生物質燃燒機燃燒鍋爐的設計和運行
引 論
  荷蘭從七十年代中期就著手進行流化床生物質燃燒機燃燒的研究和]『發。197G年，FCCL研究


所和斯托克(Stork)鍋爐公司簽定了一個許可協議，并存荷蘭Enschcde的脫溫特(Twente)工業大學


建立了一套試驗裝置。在該試驗裝置(圖1)交付使用的最初幾年問，對床內埋管的傳熱和利用石灰


石來脫硫的研究是試驗研究的主要課題。自從1982年荷蘭政府批準對這個常壓沸騰床的研究提供財


政資助以來，各種煤在沸騰床內的燃燒特性一直為其主要研究課題之一。
  給出了燃燒、煙囪排放物與再循環流量的一些代表性試驗結果。在給定的試驗期間，床溫控制


在845℃±7℃之間，床高l，．06米，流化速度為2.lm／s。為脫硫，把石灰石加入床內．，其鈣／


硫比為3±0.3．
  圖4示出：波蘭3號煤，在無飛灰再循環時所達到的燃燒效率為91，8%。當有旋風分離器灰布袋


除塵器灰再燃燒時，隨著再循環流量的增加，其燃燒效率可增加至98.5%，
  在初期試驗期間（燃用波蘭2號煤），僅進行旋風分離器灰的再循環，這時燃燒效率可從91，．


2%增加到97%。以后的試驗表明：當把布袋除塵器中含碳量最低的灰排出再燃時，其燃燒效率還能


進一步提高到99.2%。
  當燃用弗吉尼亞煤時，隨著旋風分離器和布袋除塵器飛灰再循環量的增加，其燃燒效率可從


87.7%增加到97.4%。再進一步增加再循環流量．其效果就不明顯了。顯然，弗≠i尼亞煤的活性要


：比波蘭煤來得小。
 2． 床內和器潭段鄞份的燃燒
 通過分別測量在床部分和懸浮段部分的蒸汽產量，就可以計算出床部分和懸浮段部分的熱平衡。


根據該熱平衡，就可推出在懸/q‘段和床部分燃燒韻百分比。一蟬結果汞手
波蘭3號壤進行旋風分離器和徐塵器飛灰再燃時，在懸浮段和床內的燃燒率。
圖5中。
  在燃用波蘭3號煤時，生物質燃燒機在’床內部分的燃燒率幾乎為91%.且隨著再循環流量的增


加而稍有增加。懸浮段的燃燒率從0.7增加到5.9%。從這一結果可以推論出：飛灰中相當大部份酌


再燃碳是在懸浮段內進行燃燒的。圖6對其做出了進一步的說明，該圖揭示了
  在所有試驗期間，已對氧氣、二氧化硫、一氧化碳、氧化氮的濃度進行了連續的測量。圖7給


出了一些測量結果。CO濃度隨著再循環流量的增加（和懸浮段燃燒率）而增加，而Oz濃度卻隨之減


少（在宅氣／燃料比為恒值時_，、整個燃燒效率增加）。盡管燃用其它煤種時已經觀察到不同的


特性，然而可能因為隧f著再循環流量的增加，使CO、C和SOz濃度輕微降低而造成NO．n叮下降。’


N04濃度急刷地降軍-，J9-O"pp由。  一
  1981年12月，斯托克鍋爐公司收到了一份為荷蘭Hengelo的AKZOZoutChemie設計、建造和投


運一臺工業流化床鍋爐的訂貨。這臺裝置將生產115t／h壓力為102bar、蒸汽溫度為525℃的蒸汽。


將燃用不同的煤種、褐煤、石油焦炭和天然氣。這臺裝置試運始于1986年1月，1986年6月進行了驗


收試驗。裝置的設計參數概括在下表：
1． 設計參數
蒸汽產量：115t／h
蒸汽壓力：102bar
蒸汽溫度：5250C
給水溫度：145℃
燃  料：煤一一灰份：10-20%
  水份：3-13%
  揮發份：20-40%
  硫份：0.3-2.5%
  天然氣
  褐煤
  石油焦炭 ，性  能：鍋爐效率：91.8%
 .j控制范圍l35-110%
  二氧化硫：230g／GJ
  NOx，190glGJ
  飛 灰l15g／GJ
  所生產的蒸汽被用于發電和作為工業生產用汽。投產后的最初兩年運行期問，進{T了專門的示


范性試驗和測量試驗，以研究在燃用各種固態燃料時鍋爐的運行特性，以及研究該裝置對環境所造


成的影響。通過此試驗，也對該裝置的經濟性進行了估價。圖8大略地示出了該水管沸騰床鍋爐設


備的布置簡圖，它包括有一個床下給料系統，一個飛灰再燃系統和一個煙氣／空氣熱交換器。為了


把飛灰的排放量降低至所要求的水平，放在系統內安裝有旋風分離器和布袋除塵器。
  1．煤：． 2．百厭石斗 3．破碎嘰／干燥札 4．沸睛床j咼p 5．迷．≮I‘i G．上’≯


