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孟豐平，樓錦杰
(金華市特種設(shè)備檢測(cè)中心，金華321015)
摘要：分析了金華地區(qū)發(fā)生的數(shù)例層燃燃煤鍋爐改燒生物質(zhì)燃料引起的后管板滲漏事故的原因：DZL型層燃燃煤鍋爐改造為燒木屑、稻殼等生物質(zhì)燃料后，燃燒由層燃為主變?yōu)槭胰紴橹鳎仩t的爐膛形狀、結(jié)構(gòu)及受熱面布置將不能適應(yīng)生物質(zhì)燃料燃燒要求。提出了一些預(yù)防及改進(jìn)措施，例如可增加爐膛容積、設(shè)置前置燃燒室或者在爐膛內(nèi)增加輻射受熱面和對(duì)流受熱面，減小爐膛出口的喉口面積等。
0前言
近幾年，隨著煤炭?jī)r(jià)格的不斷上漲，為了降低生產(chǎn)成本，金華地區(qū)許多企業(yè)直接利用原有的層燃燃煤鍋爐改燒木屑、木柴、秸桿、稻殼等生物質(zhì)廢棄物，不僅減少了燃料費(fèi)用，而且減少了SO2的排放，同時(shí)解決了這些廢棄物的處理難題，具有很好的節(jié)能環(huán)保效益。但是也有一些層燃燃煤鍋爐改造為燃用生物質(zhì)燃料后，由于種種原因，陸續(xù)發(fā)生了一些事故，其中，較常見(jiàn)的是DZL型鍋爐后管板滲漏事故。
本文通過(guò)對(duì)生物質(zhì)燃料的特性、生物質(zhì)燃料與煤的差別、生物質(zhì)燃料對(duì)燃燒設(shè)備的特殊要求的了解，分析層燃燃煤鍋爐改燒生物質(zhì)燃料引起的事故原因。
1事故概況
2008年9月，金華市特種設(shè)備檢測(cè)中心對(duì)金華地區(qū)DZL型鍋爐的后管板滲漏事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)原先后管板滲漏事故大多是由于鍋爐失水或水處理不良引起，但隨著近幾年層燃燃煤鍋爐改燒生物質(zhì)燃料情況的增多，有許多鍋爐后管板滲漏產(chǎn)生的原因有了新變化，現(xiàn)列舉較典型的幾個(gè)事故案例加以說(shuō)明。
第一例是某工藝相框廠2005年3月安裝投運(yùn)的一臺(tái)DZL 4—1.25一M型鍋爐。該鍋爐主要燃用本廠廢棄的木片、木屑、刨花等燃料，2006年8月鍋爐的后管板高溫側(cè)焊接煙管端部產(chǎn)生裂紋，多處已裂至管板，引起滲漏，鍋爐被迫報(bào)廢。第二例是某縣洗衣廠2007年10月安裝投運(yùn)的一臺(tái)DZL 4一1.25一AⅡ型鍋爐，該鍋爐燃用制衣廠廢棄的布片、廢紗等，投運(yùn)后鍋爐的后管板高溫側(cè)脹接煙管多次滲漏，復(fù)脹后超脹嚴(yán)重，無(wú)法補(bǔ)脹，2008年7月不得不更換了全部高溫側(cè)煙管，并將與管板連接方式由脹接改為焊接。第三例是某造紙廠2006年6月安裝投運(yùn)的一臺(tái)DZL 4—1.25一AⅡ型鍋爐，該鍋爐燃用鋸板廠的木屑，投運(yùn)后鍋爐同樣出現(xiàn)后管板高溫側(cè)脹接煙管多次滲漏、復(fù)脹后超脹嚴(yán)重?zé)o法補(bǔ)脹的問(wèn)題，2007年10月不得不把煙管與管板連接方式由脹接改為焊接，但是2008年6月又發(fā)現(xiàn)煙管與管板焊縫多處產(chǎn)生裂紋而滲漏。
這幾起事故的鍋爐均為DZL型蒸汽鍋爐，原設(shè)計(jì)為層燃燃煤鍋爐，都是由用戶(hù)自行改燒生物質(zhì)燃料；事故滲漏部位也都為鍋爐后管板高溫側(cè)脹接煙管(或焊接煙管)與管板連接處，連接處產(chǎn)生了嚴(yán)重的裂紋甚至引起管板開(kāi)裂；進(jìn)一步分析還發(fā)現(xiàn)，滲漏煙管在后管板高溫側(cè)的具體位置不同，上下、左右不一，而且沒(méi)有一定規(guī)律，這些事故與鍋爐失水有明顯區(qū)別。
2事故原因分析
