生物质气化炉设计要点范文

生物质气化炉设计要点篇1

关键词：生产企业；加热炉；危险性

中图分类号：tg155 文献标识码：a

1 生产企业常用加热炉的构造

加热炉所使用的燃料较为低端的是采用固体燃料，较大型的生产企业主要采用的是液体和气体燃料，有燃料油、液化石油气、天然气等。如果将燃料与空气混合后在经燃烧器喷嘴进入辐射室燃烧，其燃烧速度快，燃烧完全，热效率高，加热均匀，炉管不易结焦与破裂。这种炉子燃烧时无火焰，称为无焰燃烧炉，是一种较高端的加热炉。

2 加热炉火灾危险性的分析

2.1 炉管破裂发生火灾

加热炉炉管损坏，管内物料漏入炉膛发生火灾。炉管破裂的原因有：管壁烧穿，管材腐蚀和磨损，炉管压力高于规定压力等。管式加热炉的回弯头也是容易发生泄漏，管子和弯头连接不严密，回弯头受到损坏，塞在回弯头壳体的塞子贴得不严密，塞子脱落等。

2.2 加热炉燃料管线法兰、阀门泄漏引起火灾

燃料管线由于法兰接头、开关、阀门出现故障或管道受损，造成加热介质流淌出来，燃料管线泄漏出的气体或蒸气会被燃烧器的火焰引燃而着火。

2.3 加热炉炉膛发生爆炸

燃气、燃油的加热设备，其炉膛空间可能发生爆炸。发生爆炸有两种情况：一是发生在点火开工阶段，点火时违反操作规程，可燃物料漏进炉膛，也可能形成爆炸性混合物；二是燃烧器或喷嘴的火焰由于中断供料等原因突然熄灭，熄火后，进入炉膛的燃料蒸发，其蒸气和空气可形成爆炸性混合物。

2.4 加热炉烟道发生爆炸

当空气不足，不能保证燃料完全燃烧的情况下，加热炉的烟道内可能发生爆炸。燃料不完全燃烧的产物含有的可燃气，特别是氢、一氧化碳，和空气混合能发生燃烧爆炸。

2.5 加热炉管线结焦引发爆炸

加热炉操作温度较高，有的物料黏度较大，如果物料在炉管中流量较低，停留时间过长，炉管壁温过高，极易在炉管内结焦。结焦一方面使炉管导热不良，引起局部过热，管壁温度升高，严重时导致炉管烧穿，介质大量泄漏，引起燃烧爆炸事故。

2.6 违章操作能引发事故发生

加热炉是采用明火对炉管内的原料进行加热，炉管内充满高温、高压物料，要求工艺系统必须稳定操作。如果工艺参数控制不当，导致炉膛和炉管温度过高，加热炉出口温度过高，炉膛产生负压等，都有可能导致火灾爆炸事故。

2.7 加热炉是可燃性混合物的引火源

加热炉是可燃物的引火源。它临近的工艺设备发生了事故，产生的蒸气或气体与空气形成可燃烧混合物与炉子的高温部件接触，即可发生燃烧或爆炸，火焰会很快沿着可燃性混合物向事故发生地蔓延。可燃性混合物还可能被吸入炉膛，在炉膛内着火，并向事故发生地传播。

3 加热炉的防火防爆预防措施

3.1 选择安全合理的位置进行布局

加热炉宜布置在装置的边缘，并且位于可燃气体、液化气、易燃液体设备的全年最小频率风向的下风侧。加热炉和相邻设备（装置）之间要有安全的防火间距。加热设备的房间应单独设置，其建筑应为一、二级耐火等级。房间的门应为防火门，如确定生产需要设在厂房内，房间门应直通室外，并且应用防火墙与车间隔开。

3.2 严格控制合适的工艺参数

加热炉只靠一般的测量仪表、手动调节或单回路自动调节不能满足安全的要求，宜采用计算机来控制测量生产过程的参数，并按照预先给定的数学模型进行运算，实现过程的闭环控制。计算机控制室对加热炉的反应温度、物料稀释比、运转周期等进行控制。发现异常现象将停止供料。

3.3 确保加热炉无泄漏点

加热炉的设计要合理，选材制造要严格，工艺要严谨，使用中要定期检测设备壁厚和耐压强度，并在设备和管道上加装压力计、安全阀和放空管，确保加热设备完好不漏。采取防腐措施，清除加热设备中的腐蚀性杂质，向物料中加进腐蚀抑制剂，清除加热物料中的

硬性杂质。管式加热炉的回弯头塞子应按孔洞磨合好，炉管有过热、变形、鼓胀等管段时要及时更换。对炉管进行水压实验，发现有缺陷和故障及时修理。在离加热炉10m处的燃料管上安装附加闸阀，以便快速地断料停炉。

3.4 加热炉产生高温的部位采取隔离措施

加热炉和高温物料管道应与可燃物隔离，加热炉的外部高温部件应用隔热材料保护，防止可燃物构件与之接触而发生受热自燃。应经常清除高温表面上的污垢和物料，防止因高温引起分解自燃。炉外设置水蒸气幕，发生事故时以便把炉子和相邻设备隔离开来。

3.5 及时清理加热炉炉管避免结焦

调节燃烧器火嘴的火焰，尽量避免火焰直接接触炉管，或采用火焰辐射加热方式，甚至改用热烟气加热方式，以减弱炉管局部受热过度产生结焦。管道、燃烧器和辐射要合理布置，以保证整个炉管长均衡受热。向炉管内注入抑制结焦的添加剂以增大管内物料流速。但这种添加剂加入量过多，会腐蚀炉管，需适量定期清理。炉管结焦时一般出现如下情况：炉管进料量不变的情况下，进口压力增大，压差增大。从观察孔可看到辐射室炉管管壁上某些地方因过热出现光亮点。投料量不变及管出口温度不变但燃料耗量增加，管壁及炉膛温度升高。上述现象分别或同时出现时，表明炉管内有结焦，必须及时清焦。

3.6 防止混合气体进入炉膛引起爆炸

对燃油、燃气加热炉，在炉子点火前，应检查供油供气阀门的关闭状态，用蒸气吹扫炉膛，排除其中可能积存的爆炸混合气体，以免点火时发生爆炸。在炉膛内应设置自动安全点火控制装置。燃料气应不带水，出去燃料中的机械杂质，定期清洗喷嘴，燃料供应要可靠，防止操作中中断熄火，熄火时要利用燃料线的自动切断系统。

3.7 防止烟道爆炸

燃料燃烧时，要保持最佳的空气供给系数，以保证正确的燃烧过程。采用气体分析仪进行监测，当炉膛气体中二氧化碳含量最多，而没有一氧化碳和氢气时为最佳状态。注意砖砌墙的完整严密性，及时检修，不允许空气被吸进烟道。

3.8 设置安全装置和灭火设施

对于有增压危险的加热设备，要设置温度、压力、液位等报警和安全泄放装置。容量较大的加热设备应备有事故排放罐，设备发生沸溢和漏料的紧急状态下，应将设备内物料及时排入事故排放罐，防止事故扩大。在燃气的加热设备进气管道上应安装阻火器，以防回火。加热设备附近应备有蒸汽灭火管线及灭火器材。

3.9 制定应急处置预案

加热炉属于火灾危险性大的消防重点部位，加热炉生产应有完善的应急处置方案。并组织实地演练，保证在发生超温、超压、溢料、喷料、火灾、爆炸等异常情况或事故时能准确、迅速地采取有力措施。争取在事故初始阶段得到控制和解决，防止事故扩大造成更大损失。

参考文献

生物质气化炉设计要点篇2

【关键词】锅炉；结渣；积灰；灰渣清除

电站锅炉主要以煤作为燃料，其燃烧产物中含有大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物质，这些物质在锅炉运行的过程中有时会以各种形式沉积在受热面的表面，造成受热面的结渣和积灰。锅炉结渣、积灰不但增加了锅炉受热面的传热阻力，使受热面传热恶化、煤耗增加、降低锅炉的热经济性，还可能造成烟气通道的堵塞，影响了锅炉的安全运行，严重时会发生设备损坏、人身伤害事故。

