李吉平，张晖，王兆铁，许志龙，符再德
(湘西鹤盛原烟发展有限责任公司，湖南吉首416000)
摘要：为解决循环流化床锅炉作业过程中存在烟梗需要干燥、破碎，运行时间短，炉内密相区结焦，回料阀堵灰严重，尾部受热面积灰严重等问题，提出了炉膛下部差速床布置、床下油点火系统以及爆炸吹灰系统等改进设计，并设计了一条10t／h燃烟梗低倍率循环流化床锅炉。通过运行及环保测试，各项技术达到了要求，各项环保指标达到GB13271—2014新建锅炉排放标准，而且每年可减排二氧化碳20840.00t，减少二氧化硫排放137.56t，减少氮氧化物130.06t，节能减排效果明显。
烟梗等废弃物是烟草工业的副产品，不及时有效地处理，将造成企业库存积压，库容紧张，若保管或处理不当，易造成烟草专卖监管中的漏洞、环境污染和重大的安全隐患。烟梗等废弃物做为一种生物质能源，其低位发热值高达9.96×106J／kg，为确保烟梗等废弃物的综合利用，打叶复烤企业采用锅炉焚烧提供蒸汽作为企业干燥烟叶的热源。目前燃烧烟梗的锅炉主要为循环流化床锅炉，其在作业过程中存在烟梗需要干燥、破碎，运行时间短，炉内密相区结焦，回料阀堵灰严重，尾部受热面积灰严重等问题。笔者针对上述循环流化床锅炉存在的问题，提出了炉膛下部差速床布置、床下油点火系统以及爆炸吹灰系统等改进设计，并设计了一条10t／h燃烟梗低倍率循环流化床锅炉，通过运行应用，可达到烟梗等废弃物的综合利用。
1系统组成
1.1系统结构 生物质流化床锅炉系统包括锅炉本体、燃料给人系统、烟风系统、水处理及给水系统、烟气净化系统、吹灰系统、排灰排渣系统和自动控制系统等，如图1所示。设计原则如下：①为了控制NOx排放，采用分级燃烧，一次风：二次风：50：50。②为了降低炉膛温度，在炉膛下部密相区布置受热面，使得床温控制在850～900℃，不易导致炉内结焦。③炉膛采用大水冷度，控制炉膛出口温度在650℃以内，有利于减轻尾部受热面积灰和腐蚀。④炉膛出口布置旋风燃尽室，一方面有利于燃烧充分，另一方面进一步降低烟气温度。燃尽室分离下的灰，采用一次风强制吹入炉内燃烧，避免采用回料阀，因灰黏性大导致堵塞。⑤对流排管、省煤器及空气预热器采用脉冲吹灰，在合理的吹灰频率下，保证锅炉长期满负荷稳定运行。⑥采用床上木炭点火，点火方便、容易操作，费用低。
1.2生物质锅炉主要技术参数 额定蒸发量10t／h，额定蒸汽压力1.25MPa，额定蒸汽温度194℃，给水温度60℃，排烟温度<150℃，锅炉设计热效率>85％。
2关键技术实现
2.1锅炉本体
2.1.1炉墙。布风板以上浓相区炉内墙采用浇注高强度耐磨可塑材料；水冷壁外侧采用敷管炉墙结构，外加外护板；高温旋风筒、水平烟道及尾部烟道采用轻型炉墙、护板结构。
2.1.2锅筒内部装置。锅筒由水下孔板、顶部百叶窗、加药管、排污管、再循环管等组成。锅筒上还设置有高、低读水位表、压力表、安全阀、放气阀和自用蒸汽阀等附件。
2.1.3炉膛。下部采用差速床布置，即高速床与低速床组合布置形式。给料落入高速区，埋管布置在低速区(降低磨损)，高速床与低速床形成物料循环，高速区燃料燃烧产生的热量被低速床的埋管吸收，用于控制炉膛下部温度。
2.2炉前燃料给入系统烟梗／石灰石给料装置由皮带输送机、炉前料仓、拨料器组成。给料设置连续调速装置，根据锅炉负荷的大小，调整给料量。给煤装置利用现有锅炉房的进煤系统，配置一台破碎机。
2.3吹灰系统烟梗的灰分中碱金属含量高，灰黏度比较大，容易在锅炉尾部积灰。一般的吹灰方式的使用效果不够理想，该锅炉采用脉冲在线吹灰系统。其吹灰机原理是通过冲击动能、声能和热能作用来清除锅炉受热面的表面积灰，达到提高锅炉效率，恢复锅炉出力的目的。脉冲吹灰系统的主要特点是：冲击波将能量聚积于极短时间和空间内，在气体介质中形成瞬间能量间断面，使气流的压力和速度产生突变，声压可达到160dB以上，压力通常10～15kg／cm2，速度可达300～350m／s。虽然作用时间较短(毫秒级)，使用燃气很少，但冲击波仍能对各部位的积灰产生显著作用，使之脱离受热面。
3应用效果
3.1负压给料效果 锅炉给料点为负压区，彻底解决正压给料带来的隐患，炉膛出口负压在一200Pa以内，节省引风机电耗，且不结焦、不积灰。
炉膛下部采用差速床布置，即高速床与低速床组合布置形式。给料落入高速区，埋管布置在低速区(降低磨损)，高速床与低速床形成物料循环，高速区燃料燃烧产生的热量被低速床的埋管吸收，用于控制炉膛下部温度，彻底解决床料结焦问题。
尾部受热面采用爆炸(脉冲)吹灰系统，产生强大冲击波，将尾部受热面的积灰清除下来，锅炉可连续运行15d以上不需要清灰，满足一个生产周期(17次／10d)不停炉的需要。
3.2生物质锅炉运行工况的能效测试 锅炉运行正常后，邀请中国特种设备检测研究院、国家锅炉压力容器质量监督检验中心对锅炉运行工况进行能效测试，测得结果如表1所示。由表1可知，锅炉蒸发量平均值为10072.39kg／h，热效率为85.25％，达到了设计要求。
3.3生物质锅炉运行工况的环保测试 该锅炉采取直燃技术及严格的环保工艺，所有的排放指标优于国家标准，不会对环境造成污染。2012与2014年检测结果如表2所示。由表2可知，烟尘的排放小于50mg／m3，SO2的排放量减少，由原来的392.00mg／m3减少到271.00mg／m3，均达到新颁布的国家GB13271-2014((锅炉大气污染物排放标准》的要求。
3.4资源综合利用分析 生物质锅炉自试运行至今总共产生蒸汽20141t，平均每天产汽约153t(51.12班×3个班)，能满足生产加工蒸汽需求。2014年11、12月份1t烟耗煤与2012年1t烟耗煤指标比对如表3所示。由表3可知，2014年11、12月份1t烟耗煤为0.0270t，比2012年的1t烟耗煤0.1975t节约了86.33％。
4结语
该研究设计的额定蒸发量10t／h燃烟梗低倍率循环流化床锅炉达到了设计出力和锅炉热效率，各项环保指标达到GB13271—2014新建锅炉排放标准，而且每年可减少二氧化碳排放20840.00t，减少二氧化硫排放137.56t，减少氮氧化物130.06t，节能减排效果明显。烟梗燃烧后产生的飞灰经布袋除尘收集后进行综合利用，可实现副产物的减量化、无害化、资源化，为企业可持续发展带来推动力，营造更好的外部环境，经济效益和社会效益显著，可推广应用。
