0、引  言
    生物質(zhì)能與化石能源相比，具有可再生和低污染的優(yōu)勢，近幾年，生物質(zhì)能發(fā)電得到了快速發(fā)展。在燃煤鍋爐摻燒生物質(zhì)方面國外已有實例，1996年期間，在丹麥Studstrup電站一號機組進行了秸稈與煤混燒示范試驗。國外相關(guān)文獻在燃煤鍋爐摻燒生物質(zhì)氯腐蝕、燃燒方式、生物質(zhì)預(yù)處理、火焰結(jié)構(gòu)等方面進行了研究。國內(nèi)研究大都集中在生物質(zhì)電廠鍋爐的直接燃燒、燃料特性、灰分分析等方面。但相關(guān)文獻還沒有燃煤鍋爐摻燒稻殼對鍋爐效率影響的計算分析方面的研究。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    以某300 MW燃煤鍋爐摻燒稻殼為研究對象，現(xiàn)階段該電廠采用冷風(fēng)輸送稻殼，摻混比例很小；采取冷風(fēng)輸送稻殼會降低鍋爐的熱效率，摻混比例太小無法對稻殼形成高效、規(guī)模化利用。為了減小冷風(fēng)輸送稻殼對鍋爐效率的影響，采取熱風(fēng)輸送稻殼進行計算分析。在此背景下，研究了燃煤鍋爐摻燒稻殼時在不同送風(fēng)溫度和不同摻燒比例下，對鍋爐效率、排煙溫度、輻射換熱和對流換熱等方面的影響。此研究結(jié)果可對燃煤電站摻燒稻殼提供理論參考。
1、輸送稻殼風(fēng)溫的確定
    該電廠摻燒稻殼均采用冷風(fēng)輸送方式，若采用熱風(fēng)輸送稻殼，又恐導(dǎo)致生物質(zhì)氣化變軟以至管道堵塞，而現(xiàn)場直接實驗存在一定的風(fēng)險，且費時費力。因此在試驗室搭建了稻殼的熱風(fēng)輸送試驗臺，壓縮空氣由空氣泵提供，經(jīng)管式爐加熱。熱空氣從底部進入上升管，加熱物料10 min。當輸送溫度達到220℃時，稻殼產(chǎn)生輕度的揮發(fā)分析出現(xiàn)象，稻殼的顏色發(fā)生變化，但并沒有發(fā)生稻殼附壁的現(xiàn)象。當輸送風(fēng)溫降低至180℃，加熱10min后，稻殼沒有發(fā)生任何變化。因此，從輸送系統(tǒng)的安全性考慮，建議稻殼輸送風(fēng)溫為150一180℃。
2、研究對象與計算工況
    該燃煤鍋爐采用四角同心反切燃燒、擺動燃燒器調(diào)溫、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣；爐后尾部布置兩臺三分倉容克式空氣預(yù)熱器，爐膛采用氣密式膜式水冷壁，爐底采用水封結(jié)構(gòu)。設(shè)計煤種為貧煤，采用中間儲倉式制粉系統(tǒng)。該電廠現(xiàn)階段進行了摻燒稻殼發(fā)電，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，采取低于200C以下熱風(fēng)輸送稻殼進行計算分析，計算了稻殼在不同送風(fēng)溫度，不同摻燒比例下，對鍋爐效率、排煙溫度等方面的影響。在具體計算工況中，輸送稻殼風(fēng)溫確定為20℃、100℃、150℃、200℃；摻燒比例為1%、3%、5%、8%、10%、15%、20%。其系統(tǒng)原理如圖l所示。
3、計算方法
3.1混合燃料計算方法
    煤質(zhì)是鍋爐設(shè)計及運行的重要依據(jù)，參考工業(yè)鍋爐設(shè)計計算標準方法中關(guān)于燃用混合煤的計算方法。當混合燃燒兩種不同煤時，1kg混合煤的發(fā)熱量：
    在煤質(zhì)的元素分析中，其余組分也可按此方法進行折算。研究稻殼和煤的摻燒計算時，可把稻殼假定為組分相近的煤。因此，稻殼和煤摻燒時，可把稻殼和煤混合燃料當作鍋爐燃燒兩種不同的煤，在計算時所用的混合燃料元素分析和工業(yè)分析均按上述方法進行折算。
    該電廠所摻燒的稻殼為其周邊地區(qū)所產(chǎn)，根據(jù)上述混合燃料計算方法，現(xiàn)燒煤種、設(shè)計煤種、稻殼、混合燃料的元素分析和工業(yè)分析如表l所示。
    表l表明，稻殼與煤相比，具有較高的o/c比和H/C比；稻殼具有更高的氧含量，從燃燒的角度上理解，稻殼具有更好的燃燒性能；表中混合燃料為稻殼摻燒比例為15%時的計算結(jié)果，該方法推算的混合燃料的元素分析和工業(yè)分析隨摻燒比例的變化而變化。
3.2空氣預(yù)熱器計算方法