1、结渣积灰的基本形式及原因

1.1 锅炉的结渣

在煤粉炉和燃油炉中，燃烧火焰中心温度在1500~1700℃之间。燃料中的灰在这样高的温度下大多熔化为液态或呈软化状态。由于水冷壁的吸热，从燃烧火焰中心向外，越接近水冷壁温度越低。在正常情况下，随着温度的降低，灰份将从液态变为软化状态进而变成固态。如果灰还保持着软化状态就碰到受热面时，由于受到冷却而粘结在受热面上，形成结渣（俗称结焦）。

1.2 锅炉的积灰

锅炉受热面上的积灰有粘结性和疏松性积灰两种。粘结性积灰是由于烟气中的硫酸蒸汽凝结在受热面管壁上而粘住灰粒，并与灰粒作用而形成水泥状的堵灰。当锅炉的燃烧不正常时，烟气中带有大量的碳粒子，这些碳粒子可以吸附烟气中的二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽。二氧化硫和水蒸汽又化合成亚硫酸（H2SO3）。亚硫酸是很强的还原剂，会再次氧化成硫酸（H2SO4）；碳粒子吸附的三氧化硫和水蒸汽也会直接化合成硫酸。含有硫酸的碳粒子具有很强的粘性，它沉积在受热面上不仅很牢固，而且硫酸有很强的腐蚀性，它与受热面作用生成硫酸亚铁（FeSO4），更增加的这种灰的牢固性。随着燃料中含硫量的增加，粘结性积灰的可能性也增加。疏松灰是各种锅炉中最常见的积灰方式，它发生在锅炉的所有受热面上，煤粉炉主要是这一类积灰。当烟气冲刷管束时，管子的背面形成涡流区，大的灰粒因其运动惯性动能大，不容易卷进涡流区；但小的灰粒则容易被卷近旋涡撞在管壁上，并通过静电引力及摩擦阻力等方式粘结在上面形成积灰。

1.3 锅炉结渣的其他原因

(1)燃烧过程中空气供应量不足。煤灰是多成分的复杂化合物,同一煤种的灰渣在不同的烟气或气体介质中,化学成分会发生变化,灰熔点也随着成分的改变而改变。

(2)一次风门与二次风门调节不当锅炉运行的配风方式也是影响结渣或积灰的主要因素。

(3)磨煤机及给粉机故障煤粉细度和粒度分布对锅炉结渣有一定影响，煤粉过细、过粗均可能引起结渣。

(4)锅炉高负荷连续运行锅炉结渣、积灰随锅炉负荷及烟气温度的增加而增加。

(5)锅炉设计不当及安装或检修质量不好，结渣和积灰不仅与煤灰性质有关，而且同锅炉设计参数密切相关，主要是炉膛热负荷、煤粉在炉膛内逗留的时间、燃烧器结构形式以及受热面的布置等。

(6)煤质发热量过高或过低大家知道,煤的发热量过低,对锅炉的安全运行危害极大,但是对于按设计煤种设计的锅炉来说,是不是煤的发热量越高越好呢？答案是否定的。因此,要改变发热量高的煤就是优质煤,就是好煤的观念。这是因为当燃煤的发热量高于设计值太多时,炉膛温度及出口烟温骤升,即使燃用煤的ST值大于设计煤种的ST值,仍可能造成灰的熔融软化,而导致锅炉结渣,甚至被迫停炉。在这种情况下,锅炉结渣不是因为灰熔点低,而是因为所燃用的煤的发热量太高造成的。

2、锅炉结焦的控制措施

通过上面的分析和研究，合理控制炉内结焦的措施大致可以分为以下几点：

(1)炉膛设计中防止结渣的措施。锅炉设计的前提众所周知,锅炉必须按一定的煤质特性来设计制造。因此,正确地选定设计煤种,以期在电站建成后,从煤的产、供、销、运等方面都得到保证,是使机组能在设计条件下正常运行,充分发挥其应有效益的基本前提,必须充分重视。根据对我国煤质性质及燃烧效果的分析,有些锅炉结渣并非都是运行不当或设计不正确的结果,而是煤根本不适于所用的燃烧方式。可见根据煤种性质选择正确的燃烧方式,是避免燃烧某些煤种造成锅炉结渣的根本性措施。

(2)运行中防止结渣的措施。加强燃料管理保证按设计煤种运行是电厂保持良好运行性能的关键因素。每天及时准确地提供入炉煤的工业分析和灰熔点,供运行人员参考,以利锅炉燃烧调整。通过燃烧调整试验建立合理的燃烧工况，燃烧调整试验的目的是使锅炉在最佳工况下运行,其内容应包括:1）制定锅炉在不同负荷下最佳工况运行的操作卡。2）确定煤粉经济细度；保证各支燃烧器热功率尽量相等,且煤粉浓度尽量均匀。3）确定摆动式燃烧器允许摆动的范围,避免火焰中心过分上移造成屏区结渣,或火焰中心下移导致炉膛底部热负荷升高和火焰直接冲刷冷灰斗。4）确定不同负荷下的最佳过剩空气系数,调整一、二次风率、风速和风煤配比,以及燃料风、辅助风的配比等,使煤粉燃烧良好而不在炉壁附近产生还原性气氛。避免火焰偏斜直接冲刷炉壁等等

锅炉的运行和操作,必须严格按运行规程的规定和燃烧调整试验结果进行。同时也要注意加强锅炉运行工况的检查与分析，运行值班人员每班必须对锅炉结渣情况进行就地检查一次,发现有严重结渣情况,应及时汇报、处理。专业工程师要定期分析锅炉运行工况,对易结渣的燃煤要重点分析减温水量的变化和炉膛出口温度的变化规律,以及过热器、再热器管壁温度变化的情况。锅炉受热面吹灰器必须完善投用,运行各值必须严格按运行规程对各受热面进行吹灰。经常安排少量吹灰器轮流大修,保持吹灰器高的可用率。灰控值班人员应加强对出灰情况的监视和分析,每班要检查冷灰斗观察窗,观察灰坑是否有堵渣现象。出渣设备发生故障应立即修复,防止水冷壁冷灰斗中产生堆渣现象。

3、锅炉结焦的清除方法

锅炉结渣、积灰给锅炉安全、经济运行所带来的危害是显而易见的。因此，锅炉结渣、积灰应以预防为主，很多专家学者在这方面作了大量的工作并取得了显著的效果。但是，无论采取怎样的预防措施，锅炉在实际运行中由于各种不定因素的影响，导致锅炉结渣、积灰。对于锅炉炉膛结渣、积灰的清除方法有很多种。总的来看，可分为运行时清除和停炉时清除两大类:

(1)锅炉运行时清除渣（灰）的方法:1）水力除渣；2）蒸汽吹灰；3）水、汽联合吹灰：据有些电厂经验，联合使用水、汽吹灰效果更佳，即水吹灰后接着再用蒸汽吹灰；4）钢珠除灰；5）加添加剂。

生物质气化炉设计要点篇3

关键词：焦炉地下室；煤气；火灾；爆炸；中毒；安全防护

中图分类号： C35 文献标识码： A

前言

焦化企业焦炉地下室一般都分布有高炉、焦炉煤气管道及各类煤气附件, 涉及到的煤气事故主要有: 火灾、爆炸、中毒, 主要起因为焦炉地下室发生煤气泄漏( 煤气管道等因超压、腐蚀、水封液位不足, 检测报警失效等) , 通风不良时可能造成中毒, 如遇激发能源可能引起火灾、爆炸事故。因此, 焦炉地下室应在工程设计、施工、生产等过程中同时考虑煤气的易燃、易爆及毒性。本文将针对焦炉地下室涉及到的煤气危险特性, 依据相关标准提出焦炉地下室煤气安全要点, 为焦化企业焦炉地下室的本质安全化和煤气安全防护提供管理建议。

