一种木屑锅炉的开发设计

【摘 要】本文介绍了一种新型的烧木屑的生物质锅炉，结构简单而紧凑。针对燃料的特性采取特定的措施，合理的布置受热面，过热器采用水平悬吊式结构。

【关键词】往复炉排；自然循环；水管锅炉

1 锅炉简述

生物质是一种清洁燃料，含硫量低，含氮量不高，燃烧后Nox和SO2的含量很低，生物质燃烧过程具有CO2零排放的特点，这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊意义。随着能源危机的加剧及节能环保的意识增强，生物质能越来越受到人们的重视。下面以印尼某单位与我公司签订的一台烧木屑的生物质锅炉为例作以介绍。本炉型为燃料为木屑（碎木块）的往复炉排蒸汽锅炉。锅炉由往复燃烧炉和锅炉本体两大件组成，往复炉排采用德国成熟层燃技术，购买国外的成品。锅炉本体按中国标准设计制作。其燃烧部件采用德国成熟的倾斜往复燃烧技术和设备。往复炉排由三层液压传动，分上、中、下三层，分别推动炉排做往复运行，炉排主要构件采用耐热钢铸造而成。燃烧炉采用较大的过量空气系数运行，总过量空气系数为1.73，分一次风和二次风，一次风比率为0.85，二次风比率为0.88。一次风由炉排下方送入，二次风通过专用风机将大量的二次风沿炉排长度方向，在炉排左右两侧燃烧炉中部送入炉膛，与碎木燃烧过程中产生的可燃物质混合扰动，补充木块充分燃烧所需空气量。碎木块在往复炉排上方的绝热燃烧温度约为1160°C左右。锅炉运行中及时调节一二次风的比率，确保燃料的充分燃烧。另外燃烧炉出口通过再循环风机，从锅炉出口引入再循环烟气（烟气温度约180°C）和1160°C左右的高温烟气剧烈混合后，送入锅炉炉膛，然后依次进入凝渣管、高温过热器、低温过热器、对流管、省煤器等受热面后进入尾部烟道。

2 燃料特性（碎木块）

碳35%；氢 4.2%；氧30.09%；氮 0.70%；硫 0.01%；水分30.00%；灰分1%；低位发热值 2781kcal/kg。

3 锅炉规范

锅炉蒸发量20000kg/h；出口蒸汽压力3.82MPa；出口蒸汽温度450°C。

给水温度105°C；一次风温20°C；二次风温20°C；排烟温度180°C；排污率2.0%。

锅炉热效率79.64%；烟气循环倍率0.3%；燃料消耗量6230kg/h；入炉烟气量51332Nm3/h。

锅炉受热面炉膛110m2 ；第一级过热器72m2；第二级过热器110m2；蒸发管束969m2；省煤器592m2。

4 燃烧炉排

碎木块燃烧设备采用德国成熟的倾斜往复燃烧炉，往复炉排采用耐热钢铸造而成，由三层液压传动，分上、中、下三层，分别推动炉排做往复运行。给料装置采用防回火装置，确保给料装置安全可靠运行。

5 锅炉本体

锅炉采用单锅筒横置式的自然循环水管锅炉，烟气经由炉膛、凝渣管、过热器、对流管束、钢管省煤器后排出炉外。

炉膛为膜式水冷壁结构，管子φ51×4，节距为100mm。炉膛截面为3020×4320mm。炉膛水冷壁与集箱通过支承装置吊在钢架上。炉膛下部有钢性膨胀节与往复炉排的支架连接一起。

锅炉燃烬室上部为膜式水冷壁结构，下部由光管水冷壁管拉稀成凝渣管，其横向间隔200mm，纵向间隔250mm，烟气横向冲刷凝渣管后向上进入过热器。

过热器采用水平悬吊式结构，过热器蛇形管分为高温段和低温段组成，高温段采用12Cr1MoVG高压锅炉管，低温段采用20（GB3087-2008）锅炉管顺排布置。采用喷水减温。烟气通过过热器后转90°进入对流管束上部，其中部分飞灰由于惯性力被分离出来并集中在下部的落灰斗中定期排出炉外。锅筒分离出的饱和蒸汽经导汽管引到过热器进口集箱经过热器低温段、减温器、过热器高温段、过热器出口集箱后达到额定出口参数。过热器出口集箱上设有主汽阀，自用排汽阀、生火排汽、反冲洗、安全阀及热电偶座、温度计、压力表等。

对流受热面，采用肋片管排结构。对流管束上、下集箱采用20（GB3087-2008）锅炉管；管排采用φ32×4锅炉管，管排与管排间呈错排布置，管排通过连接管与管束上、下集箱连接起来。对流管束上集箱通过导汽管与锅筒连接，对流管束下集箱通过下降管与锅筒连接，炉水在锅筒、对流管束、下降管及导汽管间采用自然循环方式流动。烟气在对流管束底部水平出口折向90°向上进入省煤器烟道。

省煤器采用膜式水冷壁结构。烟气横向冲刷管排。烟气由下向上流动。锅炉给水经过省煤器进口集箱、省煤器管束、省煤器出口集箱后汇入锅筒。

锅筒内径为Φ1500mm，壁厚46mm，采用20g锅炉钢板焊制而成。筒自由搁置在钢架上的两个锅筒支座上，可以左右自由膨胀。

锅筒内部装有给水、蒸汽分离、连续排污、磷酸盐加药等装置，蒸汽一次分离采用9个φ290旋风分离器，二次分离采用镀锌钢丝网及一层多孔板组成的顶部分离器，锅炉给水应符合GB/T12145-2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》。

锅筒上设有安全阀、压力表、水位报警和控制、紧急放水、自用蒸汽等阀门、仪表，锅筒正常水位在锅筒中心线以下50mm，允许水位波动±75mm。

锅筒还有一根再循环管，接至省煤器前，供升火启动用。给水自动调节系统由设计院统一考虑，本厂在锅筒上给出一些接口，供自动控制用。

6 炉墙

本锅炉炉膛采用轻型炉墙。炉膛后采用重型炉墙。在膜式壁敷管炉墙与重型炉墙相交处，为适应热膨胀，减少泄漏，采用了迷宫式密封结构。在需要的地方，设有人孔门、防爆门、观察孔和测量孔。

7 钢架及平台扶梯

采用钢柱的支承式钢架结构，钢柱固定在0m平台上，锅筒、膜式壁、过热器、省煤器、空气预热器、尾部烟道左右侧炉墙、水平烟道左右侧炉墙、尾部烟道顶棚等支承或吊挂在钢架上。

平台扶梯均以适应运行和检修的需要而设置，一般走道平台宽度为730mm，楼梯宽为600mm，坡度为50°。

8 主要阀门、仪表及其它

根据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》中的相关要求，控制系统中设置了高低水位报警、低水位联锁保护装置；蒸汽超压等报警和联锁保护装置系统。锅炉本体阀门仪表管道设置了必要的温度、压力、阀门等测量仪表。

主要有以下阀门、仪表：闸阀、止回阀、截止阀、调节阀、节流阀、安全阀、水位表、低位水位计、温度计、压力表等。

为监督汽水品质，本锅炉还配有给水、炉水、饱和蒸汽、过热蒸汽的取样装置。

9 结束语

总之，该炉型锅炉运行情况良好，各项指标均达到了设计要求。它适用于有丰富的森林资源的国家和地区。在设计上是成功的，其独特新颖的结构特点对于其它炉型的生物质锅炉也具有一定的参考价值。

【参考文献】

[1]陈学俊，陈听宽，主编.西安交通大学[M].锅炉原理.机械工业出版设.

[责任编辑：周娜]

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