢层，影响热力传导，局部高温导致的结焦使传热进一步恶化，最终管壁和焊接部位因应力不均产生扭曲甚至撕裂，极易发生安全事故。

（5）生物质成型燃料引燃性能较好，在便于点火的同时也带来了压火和封炉困难，如改造时未充分考虑该因素，锅炉需要频繁点火，在压火和封炉时将产生倒烟、回火现象，恶化锅炉房环境甚至发生安全事故。

3、炉膛容积热负荷的变化

炉膛容积热负荷是燃烧设备的主要特性参数之一，对于燃煤的层燃炉来说，由于煤炭的热量主要在炉排面上放出，从燃烧的角度来看，炉膛容积热负荷只是一个控制性的指标，炉膛容积并不是影响燃烧效率的最主要因素。

但是，燃煤锅炉改造为燃生物质成型燃料后，由于燃料特性的不同，在保留层燃炉的特性之外兼具了部分室燃炉的特征，炉膛容积热负荷就显得重要起来，它影响着燃料在炉内的停留时间和炉膛的出口温度。

炉膛容积热负荷取得过高，部分燃料来不及燃尽就排出炉膛，许多颗粒和炭黑无法燃烬，不但降低了燃料利用率，严重的甚至会引起尾部受热面部位二次燃烧。

根据我司多年设计和改造锅炉经验，层燃锅炉的炉膛容积热负荷一般在×kw/m3左右，室燃炉的炉膛容积热负荷一般在×kw/m3左右。

燃煤层燃锅炉在同样负荷条件下改为具有部分室燃特征的固气复合燃烧方式，炉膛容积热负荷要比设计值大×%左右，必须采取相应技术措施予以调整。

炉膛出口烟气温度θ”一般按下式计算：

θ”=Tn/[M（σ0ΨF1α1T3n/φBjCpj）+1]-273

Tn——理论燃烧温度σ0——辐射常数

Ψ——炉壁热有效系数F1——炉壁面积

α1——炉膛黑度φ——炉墙保温系数

Bj——燃料量Cpj——烟气平均热容量

在炉膛形状、容积和锅炉负荷一定时，炉膛出口温度主要由表征炉内温度分布特性系数M决定，M值取决于炉内最高火焰温度的相对位置Xmax以及燃料和燃烧方式。

M=B-C（Xmax+ΔX）

B——燃烧方式系数

C——燃料种类系数

ΔX——室燃炉火焰中心位置修正值

Xmax——火焰中心高度与炉膛高度比值

4、锅炉改造热力计算

（1）实际燃料消耗量计算按下式确定：

B为锅炉燃料实际消耗量；Q1为锅炉工质吸收的热量，即锅炉出力；

为燃料收到基低位发热量；η为锅炉热效率。

锅炉改造前后要求保证正常出力，即Qq=Qh，假定锅炉改造前后热效率不变，即ηq=ηh，则

（2）炉排面积和炉膛容积计算按下式确定：

Ar为炉排有效面积；B为锅炉燃料实际消耗量；qr为炉排面积热负荷；Vl为炉膛有效容积；qv为炉膛容积热负荷（qr和qv可根据锅炉设计手册或设计、运行经验确定），所以

换算可得

由以上计算可知，燃煤锅炉改燃生物质成型燃料前后的有效炉排面积和有效炉膛容积只与锅炉改造前后的炉排面积热负荷和炉膛容积热负荷有关。

燃煤锅炉改燃生物质成型燃料后，由于生物质成型燃料75%左右的挥发份含量，容易造成燃烧不完全，所以改造后需采用分级配风措施保证燃料的充分燃烧，由此决定改造前后的qr和qv。

七、改造技术措施

在确定改造具体方案前，应由我司技术人员对用户的燃煤锅炉进行现场勘查，并根据锅炉图纸和随机资料进行相应热力复核、炉排面积热负荷计算、炉膛容积热负荷计算和配风计算后，确定具体施工方案。

1、前拱（辐射拱）改造

前拱的作用是通过辐射和反射的方式，将火床面的辐射热和部分火焰辐射热传递到新燃料的引燃（着火）区，提供新燃料的着火所需热量。

投射到前拱顶上的热量中有80%左右被前拱吸收，这部分热量提高了前拱的温度后重新被前拱辐射出去，其余20%左右通过前拱表面漫反射传递热量。

燃煤锅炉前拱是根据煤炭的着火特性进行设计的，而生物质成型燃料的着火特性与煤炭差别较大，如不进行合理改造，原锅炉的引燃区将变成主燃区，炉内温度场发生较大变化。

根据现有锅炉前拱的形状和尺寸，结合生物质成型燃料燃烧特性，同时为了增加炉膛容积，将原锅炉抛物线型前拱改造为直线型前拱，取消反射焦线或将其大幅后移，前拱与炉排面的夹角通过计算确定，前拱两侧的炉墙随之作相应调整。