1 煤气危险区域的划分

就煤气危险区域或危险场所而言, 煤气危险区域是指有可燃性物质的生产和使用过程, 即生产、加工、输送或灌装、贮存以及使用时, 直接或间接地产生着火或爆炸危险的一切区域, 包括直接危险区和间接危险区, 后者是指由于直接危险区发生着火或爆炸, 引起蔓延和远距离作用, 会对人或物造成严重危害, 仅需对危险后果采取保护措施的区域。危险区域又可分为直接着火危险区和直接爆炸危险区, 主要考虑的安全技术参数是: 最大爆炸压力, 上、下爆炸极限, 闪点和上、下爆炸点, 自燃点, 比重( 气态) , 汽化数据和扩散系统, 沸点或沸腾界限, 可燃性气体和液体的数量及可能泄漏的数量, 等等。在国内, 一般按照GB500165建筑设计防火规范6 来划分主要建构筑物的火灾危险性分类, 按照GB500285爆炸和火灾危险场所电力装置设计规范6 中所采用国际电工委员会( IEC) 标准和国外通行的分级方法, 来进行爆炸危险性分类。按照GB500285爆炸和火灾危险场所电力装置设计规范6 , 将可燃气体和蒸气与空气混合形成爆炸性气体混合物的场所分为3 个区域等级。0 级区域: 在正常情况下, 爆炸性气体混合物连续地、短时间频繁出现或长时间存在的场所; 1 级区域: 在正常情况下, 爆炸性混合物有可能出现的场所; 2 级区域: 在正常情况下, 爆炸性气体混合物不能出现,仅在不正常情况下偶尔短时间出现的场所。

GB12710- 915焦化安全规程6 6. 1. 1 表3 将焦炉地下室划为2 区, GB6222- 20055工业企业煤气安全规程6 5. 4. 3. 1中规定/ 焦炉地下室、焦炉烟道走廊、煤塔炉间台底层、交换机仪表室等地, 应按2 区选用电气设备, 并应设事故照明。0上述2 规程关于焦炉地下室防爆等级, 考虑到焦炉地下室换向装置每0. 5 h 换向1 次, 除炭口常常放炮而有明火, 而且机、焦侧操作平台在摘门、出焦时有赤热物漏入地下室, 依照GB500285爆炸和火灾危险场所电力装置设计规范6 规定:经常使用明火的设备附近可划为无爆炸危险。然而, 焦炉地下室通风状况不好, 有很多地方处于死角( 涡流区) , 容易积存爆炸性气体, 所以将焦炉地下室定为2 区。

GB500285城镇燃气设计规范6附录A 将焦炉地下室划为1 区, 其主要是依照GB500585爆炸和火灾危险场所电力装置设计规范6第2. 2. 3 条规定: / 第二级释放源: 预计在正常运行下不会释放, 即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源。0 将焦炉地下室的煤气作为第二级释放源。而其第2. 2. 5 条一( 3) : / 存在第二级释放源的区域可划为2 区0, 该条二( 1) :/ 当通风良好时, 应降低爆炸危险区域等级; 当通风不良时应提高爆炸危险区域等级。据此条该规范认为焦炉地下室通风不好, 故应提高爆炸危险区域等级。当然, 划为1 区对电气设备的设计、选型等要求将更严格, 提高本质安全化, 但给企业增加成本。我们认为划分1区还是2 区应依据焦炉地下室加热方式而定, 如58 型焦炉加热方式为侧入式, 那么其分烟道走廊因通风较好, 常有红焦落入, 按GB500285城镇燃气设计规范6 可定为非爆炸区域, 相应的焦炉地下室应与分烟道走廊划为相同的区域, 因地下室通风条件不良, 可提高1 级划为2 区。如58 型焦炉加热方式为下喷式, 其地下室因通风条件不良, 按第二级释放源提高1 级可划为1 区。现正修订的GB12710- 915焦化安全规程6 将针对不同意见全面考虑各规范及专家意见, 进行修订。

2 安全防护措施

煤气生产、净化、回收、输送和使用的情况复杂, 应用现代安全系统理论来考虑煤气安全设计和管理是必要的。

2.1 防火、防爆

依据焦炉地下室爆炸危险性的划分, 有关规范、规程都分别规定了其相应的防火、防爆要求, 包括建筑耐火等级、电气设备防爆、建构筑物防火、爆炸泄压设施等。如GB500165建筑设计防火规范6 3. 6. 2、3 . 6. 3 规定: / 有爆炸危险的甲、乙类厂房应设置泄压设施。0 及泄压面积的计算。设计时煤气主管道均由外部管道架空引入地下室, 煤气主管上均设有温度、压力、流量的检测和调节装置。各项操作参数的测量、显示、记录、调节和低压报警都由自动控制仪表来完成。焦炉煤气管道设低压报警及安全联锁切断煤气装置, 防止煤气管道吸入空气而造成危险; 焦炉地下室煤气管道设自动调压装置; 煤气设备的进出口阀门靠设备侧设有盲板; 煤气设备、管道开停机时设有蒸汽吹扫装置及放散阀取样分析装置。煤气系统的设备及管道则采取相应的防静电措施。地下室煤气管道末端应设自动放散装置, 放散管的根部应设清扫孔; 地下室焦炉煤气管道末端应设防爆装置。(5焦化安全规程6 9. 1. 32、9. 1. 33。)在焦炉地下室严格按照环境的危险类别或区域配置相应的电气设备和灯具, 避免电气火花引起的火灾。

2.2 有害气体检测

GB6222- 20055工业企业煤气安全规程6 4. 10, GB5焦化安全规程6 9. 1. 40 规定: 煤气危险区域的CO 浓度应定期测定。这就要求在焦炉煤气地下室安装固定式CO 报警检测装置, 但探头的分布应注意其检测范围。

地下室及其通道易发生中毒、着火、爆炸事故, 要求作业或行走通过必须2 人以上并相隔一定距离, 配带CO 警报器或采取其他安全措施( 如用动物作试验) , 不准私自带火源进入, 作业应用专用工具。

2.3 通风及其他

利用有效的抽风或通风, 可把安全防护范围内的可燃气体或蒸汽限制在爆炸限度之下, 而且大多数情况下降低到毒性危险浓度之下。焦炉地下室通风应视其情况而定, 企业常用防爆型轴流风机通风, 但仅起到吹风作用, 不能有效地降低CO 浓度, 效果较差。目前, 有很多企业采用有毒有害气体强制通风系统, 利用通风机把新鲜空气通入地下室, 将CO 抽出焦炉地下室, 有效降低CO 浓度。从防止和减少人员伤亡来分析, 还必须考虑安全通道,安全消防设备、设施, 安全疏散等。关于煤气有关防止和减少人员伤亡有几个安全技术界限或极限:

( 1) CO 中毒浓度。火灾初起时, CO 在空气中的体积分数约1%, 猛烈燃烧时CO 超过2%, 据试验测定, 使人可能获救的CO 体积分数的极限值为1. 28%。( 2) 引起缺氧窒息的含氧量和CO2 浓度。经试验测定,使人可能获救的氧气体积分数大于10%, CO2 体积分数3%时人呼吸加速1 倍, 5%时呼吸困难, 达10%时可致死亡( 3) 高温对人体的危害。经试验测定, 火灾造成温度达149 e 时, 毛细血管破坏, 特别是可能因脑神经中枢破坏而死亡。( 4) 火灾使建筑物倒塌的时间。按耐火极限低的构件如吊顶等来考虑, 一、二级耐火建筑物的吊顶耐火极限为0. 25h, 三级耐火建筑物的吊顶耐火极限为0. 15 h, 在此时间内人员疏散不出, 可能会塌落而造成死亡。

利用上述( 1)、( 2) 、( 3) 3 项极限, 经模拟火场测定, 有2层敞开的房间达至其中任何极限的时间是2. 1- 11. 5 min,有关闭门的房间为11. 3- 21 min。由此, GB6222) 20055工业企业煤气安全规程6 5. 4. 3. 1、