    該電廠采用冷風(fēng)輸送稻殼，筆者采用大于冷風(fēng)溫度的送風(fēng)溫度進行計算研究以提高鍋爐效率，降低排煙溫度。輸送稻殼的風(fēng)溫采用低于空預(yù)器出口風(fēng)溫，因此，從空預(yù)器抽出熱風(fēng)和冷風(fēng)進行混合以達到輸送風(fēng)溫的要求，空預(yù)器相應(yīng)的會排擠一定的風(fēng)量，隨著摻燒比例的增加，排擠的風(fēng)量也就會增加，與不摻燒稻殼相比，排煙溫度也就會相應(yīng)的升高，其原理如圖2。
4、計算結(jié)果
4.1對爐膛輻射換熱及爐膛出口煙氣溫度的
    影響
    摻燒稻殼時，由于其折算水分較高、熱值低，因此，混合燃料的理論燃燒溫度隨摻燒比例的增加而降低，如圖3中當摻燒稻殼比例達到20%時，理論燃燒溫度降低21℃。
    理論燃燒溫度降低會使爐內(nèi)平均溫度水平下降，降低爐膛的輻射換熱量，使爐膛出口煙氣溫度升高，當采用200℃輸送稻殼，摻燒比例為20%時，爐膛出口煙氣溫度升高9℃，其原因在于摻燒稻殼時，爐內(nèi)溫度水平下降，爐膛輻射換熱量減少，導(dǎo)致爐膛出口煙氣溫度升高。同時稻殼的灰分含有較高的堿金屬化合物，堿金屬化合物的存在使灰熔點降低，容易引起鍋爐受熱面結(jié)渣與污染，燃燒器區(qū)域的灰分沉積，同樣會使爐內(nèi)輻射換熱量減少，也會對爐膛出口煙氣溫度升高有所貢獻。但由計算可知，當摻燒比例達到20%時，煙氣量僅僅增加2%~3%，因此，摻燒稻殼對輻射換熱和對流換熱影響不大，基本不會影響出力。
4.2對水蒸氣客積份額及飛灰濃度的影響
    以不摻燒稻殼為基準，隨著稻殼摻燒比例的增加，鍋爐煙氣中水分含量呈上升趨勢，生物質(zhì)摻燒比例達到20%時，煙氣中水分容積份額增加了1.02%。由于折算水分較高，會降低燃料的理論燃燒溫度，煙氣中水分增加會影響到煙氣的酸露點，會對鍋爐尾部受熱面的低溫腐蝕產(chǎn)生影響。煙氣中水分的增加也會增加鍋爐的排煙損失。
    由于稻殼中灰分含量低，飛灰濃度隨摻燒比例的增大呈下降趨勢，當摻燒比例達到20%時，飛灰濃度下降了約0.0012 kg/kg；飛灰濃度的下降可以減少固體未完全燃燒熱損失，并且可以減小鍋爐受熱面，特別是減小尾部受熱面的磨損。
4.3對排煙溫度和鍋爐效率的影響
    該燃煤鍋爐不摻稻殼實際運行時，排煙溫度為138℃。隨著稻殼摻燒份額的增加，鍋爐排煙溫度及排煙損失呈上升趨勢。以不摻燒稻殼為基準，當20℃冷風(fēng)輸送稻殼，摻燒比例為20%時，排煙溫度升高27.1℃；其原因在于以低于空預(yù)器出口風(fēng)溫的溫度輸送稻殼將導(dǎo)致通過空氣預(yù)熱器的空氣量減少。另外，稻殼燃料中的氧含量高達30%，使燃燒稻殼時的理論空氣量減小，也相應(yīng)減少了通過空氣預(yù)熱器的空氣量。這些因素都將導(dǎo)致排煙溫度的升高。當200℃熱風(fēng)輸送稻殼，摻燒比例20%時，排煙溫度升高21.3℃。從排煙溫度和鍋爐效率方面考慮，采用熱風(fēng)輸送稻殼較好，可降低排煙溫度，提高鍋爐效率。
    在鍋爐效率方面，200℃冷風(fēng)輸送稻殼，摻燒比例20%的時候，鍋爐效率下降1.65%；若采用200t熱風(fēng)輸送稻殼，摻燒比例為20%時，鍋爐效率下降1.3%，
5、結(jié)論
    (1)為接近實際操作，使燃煤電站摻燒稻殼易于進行，應(yīng)不改變現(xiàn)有制粉系統(tǒng)和燃燒器結(jié)構(gòu)，從輸送系統(tǒng)安全性的角度考慮，建議稻殼的輸送風(fēng)溫為150~ 180℃；由于制備、儲存、輸送、結(jié)渣積灰、腐蝕、燃盡、環(huán)保等涉及鍋爐安全和經(jīng)濟的問題尚未很好解決，因此，摻燒稻殼比例不宜超過15%。
    (2)隨著摻燒稻殼比例的增加，排煙溫度升高，鍋爐效率下降；提高輸送稻殼風(fēng)溫，可降低排煙溫度，提高鍋爐效率。當摻燒比例達到20%，20℃冷風(fēng)輸送稻殼時，排煙溫度升高最大，達到27.1℃，鍋爐效率下降1.65%；當摻燒比例達到20%，采用200℃熱風(fēng)輸送生物質(zhì)，排煙溫度升高21.3℃，鍋爐效率下降1.3%。
    (3)隨著摻燒稻殼比例的增加，煙氣量增加，理論燃燒溫度降低，爐膛出口煙溫升高，煙氣中飛灰濃度降低，水蒸氣容積份額增加；當摻燒比例20%時，煙氣量增加2%一3%，飛灰濃度降低0. 0012 kg/kg，水蒸氣容積份額增加1.02%，理論燃燒溫度降低21℃，爐膛出口煙溫升高9℃，對爐膛輻射換熱和受熱面對流換熱影響不大。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。