2、后拱（对流拱）改造

后拱的作用主要是促进新燃料引燃和炉内烟气混合，它通过改变烟气的流速和方向，将大量高温烟气和炽热的燃料颗粒向前输送，以增强前拱的引燃能力。

同时，锅炉后拱的倾角小，覆盖面大，可以有效保持炉膛中、后部温度，提高燃料燃烬率。

由于生物质成型燃料的着火点低，燃烧过程短，燃用生物质成型燃料时，不需要过长的辐射拱来增强引燃功能和提高燃料燃烬率，一般需要将锅炉对流拱缩短以延缓燃料引燃和增加炉膛容积，其烟气扰动功能改由分级配风实现。

由于不同厂家、不同燃料种类的锅炉后拱形状和尺寸差别较大，一般根据具体拱型和长度来确定对流拱是否需要改造。

3、卫燃带调整

燃煤锅炉为提高所设计煤种的燃烬率，一般会在炉膛内壁相应部位布置卫燃带，用来调整炉膛高温区。

锅炉改造时必须根据生物质成型燃料在炉膛内的温度场分布特性，对原有卫燃带进行调整，否则温度将发生较大变化。

4、分级供风

燃煤锅炉的风室一般布置在炉排下方，沿炉排纵向分为多个独立风室，采用单侧或双侧进风，各风室间内有独立的调风装置，可分别调节各风室的风量大小，以达到煤炭的最佳燃烧效果。

燃用生物质成型燃料时，需更换鼓风机，在保留原有风室的基础上，关闭前、后端一个或数个风室，在炉排两侧分级供应二次风。

分级供风能很好的满足各燃烧阶段的需氧量，确保焦油挥发份在750℃以上温度窗口析出后充分燃烬，并显著降低NOx产生量。

5、控制系统更新

燃煤锅炉改造为燃用生物质成型燃料后，将新增更换的鼓风机、二级供料等控制项目，在原有锅炉控制系统上增加新的控制项目。

6、上料系统改造

燃煤锅上煤机的输送量与生物质成型燃料基本匹配，不用更换。

更换新的煤斗，并安装二级供料系统，采用调速控制，在低负荷和停炉时调低或阻断料斗内燃料供应，防止倒火烧料。

7、除尘系统改造（可选）

在2014年6月国家能源局、环保部联合印发的《关于开展成型燃料锅炉供热示范项目建设的通知》和2014年9月环保部回复山东省环保厅的《关于界定生物质成型燃料类型有关意见的复函》中都提出燃用生物质成型燃料须配置布袋除尘器。

燃煤锅炉后部一般已经配有旋风除尘和水膜除尘装置，烟气排放基本满足环保要求。

如更换布袋除尘器，要增加较大投资，原有引风机的压头也过低，须更换×Pa以上的引风机。

所以，除尘系统是否需要改造由用户自行确定。

八、改造特点

1、只改造燃烧部分，不动承压部件。

2、锅炉运行稳定，各项指标优于燃煤。

3、一次性投资省，改造工期短。

4、易点火，升温快。

5、燃料燃烬率高，杜绝浪费。

6、便于负荷调节，能实现压火、封炉。

7、烟气腐蚀性小，延长锅炉使用寿命。

8、灰渣量少，降低司炉工劳动强度。

9、出现燃料供应问题时可迅速切换为燃煤。

10、环保效果好，烟气排放符合环保要求。

九、改造后锅炉主要参数

1、热工指标

适用燃料：

生物质成型燃料

水分＜15%

热值＞3600kcal/kg

额定蒸发量：

6t/h

实际出力：

大于燃煤出力

燃料燃烬率：

＞×%

额定工作压力：

蒸汽温度：

194℃

热效率：

＞×%

2、烟气排放指标

SO2排放浓度＜×mg/Nm3

NOX排放浓度＜×0mg/Nm3

烟尘浓度＜×mg/Nm3（布袋除尘后）

林格曼黑度Ⅰ级

十、工程报价

十一、工程周期：

十三、配套布袋除尘器价格（可由用户自购）