GB5焦化安全规程6 9. 1. 29 规定/ 焦炉地下室应加强通风, 两端应有安全出口, 并应设有斜梯。地下室煤气分配管的净空高度不小于1. 8 m。0

3 安全管理

依据GB182185重大危险源辨识6: 生产场所重大危险源按4 类物质的品名( 品名引用GB12268- 19905危险货物品名表6) 及其临界量加以确定。该标准表2 易燃物质名称和临界量中规定爆炸下限[ 10%的CO 和H2 混合物的生产场所的物质临界量为1 t。

但由于煤气具有易燃、易爆和毒性3 大危害特性, 容易发生事故, 企业一般将焦炉地下室定为A 级危险源进行重点防护, 进行严格的安全管理。包括: 焦炉地下室安全标准化作业; 煤气的安全教育; 严格生产控制, 对煤气工艺、设备、环境全面安全管理, 尤其是对焦炉地下室煤气工艺设备、生产运行、管理、维修以及管道等设施进行日常的、定期的安全检查和评价。煤气防护站或防护组配备必要的人员, 建立紧急救护体系。企业应根据自身具体情况针对焦炉地下室煤气事故制定专项事故应急救援预案。

4 结语

生物质气化炉设计要点篇4

【关键词】燃烧器；旋流；叶片；数值模拟；温度场

外燃式斯特林发动机加热方式比较灵活，即可以使用传统的化学燃料，又可以使用太阳能、生物质能等。燃气加热具有热效率高、可靠性强、污染小等优点，考虑采用燃气加热装置实现对斯特林发动机热腔端口的均匀加热，驱动斯特林机长时间稳定工作。

燃气燃烧器是用来提供热源的装置，是燃气炉核心部件，其性能好坏直接影响着加热炉的各项经济技术指标。目前国内外学者对燃烧器的研究主要从如何强化燃烧过程和减少氮氧化物发生量两点出发，采用实验和计算机数值模拟两种方法。本文设计了一种鼓风旋流式燃烧器，并对燃烧温度场进行仿真分析，结果表明该燃烧器能够满足对斯特林发动机热腔端口的均匀加热。

1 设计思路

斯特林发动机的热腔端口为圆盘形，受热部位直径为400mm，厚度为83mm，其它部分需要隔热防护，如图1所示。为实现对其均匀加热，可以使所设计的燃烧器喷出的不是直焰而是紧贴炉壁向四周均匀伸展的圆盘形火焰，能在很大平面内造成均匀的温度场，并具有很强的辐射能力。该燃烧器主要以对流方式传热给炉墙，以辐射方式传热给热腔端口，有利于强化炉内传热过程和实现均匀加热，避免对热腔端口过烧，在工艺允许的条件下可提高加热速度，缩短端口与燃烧器的布置距离，缩小炉膛宽度，提高炉子工作效率和节约燃料。

图1 热腔端口

Fig.1 Thermal cavity port

2 燃烧器结构设计

现有燃烧器形成圆形火焰的方法有两种：一是在燃烧器出口处设置挡流板，使轴向气流受阻而沿炉壁径向散开形成；二是利用旋转气流配合喇叭形火道。旋转气流是强化燃烧和组织火焰的一个有效措施，此次设计采用在空气管道中设置弯曲叶片使空气流强烈旋转。

图2 燃烧器结构

Fig.2 Burner structure

该燃烧器主要有空气和燃气管道、弯曲叶片、燃气分流器、喇叭形火道等组成，如图2所示。此燃烧器是一种鼓风旋流式燃烧器，预热空气通过弯曲叶片实现强烈旋转，旋流强度为2.5，燃气通过分流器径向均匀喷射到空气旋流中，混合气体边旋转边燃烧，并配合喇叭形火道与合理的炉膛结构，实现对斯特林发动机热腔端口的均匀加热。

3 炉膛的结构设计

炉膛的结构设计主要考虑以下几方面：第一，热腔端口及火焰形状均为圆形，燃烧器主要通过火焰的热辐射进行加热，为了便于辐射传热，可以把炉膛设计成圆筒形；第二，加热热腔端口，可以把端口安装在炉膛底部，炉膛分为两部分，炉底和炉膛前半部分相互独立，并可自由分离与对接；第三，炉膛的出烟口设计，由于热腔端口安装在炉膛底部，为了使炉膛底部温度场更加均匀，出烟口位置设定在临近炉膛底部并周向均匀分布。炉膛结构如图所示。

图3 燃气炉结构

Fig.3 Gas furnace structure

4 燃烧器流场数值模拟

4.1 数学模型选择

1）湍流流动模型：此次设计的燃烧器会在出口处形成各向异性较强的旋流，故选择雷诺应力模型。

2）湍流燃烧模型：EDM模型既能用于预混燃烧，也能用于扩散燃烧，该模型比EBU模型计算的反应速率更能与实验数据相符合，并且得到广泛应用，因此选用EDM模型作为燃烧模型。

3）辐射模型：由于蒙特卡洛法不可避免带来统计误差，另外收敛速度慢，在加热炉燃烧的数值模拟中要耗费比较多的时间，故选择P-1模型作为辐射模型。

4）污染物生成模型：因为燃料中含有碳氢化合物，所以在NOx生成模型中需要同时考虑热力型和快速型两种生成模型。

4.2 模型简化及边界条件划分

为提高仿真速度和精度，需要对燃气炉整体结构进行简化，简化后的模型如图4所示：

图4 燃气炉模型

Fig.4 Gas furnace model

数值计算的边界条件与燃烧器实际工作条件一致，模拟过程中采用速度入口和压力出口边界条件。燃气选用四川干气，其特性如表1所示。空气入口速度为3.85m/s和燃气入口速度为2.14m/s，燃气预热温度300℃，空气温度常温20℃；控制体的总出口边界位于炉膛的出烟口， 为了减小炉膛内部流阻，出烟口处安装有排烟装置，炉膛烟气单个出烟口压强：-20Pa。对于壁面边界条件，考虑到炉底被加热物体吸热， 将炉底设置为900℃恒温； 其它面则简化为绝热壁面。

表1 天然气成分与特性

Tab. 1 Natural gas composition and characteristics

4.3 仿真结果分析

图5 温度分布云图

Fig.5 Contours of static temperature

图6 粒子流线图

Fig.6 Pathlines colored by particle ID

燃烧器流场数值模拟结果如图5、6、7所示，图5为温度分布云图，可以看出燃烧器火焰射程小，紧贴炉壁，并且呈圆形，炉膛底部温度均匀。造成这一现象的原因可以从图6粒子流线图看出，在烧嘴火焰前面存在一个大的回流区，区内的高温烟气往回倒流，当回流的介质回流到喇叭形火道内部快接近烧嘴出口时，被旋转气流席卷进入主旋流股，由于回流速度较大，回流量也大，对旋转流股起到挤压作用，使火焰中心往里凹陷，火焰短。回流烟气与主流股混合，进行着动量传输过程，促使回流区范围内、外介质的交换混合，从而使炉膛内温度均匀化。图7为氮氧化物分布云图，氮氧化物污染物浓度高达9.87×10-5molmol，相当于186.28mg/m3，低于国家燃气燃烧器安全技术规定的标准浓度300mg/m3。当回流介质与主流股在火焰根部混合时，一部分没有来得及燃烧的气体可以和主流股中的燃料一起继续燃烧，使燃烧更为充分。

5 结论

为确保外燃式斯特林发动机长时间稳定工作，设计一种鼓风旋流式燃气燃烧器，采用在空气管道设置旋流弯曲叶片，燃气经分流器分成多股细流径向喷入空气旋流，并配合喇叭形火道和合理的炉膛结构。应用Fluent 14.0对燃烧温度场、粒子流线图和氮氧化物污染物浓度做了仿真分析，结果较好的验证了该燃烧器火焰短，炉膛底部温度场均匀，温度高达900℃，燃烧比较充分，能够满足对斯特林发动机热腔端口均匀加热，也为此种燃烧器的设计和应用提供了科学的方法指导和重要的参考依据。

【参考文献】

[1]焦森林.燃气燃烧器流场及燃烧特性数值模拟[D].郑州：郑州大学，2010.