一洶i熙瑟/．床灰冷卻器  3．筇一圾空預器 9.榷閥筒 1d．飛灰再燃系；屯 1i．耵袋啥塵


囂  12．煙’e冷卻器
  圖8 90MW沸騰床鍋爐裝置
  2． 沸騰床鍋爐
  啊9示出了陔沸嗨床鍋爐n勺沸嘴床而積為8.989，：0．t7(11112，冉：膨聯鉍北j眨力1．


fJjm，床內布置蒸發坦管，具有3.5m高的水冷壁懸浮段和內裝訂一、二級過熱囂、一級Z!氣預熱器


（用其預熱用于干燥煤和氣力輸送煤的一次風）的時流煙道以及省煤‘：』；。
  圖10為其水／蒸汽流程圖。從該圖可見，給水是通過給水泵進入鍋爐的，145℃『f0給水流經


省煤器、后墻和鍋爐頂棚被預熱后進入鍋爐汽包．膜式水冷壁和水冷分布板屬于自然循環回路HJ一


鄙份。床內水平埋管由一臺循環泵供水。鍋爐水冷壁和床內水平蟬管內所生成的飽和蒸汽在汽包內


與鍋水分離，并在一、二級過熱器中被過熱。二級過熱
  60圖9 流化床鍋爐
  1~10 水／蒸氣系統
器的出口汽溫通過一、二級過熱器之問的一個減溫器來加以控制。
  3． 沸騰床的低負荷運行
  圖11是該沸騰床風室的頂視圖。可以看出，該風室被分割成許多更小的風室。每個
  61
●一小風室有單獨的送風，沸騰床本身未加以分隔，因而可使床料和熱量在各床之間自由地進行交


換。燃料僅從中心床送入，床內的熱量是經過大部份布置在小得多的邊床內的蒸發受熱面引出。所


有這些做法是為了能使鍋爐可在部分負荷下運行。通過利用風管道(見圖12)中的擋板來關閉向邊床


的送風，就可使鍋爐在部分負荷下運行。這時，邊床就會停掉，因而在這部份內對受熱面的傳熱也


就停止。這樣，就使得仍處于沸騰的那部份床的床溫維持在部分負荷運行所要求的水平上。使用這


種結構，就可以把沸騰床內的熱交換和燃燒作用加以部分地分開，但是，這種分開是不完全的。由


于在中心床和邊床之間床料的自由交換，煤粒子也可進入邊床。但是邊床中的煤濃度要比中心床內


的要小。流入中心床和邊床的風量要與此相適應。另外，不僅在邊床內，同樣圖11 帶有煤和飛灰


再燃噴咀的風室劃分在中心床內也有熱交換受熱面，其目的是在床內布置足夠的管子，以防止中心


床和邊床之間的溫度差異。
  利用大量小邊床和僅從中心床引入燃料具有下述優點：一一部分負荷運行簡單，給料系統可一


直保持運行，只要通過開或關閉空氣管道中的擋板就可很容易地把邊床停掉和重點火。一一由于有


大量的小邊床，使沸騰床溫度變化小，這樣可得到一個靈敏的負荷響應特性。
  4． 空氣／煙氣系統
  圖12為該裝置的空氣／煙氣系統流程圖。流化空氣在送風機內被壓縮并在一個空氣預熱器內被


預熱。空氣預熱器通過一個水循環回路從一個置于煙氣流中的煙氣冷卻器獲得其熱量。接下來，該


空氣被分成13股氣流：3股至中心床，8股至邊床和2股作為懸浮段中的燃盡空氣。流化空氣經11個


風箱和一個水冷分布板進入床底。燃盡空氣通過懸浮段水冷壁中幾個空氣噴咀進入懸浮段。在床內


，空氣與燃料接觸，燃料開始燃燒。煙氣從床的上部離開并進入懸浮段，在這里進行最后的燃燒，


并將被夾帶的床料返回到床內。為了使懸浮段溫度為最佳值，部份懸浮段水冷壁襯以耐火材料。
  圖12 空氣／煙氣系統粗的粒子將從煙氣氣流中被分離出來。
  煙氣經布袋除塵器進行末級除塵之后，將經過煙氣冷卻器，引風機和煙囪離開系
統。
  5． 煤／石灰石供料系統
  原煤和粒度為1.5～2.5mm的石灰石貯存在兩個煤倉和一個具有兩個料斗的石灰石倉內，見圖13


。
  圖13 煤／石灰石供料系統