[2]吴青娇.加热炉内流动、燃烧及传热的数值模拟和优化研究[D].长沙：中南大学，2010.

[3]马春元，徐夕仁，吴少华.旋流燃烧器轴向旋流叶片的优化设计[J].电站系统工程，1996，12（5）：36-41.

[4]史永征，郭全，潘树源.两个轴向叶片式旋流器的旋流强度计算公式的探讨[J].北京建筑工程学院学报，2007，23（2）：17-19.

[5]姜健，史建邦，屈霁云.叶片式旋流发生器的设计与数值计算[J].机械设计与制造，2008（6）：48-49.

生物质气化炉设计要点篇5

【关键词】工业锅炉；高热量；高耗能；节能减排

锅炉是现代工业生产过程中所涉及到的一个重要方面，但是由于锅炉对于煤炭的消耗量极大，其中所存在的任何一个污染指标提高，在全国范围来说，就是一次重大的污染。而其中任何一个方面的指标下降，都能够使得环境状态能够得到一个极大的提升。所以，针对锅炉设计进行节能改良，有着极其重要的作用。下文主要针对锅炉设计中的节能设计问题进行了全面详细的探讨。

1、分析现阶段工业锅炉在节能减排方面的各种问题

1.1高热量高污染

1.1.1锅炉容量小、热效率低。近几年来，我国的热点联产项目在持续不断的增多，但是其项目中所涉及到的锅炉容量上升幅度却较大，相当大一部分锅炉都是处在低负荷的状态之下运行，这直接导致煤炭不能完全燃烧，其排烟温度持续提升，燃煤热量在这一过程中的损失也在持续增大时，再加上煤种、煤质等无法得到保障，直接影响到了锅炉的生产效率，并且带来了重大的污染。此外，我国的工业锅炉90%以上都采用的层煤锅炉，其层煤锅炉自身由于构造方面的原因，导致其对于不同煤种的适应性极差，尤其是在煤种出现了巨大变化之后，其燃烧工况在这一过程会迅速的发生变化，并且其燃烧过程中的效率也逐渐下降。

1.1.2排烟温度高、污染大。企业大量使用有机热载体锅炉，而有机热载体锅燃烧方法大多数以层燃为主，其排烟温度长期在300℃～350℃之间，大量高温烟气及粉尘SO2、CO2、NO对环境造成极大污染，热量流失严重。

1.2自控装置水平低

锅炉在实际运行的过程中，其中所涉及到的自动化控制水平较低，并且大部分工业锅炉在进行设计的过程中，都没有安装上相应的运行监测仪表。这直接导致锅炉运行过程中的相关操作人员在进行锅炉燃烧工况调整的过程中，无法对其具体的负荷变化进行掌控，各个方面的运行数据也无法完全知晓。如果说不能够依据锅炉当前实际的负荷状况来进行工况调整，那么锅炉、电机等方面在实际运行的过程中，其效率必然不高，导致了极大的能源耗损。

1.3能源浪费严重

在相当长的时期内能源浪费现象十分严重，我国的能源结构以煤为主，燃煤工业锅炉仍将是主导产品，同时也是我国主要的煤烟型污染源。根据国家质检总局特种设备安全监察局的统计资料：目前，全国在用工业锅炉保有量50多万台，约180万蒸吨/小时。燃煤锅炉约48万台，占工业锅炉总容量的85%左右，平均容量约3.4蒸吨/小时，其中20蒸吨/小时以下超过80%。113个大气污染防治重点城市中约有燃煤工业锅炉24万台，90万蒸吨/小时，均占全国的1/2。

2、节能减排的具体实施办法

2.1降低燃耗的方法是提高燃料利用率

2.1.1在进行锅炉设计的过程中，一个首要的目的就是为了对炉膛容积进行改善，使得燃料在投入到炉膛之后，能够充分的进行燃烧，并且完全被炉气所迅速填充，这能够帮助料胚在短时间内便能够受热。并且炉膛容积会随着所采用的燃烧方式、煤种不同、燃烧布置、热负荷等多个方面的不同而存在较大的差异性。从燃烧的形式上来说，其燃烧单位所产生的不同单位热量、废气体积等多个方面都有着极大的不同，所以，不同情况下对于燃煤空间的需求有着极大的不同。通常情况下，其锅炉的发热值越高，那么其中所产生的废气体积也应当有相应的减少，并且从本质上来说实际所消耗的燃料和空气也应有大幅下降。所以，在炉膛内部热量完全相同的情况下，其中所产生的废气流量也有着极大的不同，那么在炉膛容积进行设计的过程中，应当要先确定尺寸，并且还要在确定空间容积的过程中，考虑到什么样的空间进行不同煤种燃烧都能够达到完全燃烧的效果。此外，在炉膛设计过程中所涉及到的炉高也是极其重要的一个因素。在外形整体设计的过程中，要考虑到炉高自身是否符合炉膛的需要，以及其炉膛是否在该炉高下正常的运转，一般要尽量保持炉膛在较低的位置。

2.1.2炉底结构应能使物料下表面由炉内冷却水管滑道造成的“黑印”尽量减轻消除。工业的炉的炉底承受加热件的重量、装出料时的碰撞和摩擦、氧化铁皮的侵蚀以及旋转过程温度的反复变化，因此要求炉底上层的耐火材料具有抗高温、耐急冷急热、磨、不与氧化铁皮起化学反应等性能。

2.2高烟囱排放

烟囱是在锅炉燃烧过程中极为常见的一个组成部分，所起到的主要作用便是排烟，其炉内燃料在经过燃烧之后，所产生的烟气会直接通过烟道而排入到大气之中。其排烟的具体方式主要根据运作形式的不同分为自然排烟、机械排烟两种，烟囱在实际安装的过程中，其自身务必要设计成为完全独立的存在，不能够直接和烟道这一部分的基础直接进行连接。烟囱底部所存在的设计，应当要以人孔的形式来确保烟囱功能的实现。此外，烟囱在进行设计的过程中，还必须要针对烟囱高度、排放浓度等方面进行周密的考虑，保证尺寸、高度、排放浓度都能够符合各方面的要求。利用科学合理的设计，虽然说无法直接降低排放物所具有的有害物质海量，但是能够在某种程度上降低浓度，其烟囱自身的高度只要越高，那么烟体自身的浓度也就越低。

2.3燃料的选用和改质

2.3.1燃料中含有的硫在燃烧时产生SO2，在氧化条件下SO2能被氧化成SO3，再与水汽相遇便生成H2SO4具有很强的腐蚀性。SO2除直接危害人体健康外，对环境的危害是以酸雨的形式出现的。因此在选用燃料时采用低硫或不含硫燃料或通过洗煤等措施降低煤中的含硫量。再就是从燃料燃烧的过程中脱硫采用烟气脱硫技术。

2.3.2大气中的NOx主要来源于燃料的燃烧过程。NOx吸收并散射光线，在空气中与光化学氧化剂、颗粒物以及日光发生一系列的复杂的反应而形成光化学烟雾，不仅降低能见度而且对人体的健康有很大危害。防治NOx的方法有两种：一是通过燃烧技术的改进来抵制它的生成。二是从烟气中将NOx除去，即烟气脱除NOx。

3、结语

综上所述，在我国经济飞速发展的过程中，能源方面对于整个经济体系所带来的影响越来越大，这直接促使各个方面的能源消耗节能问题成为了充分发展经济的一个重要话题。尤其是消耗煤炭量最大的工业锅炉，已经成为了我国节能降耗工作中首先要加以解决的问题之一，有针对其进行相应的节能措施实施，才能够使得锅炉的燃烧效率得到提升，最终达到工业锅炉能源消耗降低的目的。

参考文献

[1]夏喜英.锅炉与锅炉房设备[M].中国建筑工业出版社，2011.

[2]徐生荣.锅炉原理与设备[M].中国水利水电出版，2009.

作者简介

生物质气化炉设计要点篇6

关键词：生物质 秸秆 汽化 乙醇

一、背景及意义

中国是一个人口大国，又是一个能源消费大国。我国石油资源缺乏，人均石油储量不到世界平均水平的十分之一，目前石油消费一半左右依赖进口，国际石油市场价格波动已经影响到我国国民经济的稳定发展，而燃油锅炉每年需要消耗大量的石油资源，对宝贵的石油资源是一种极大的浪费。同时，消费化石资源造成了大量二氧化碳排放，我国每年仅燃煤燃油锅炉排放的二氧化碳就达到25亿吨，形成严重的温室效应。

我国是一个农业大国，每年仅农作物秸秆就生产约7亿吨，其他生物质原料木屑、稻壳等也数量巨大，如此之大的资源除了一小部分用于畜牧业外，其余大部分或直接燃烧，或作为农村沼气发酵的原料，但这些利用方式有些是浪费资源、污染环境，有些是利用率低、应用范围狭窄，不利于秸秆等生物质的再利用连续化、大规模化、产业化。

基于此，设计研究一种生物质能利用率高、应用范围广的工艺及相关设备并推广应用已经成为解决能源、资源、环境、农村等问题有效途径。

二、国内外研究、发展现状

目前国内市场上已经普遍出现生物质颗粒燃料气化锅炉、气化发电机组等产品。其中目前先进的秸秆气化炉直接将农作物秸秆转化成燃烧气体，其燃烧效率达95.5%以上，热效率达到82.5%。但是，生物质在气化过程中，由于高温裂解而产生的灰尘和焦油以微粒的形态存在于生物质燃气中，焦油微粒在温度降低时会重新凝结成固态的焦油，并与燃气中的潮湿灰尘微粒结合，堵塞管道，用于发电中将严重损坏燃气发动机的机械部件。因此，如何将生物质燃气中的灰尘和焦油微粒除去，确保生物质燃气在通过燃气发电机组来产生电能的过程中，不因灰尘、焦油凝结而导致燃气发动机损坏或停机，是生物质气化发电技术应用中面对的一项难题。

为了除去生物质燃气中的灰尘、焦油微粒，而且要保证去除过程中不在产生对环璄的二次污染上，目前大部分的生物质气化设备生产厂家都是采用机械方法，这种方法只能在一定程度上减少燃气中灰尘和焦油微粒的含量，而且在支除过程中会产生污水，废气的污染，因此燃气发电机组在经过一段短时间运作后，最后还是会因灰尘和焦油微粒越积越多而出现故障，导致停机。而一般捕焦、除尘设备，虽然早已出现，但这类产品都是针对大型的火电厂、化工厂、洗煤厂而设计开发的，而一般生物质气化发电项目的燃气流量较小，且生物质燃气与火电厂、化工厂需要处理的气体性质有很大差别，因此，目前市场上还没有针对生物质气化而设计生产的有效除尘、除焦且不对周遭环璄产生二次污染装置和产品。

三、研究目标、内容、方法

1.研究目标

本方案研究的的目标是设计一套生物质连续焦化造气工艺技术及其相关设备，利用农作物秸秆、稻壳、玉米棒以及树技、树叶、杂草等生物质，经过粉碎、挤压成型、燃烧造气、冷却炭化等工艺流程，产生焦油、可燃气、炭块或炭粉等产品。

2.研究内容

工艺流程的初步设想是首先将粉碎过的原料倒入生物质连续焦化造气炉的加料器中，电机传动系统带动搅笼将加料器中的秸秆碎料挤压成型，成型后密度达到普通木材的密度。成型后的原料通过输料管进入造气炉的预热段，目的是控制原料和设备的温度，阻止燃烧室的热量向挤压成型机传递，防止设备材料在高温下的失效。随着原料连续挤压，输料管内经预热的成型原料进入燃烧室进行低氧燃烧，过热的原料再经出焦炉冷却水冷却产生焦油，冷却水汽化成水蒸汽，部分水蒸气通入气化室，与燃烧的原料接触裂解产生大量炉气，其中含有焦油气、甲烷、一氧化碳等可燃气体。原料继续进入冷却室冷却碳化，形成炭棒，经过其他辅助装置粉碎可形成炭块或碳粉，经星形轮收集出料。

产生的炉气要经过进一步的分离。炉气首先通过去焦冷却器进行冷却，焦油气经冷却在管壁凝结，刮板上下运动将管壁上凝结的焦油刮下并挤入焦油储罐中。同时，经分离出来的炉气通入喷淋吸收塔水洗，除去炉气中二氧化硫等污染性气体和未被液化的焦油气。喷淋液经过用碎秸秆填充的除油器，动态地除去其中洗出的残余焦油，吸收过的秸秆回运到生物质连续焦化造气炉进行燃烧。最后收集到的可燃性炉气通入储气柜中。

因此，需要设计的静设备有生物质连续焦化造气炉、去焦冷却器、吸收塔、除油器、焦油储罐、喷淋液储罐、炉气气柜，需要选型的动设备有真空泵（或通风机）、洗液泵、喷淋液泵，此外还有管道、阀门等器件的设计和选型。

目前市场上的相关产品是先造粒，再将制成的生物质颗粒进行造气，尽量控制副产品焦油的产出量，使其大部分气化，并将炉气作为发电用的燃气送入发电机组发电。因此就决定了本方案具有以下几点创新之处：

第一，集制粒、造气、出焦于一体，目标产品是炭颗粒、焦油、炉气。

第二，连续大规模处理生物质原料，他不同于先造粒再造气的现有技术和工艺。

3.研究方法

通过阅读大量的相关书籍、文献和研究成果，综合归纳出所需要的内容。根据有关国家标准和行业标准设计。

参考文献

[1] 董天峰，赵国明，张重，张蕾蕾.家用秸秆气化炉的技术现状及发展趋势[J].农业与技术，2008，28（3）：97.

[2] 梁小平，李欣，王雨，赵欣.生物质气化技术及其在西部地区的应用浅析[J].环境科学与技术，2008，31（10）：34页.

[3] 赵淑战.Dow公司和美国能源部共同致力于生物质气化项目[J].国内外石油化工快报，2008，38（9）：17 .

生物质气化炉设计要点篇7

【关键词】生物质发电技术；直燃发电；经济效益

随着我国经济的不断发展，对于能源的需要更为强烈，然而，中国这种粗放型经济增长方式，能源制约着经济的发展。可再生资源的不断开发和发展是发展的趋势，也是我国亟待需要发展的项目。生物质发电技术是其中较为突出的可再生资源的技术方式，被认为是21世纪最具有价值的绿色可再生能源之一。根据我国《可再生能源中长期发展规划纲要》（2006～2020），到2020年我国生物质发电机组装机容量达到30000MW，生物质成型燃料5000万吨，将生物质秸秆发电和秸秆成型燃料确定为秸秆能源利用重点技术[1]。

在现在生物质发电技术主要有直燃发电，气化发电，沼气发电和混合燃烧发电四中类型，其中直燃发电的运用最为普遍，也最符合我国的实际情况。利用生物质直接燃烧发电技术建设大型直燃并网发电厂，单机容量达10～25MW，可以将热效益提高到90%以上，可以通过有效措施提高其利用率[2]。然而，现阶段生物质发电中的直燃发电技术发展还不完善，对于其的设计还存在很多的不完善的地方，从而影响其效益的发挥。另外，用于生物质燃烧的锅炉以及燃料输送系统的技术和设备都产自外国，这严重制约了我国生物质技术的发展。所以，对于直燃发电技术的发电工程进行分析和合理的设计对于提高其利用率具有非常重要的意义。

1 生物质直燃发电过程及设备

生物质发电技术在中国的发展才刚刚起步，其发展也在一定程度上受制于外国，要在现有的基础上提高生物质发电的能力，就要从生物质直燃发电的过程和相应设备的选择上进行分析，从而优化设计，提高直燃发电的效率[3]。

1.1 生物质直燃发电过程

生物质直燃发电技术是直接将秸秆等生物质原料以一定的形式放入锅炉中，在锅炉中进行燃烧，将其燃烧所产生的高温，高压蒸汽推动蒸汽轮机做功，最后带动发电机的运转，实现生物能到电能的转化[4]。

1.2 直燃发电技术设备

生物质直燃发电设备的合理选择对于利用率的提高也是具有非常重要意义，还具有一定的经济效益。为了充分利用国家鼓励生物质发电的政策，充分利用资源，提高能源综合利用率，因此，提高生物质发电项目的主蒸汽参数，从而提高发电量和发电效益，就成为了生物质发电项目的必然选择。

目前，国内已经有与130t/h和75t/h高温高压秸秆锅炉配套的汽轮发电机产品，汽轮机进汽量最大限度地与锅炉蒸发量匹配，满足生物质发电项目多发电的要求，并且汽轮机制造技术十分成熟[5]，汽轮机单机容量的选择不是影响装机方案选择的主要因素，影响装机方案选择的主要因素是锅炉容量的选择。在选择设备时要根据当地的热负荷计算来具体的选择，要满足一定的热平衡。

2 直燃发电系统的优化

生物质直燃发电技术系统主要是由燃烧系统，热力系统构成。其中燃烧系统包含给料系统，烟风系统，点火油及助燃油系统，空压机系统；热力系统主要是包含主蒸汽系统，除氧给水系统，生水系统，工业水系统，凝结水系统，压缩空气系统，供热系统。要提高生物质直燃发电的效益，增加利用率就要从各个部分进行分析控制，根据能量守恒的原理，严格控制各部分能量的损失，就可以提高相应的利用率，将直燃发电技术发挥到极致。

2.1 燃烧系统优化

在燃烧过程中通过改变燃烧接触面积和燃烧的条件可以优化燃烧的程度，提高燃烧效率，从而优化设计。

2.1.1 给料系统优化

由于生物质原料各有不同，不同的原料燃烧的条件也不一样，所以之前一定要将原料进行分类。再由打包机打成1.5×1.3×1.2原料包由汽车运到电厂，存放于位于炉前的秸秆存储库中。原料包从原料存储库通过链式输送带传递到立式螺杆机上（标高约11.80米），通过螺杆的旋转给料机将扯碎后的秸秆送入炉膛燃烧。扯碎燃烧增加了与氧气的接触面积，从而增加了燃烧的效率。

2.1.2 烟风系统优化

良好的通风系统可以增加氧气的浓度，从而提高燃烧率，优化采用平衡通风系统。由一台100%容量的送风机和空预器组成。为防止烟气腐蚀性，烟气将不通过空预器。空气的预热由给水加热实现预热后的空气通过炉膛下部（炉排上部）进入炉膛。锅炉燃烧需要空气量的另一部分通过振动炉排进入锅炉。经炉膛燃烧后产生的高温烟气和飞灰，流过过热器和省煤器，由引风机将烟气吸入布袋除尘器净化，最后经烟囱排向大气。

2.2 热力系统优化

在热力系统中主要是做到降低能耗就能有效的提高利用效率，其主要体现在主蒸汽系统。主蒸汽管道将采用切换母管制，设一条单母管，锅炉蒸汽至汽机或母管可切换运行，并为预留锅炉预留接口条件。根据具体的情况开切换切口，提高效益。

3 结语

生物质发电技术中，直燃发电技术较为成熟，并且有规模大，效益高的特点，但是小型直燃发电效率就相对比较低，前期的投资也相对较大，为了提高经济效益和研究发展中国的生物质能源的开发，研究分析生物质发电原理和过程是非常必要的，然而，对于直燃发电的分析研究是最为直观有效的。通过对直燃发电过程的分析和对设备原理分析，对其进行合理的设计和相应的技术改造，从而优化直燃发电技术，提高直燃发电的利用效率，这对绿色能源的运用和发展有着重要的作用。

【参考文献】

[1]王惠文，石艳杰，李红莉，等.生物质发电的节能减排效果分析[J].电网技术，2007，31（增刊2）：344-346.

[2]杨永平，等.生物质发电技术[M].北京：中国水利水电出版社，2007.

[3]吴创之，周肇秋，马隆之，等.生物质发电技术分析比较[J].可再生资源，2008.

[4]严鑫，吴明.生物质发电及能源化综合利用[J].山西电力.

生物质气化炉设计要点篇8

关键词：CFB锅炉；SO2；调整；石灰石

因为我从小在石油城长大，2012年考上西南石油大学化工院环境工程专业，对空气污染和废气排放从小就有感受，在假期里我到电厂进行了实习，利用所学的空气和废气监测分析方法，与厂里锅炉工程技术人员经过理论测试和实践，CFB锅炉SO2排放降低明显。

确保电厂脱硫设备的可靠稳定运行是落实《中华人民共和国环境保护法》，废气排放达标，目标为保护和改善环境，防治污染和其他公害，保障员工健康，也是电厂“安全、可靠、经济、清洁”运行的具体措施。CFB锅炉作为一种新型环保设备，具有对燃料适应性特别好、燃料的着火条件优越、热强度大、脱硫效果好、给煤点数量少、燃烧效率高、气体污染物排放低、负荷调节范围大等优点。目前大部分火力发电厂设计上基本采用CFB锅炉。在投产初期，石灰石系统因为存在较多问题影响环保指标，电厂已对原石灰石投加系统进行了改造，由螺旋给料机改造为旋转给料阀，系统运行可靠性大为提高，但仍因存在其它问题导致SO2排放时有超标。下面就影响电厂CFB锅炉运行过程中SO2超标的原因及控制措施进行探讨。

一、引起SO2超标的原因

（一）人为调整及负荷波动

运行中，遇到给煤机消缺或者给煤机因断煤发生异常需启停时，若操作人员调整风量、石灰石给料量不当，将会导致SO2短时超标。

此外，运行中为满足用户的用电负荷需求，电厂汽轮机抽汽设置在“压力控制”模式下，CFB锅炉负荷将随外界汽电负荷的波动而波动。在调节负荷过程中须增减锅炉给煤量，床温便会随之变化。床温波动对脱硫效果影响较大，CFB锅炉的脱硫效率最佳温度在850℃左右，但同时又要考虑到飞灰可燃物及锅炉效率，实际床温应控制在885-890℃左右。实际运行中，锅炉床温在此温度范围内即使波动几度，烟气中的SO2浓度也会大幅上升。

（二）设备缺陷

电厂石灰石投加系统设备主要由石灰石粉库、输送泵、出料阀、输送管、切换阀、炉前石灰石粉仓、旋转给料阀、石灰石风机等设备组成。在运行过程中，石灰石物料是由0.7MPa压缩空气输送至炉前石灰石粉仓。石灰石输送泵、输送管长期处在被石灰石粉冲刷的工作环境下。因此，运行中出现了石灰石输送泵内部空气管线脱落、管道金属膨胀节及管道弯头等处被磨穿导致石灰石系统被迫停运检修。炉前石灰石粉仓一旦出现断粉，锅炉烟气SO2浓度就会超标。

此外，由于石灰石粉内部存在杂物以及颗粒过大也会造成石灰石给料阀卡跳或石灰石粉仓搭桥下粉不畅，均会导致烟气中SO2浓度超标。在卡跳的石灰石给料机里，检修人员曾清理出焊条、螺栓、钢筋、铁丝等杂物。

电厂动力站在投产初期采用的烟气在线分析系统（CEMS）是“一拖三”模式，一套分析仪轮换测量三台锅炉中的一台锅炉烟气，每台锅炉每小时只轮到一次，测量时间为25分钟，在这25分钟之内其余两台锅炉的烟气无法实时监测，不能给运行人员提供准确参考。另外，原系统采样点选择不合理，例如：2#炉烟气采样点在联通烟道上，取到的是2#炉和3#炉的混合烟气。

运行过程中，CEMS还曾出现表计探头进水汽、检测回路故障或取样管线反吹堵等，将使分析仪的分析数据显示异常，给运行人员调整造成误导。

（三）物料特性的影响

由于电厂煤源来自多个煤矿，煤质差异较大。进厂煤通过碎煤、输煤系统后被输送到锅炉原煤仓。有些进厂煤的硫分值较高，如果锅炉运行人员未能及时掌握此项参数，入炉石灰石给料量不能及时跟随煤质的变化而调整也会造成锅炉烟气SO2浓度超标。

此外，石灰石纯度、粒度发生变化后，在给料量不变的情况下也直接影响着CFB锅炉的脱硫效果，从而影响到烟气SO2的浓度。

二、减少SO2超标的措施

《新环境保护法》明确规定，企业事业单位和其他生产经营者应当防止、减少环境污染和生态破坏，对所造成的损害依法承担责任。

电厂在废气排放控制中，树立节能减排及环保优先的精神和理念，针对以上导致超标的各因素，制定了针对性的措施来解决SO2超标问题。

（一） 运行管理措施

电厂主蒸汽系统为母管制，机组采用定压运行，机炉协调控制系统未投用。稳定床温是有效控制SO2排放超标的关键，而负荷波动是影响床温的主要因素。为了消除此因素，电厂工程技术人员对锅炉运行方式进行调整，即：规定其中一台锅炉为调整炉，其余锅炉为非调整炉，带固定负荷运行。同时为保证CFB锅炉的长周期运行，以十天为一周期，十天后轮换至下一台锅炉为调整炉。调整炉负责短时、小幅调整汽负荷，非调整炉只有在外界汽电负荷大幅波动时才参与调整。另外，要求调整炉在加负荷前增加石灰石投给量，控制烟气SO2浓度保持在较低水平。

加强运行人员的培训和异常原因分析，不断提升操作技术水平，将SO2超标次数作为考核指标之一，促使操作人员精心操作调整，确保在给煤机消缺或者给煤机因断煤发生异常启停时，仍能保证SO2在合格范围内。

（二）设备检修管理及改造措施

1.设备检修管理

定期检查、更换压缩空气管线、耐磨弯头和金属膨胀节等处；选用符合石灰石物料特性的出料阀，避免阀门卡涩，提高石灰石系统设备的运行周期，将石灰石系统设备由被迫消缺向主动预防性消缺转变。同时，不断总结故障原因，提高检修质量，缩短检修时间。做好石灰石输送系统和炉前石灰石粉仓检修时的现场监督，确保检修过程中无杂物进入输送系统。

环境监测为制定科学严格的排放提供了重要保障。测定环境空气中SO2的方法分为甲醛缓冲溶液吸收―盐酸副玫瑰苯胺分光光度法和四氯汞钾溶液吸收―盐酸副玫瑰苯胺分光光度法。按照国家环境保护总局监测规范的要求，电厂制定了《环境在线监测及环保设施管理规定》，落实对烟气在线分析系统（CEMS）进行日常巡检、维护保养、定期校准和校验等责任和设备异常处理程序，确保烟气在线分析系统设备完好、可靠和数据准确。

2.设备改造方面

在设备改造方面，在石灰石粉库的进口管线处加装一圆形网篦，其内有1×9cm的长方形孔，在外来石灰石粉车向粉库充粉时，既保证进粉速度又能使大颗粒的杂物尽可能被过滤，避免大颗粒杂物卡跳石灰石给料阀和磨损石灰石输送管线。

采用新的烟气在线分析系统（CEMS）数据实时性大为提高。新的烟气在线分析系统（CEMS）系统采用“一拖一”模式，每台锅炉对应一套分析仪测量锅炉烟气，且测量数据直接传送至锅炉DCS监控画面，数据实时性、可靠性大为提高。新系统重新选取采样点，将取样点布置在每台锅炉引风机的烟气出口处（联通烟道之前），保证测量数据真实反应被测炉烟气的各项指标。

此外，还对炉前石灰石粉仓流化风系统和煤仓氮气炮用氮气系统进行了改造。原石灰石粉仓流化用压缩空气与煤仓空气炮用压缩空气为同一来源，因原煤仓在使用空气炮过程中存在煤仓自燃的风险，所有一直未投用。经过改造后的石灰石粉仓流化用压缩空气与煤仓空气炮用压缩空气汽源相互分离，石灰石粉仓流化风能够长期可靠投用，粉仓搭桥出现断粉的问题已经消除。

（三） 物料控制及监测措施

影响CFB锅炉脱硫效率的主要因素有Ca/S摩尔比、床温、脱硫剂（石灰石）粒度、煤质等。

由Ca/S摩尔比计算公式：

及相关文献①中的试验数据可知，当床层高度为1m，流化速度为2.5m/s，床温为825℃时，随着Ca/S摩尔比的增加，脱硫效率增加，Ca的利用率降低。Ca/S摩尔比为3～5时，脱硫效率为75%～90%，Ca的利用率为20%～18%。而电厂石灰石日耗量150吨以内，CaCO3纯度95%，日耗煤量：5000吨，硫分：0.7%，依此计算，在保证达标排放的前提下我厂实际最大Ca/S摩尔比≈3.25。

根据相关文献②可知，石灰石粒径大于一定值之后，随着粒径的加大，石灰石的比表面积减小，导致反应性降低，脱硫效率下降。但是粒径若大于某一更高值时，粒子在燃烧室内的停留时间加长，它对脱硫的作用大于反应性减小的作用，所以脱硫效率又提高。然而粒径倘若大于某一临界尺寸时，脱硫效率达到最大值之后，由于反应孔道被CaSO4堵塞，脱硫效率又随着尺寸的加大而降低。

为此我们从石灰石的源头着手，考察供料厂筛分工具投运情况，确保石灰石物料粒度满足设计要求且物料中不含杂物。制定《规范石灰石物料输送管理要求》，进一步规范了锅炉石灰石上粉量，保证锅炉炉前石灰石粉仓时刻处于高料位，防止运行过程因石灰石粉中断而导致烟气SO2排放超标。

另外，分析人员在发现煤质和石灰石粉质变化较大时，及时要求通过运行人员可以预先控制石灰石给料量，避免因煤质和石灰石粉质的突变导致烟气SO2浓度超标。

三、结论

自严格执行上述控制措施以来，电厂CFB锅炉烟气SO2浓度超标的次数大幅减少，取#1锅炉的烟气SO2浓度作为对比：

图1 执行措施前的#1炉烟气SO2浓度曲线

从上图1可以看出，在2013年时，#1炉在10天里出现了16次的烟气SO2排放超标。

图2 执行措施后的#1炉烟气SO2浓度曲线

从图2可以看出，执行规定后的#1炉在10天里没有出现SO2超标（指标：SO2400J/m3），超标次数大幅下降。经过各部门、装置相关人员全年的不懈努力，电厂CFB锅炉烟气SO2排放超标的现象大幅减少，电厂动力站2014年全年SO2减排约21943吨，同时石灰石日耗量也由以前的300吨降至目前的250吨以下。

四、结束语

以上是我在电厂实习期间，与工程技术人员一起对CFB锅炉控制SO2排放超标准所遇到的一些问题和控制措施，主要是电厂领导和管理人员做了大量工作，我主要是把所学的对空气污染监测技术和方法融入到其中，为CFB锅炉的安全、可靠、清洁运行提供了一定的参考。修订后的《环保法》强化了企业污染防治责任，加大了对环境违法行为的法律制裁；国家建立、健全了环境监测制度，加强对环境监测的管理，建立环境与健康监测、开展环境质量对公众健康影响的研究；国家支持企业优先使用清洁能源，采用先进工艺、设备把污染物排放量降到最低。做为一名学环境工程的大学生能把自己所学的专业知识在实践中得以运用，为环境保护作工作一点贡献，也是我责任使然。

注释：

①此处试验数据摘自电厂《循环流化床锅炉运行及事故处理》

②此处内容参考自电厂《循环流化床锅炉运行及事故处理》

参考文献：

[1]丁枚.孟亚莉.空气和废气监测分析方法[J].北京：中国环境科学出版社，2003.