由于生物質(zhì)燃料燃燒過(guò)程與煤存在差異：生物質(zhì)燃料密度小，結(jié)構(gòu)松散，揮發(fā)分含量高，揮發(fā)分在250—350℃溫度下大部分析出；揮發(fā)分析出后疏松的焦炭容易隨著氣流進(jìn)入煙道，所以通風(fēng)不能過(guò)強(qiáng)；揮發(fā)分燃盡后，受到灰燼包裹的焦炭較難燃盡。所以生物質(zhì)燃料鍋爐的設(shè)計(jì)要結(jié)合生物質(zhì)燃燒的特點(diǎn)，如爐膛容積要大，燃燒擾動(dòng)要充分，爐膛內(nèi)受熱面布置要充分。為了保證鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，鍋爐本體各部分形狀、尺寸、相對(duì)位置都有一定要求，并且在受熱面的某些部位還應(yīng)保證一定的煙氣和工質(zhì)參數(shù)，諸如溫度、壓力、流速等，其中，爐膛形狀和容積大小對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有很大影響。
目前，許多企業(yè)都直接利用DZL型層燃燃煤鍋爐燃燒生物質(zhì)燃料，由于其原有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不適應(yīng)生物質(zhì)燃料，會(huì)產(chǎn)生許多問(wèn)題，如：爐膛容積過(guò)小，容積熱負(fù)荷過(guò)大；爐膛出口溫度過(guò)高；煙氣量增加、流速過(guò)快，熱交換過(guò)強(qiáng)等。
2.1爐膛容積過(guò)小。容積熱負(fù)荷過(guò)大
在工業(yè)鍋爐中，爐膛容積熱負(fù)荷是燃燒設(shè)備的主要特性參數(shù)之一，所謂爐膛容積熱負(fù)荷qv是指單位容積爐膛所能發(fā)出的功率，或單位爐膛容積在單位時(shí)間內(nèi)燃料燃燒放出的熱量。對(duì)于層燃爐來(lái)說(shuō)，由于燃料的熱量主要在爐排面上放出，所以從燃燒的角度看，爐膛容積熱負(fù)荷只是一個(gè)控制性的指標(biāo)，爐膛容積大小并不是影響燃燒效率的主要因素。但是對(duì)于室燃爐來(lái)說(shuō)，爐膛容積熱負(fù)荷就十分重要，它影響著燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間和爐膛的出口溫度。
爐膛容積熱負(fù)荷取得過(guò)高即爐膛容積設(shè)計(jì)得過(guò)小，燃料就會(huì)來(lái)不及燃盡就排出爐膛，過(guò)小的爐膛容積還會(huì)使受熱面的布置產(chǎn)生困難，減小爐內(nèi)的輻射換熱量，導(dǎo)致?tīng)t膛出口溫度過(guò)高。
生物質(zhì)燃料密度小、揮發(fā)分高，特別是木屑或稻殼等粉碎性燃料燃燒時(shí)燃料處于懸浮狀態(tài)，燃燒主要在爐膛空間進(jìn)行；DZL型鍋爐作為層燃燃煤鍋爐改燒生物質(zhì)燃料后成了室燃鍋爐。根據(jù)我國(guó)工業(yè)鍋爐專(zhuān)家的推薦，層燃鍋爐的爐膛容積熱負(fù)荷一般為230—350kW／m3，而小型室燃鍋爐的爐膛容積熱負(fù)荷一般要求為140—260kW／m3，這樣同一臺(tái)層燃鍋爐在同樣負(fù)荷條件下改為室燃鍋爐，其爐膛容積熱負(fù)荷要比推薦值大一倍左右，結(jié)果必然造成爐膛溫度升高，導(dǎo)致?tīng)t膛結(jié)渣，結(jié)渣后爐膛容積更小，爐膛溫度更高，形成惡性循環(huán)。另一方面爐膛容積熱負(fù)荷過(guò)高，燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間縮短，許多焦粒和炭黑無(wú)法燃盡，還會(huì)造成整個(gè)火界后移，甚至引起尾部受熱面部位二次燃燒。
2.2爐膛出口溫度過(guò)高
2.3煙氣量增加、流速過(guò)快。熱交換過(guò)強(qiáng)
由于生物質(zhì)燃料熱值較低(約為煙煤的一半)，在同樣負(fù)荷條件下鍋爐的實(shí)際燃料消耗量和所產(chǎn)生的煙氣量也相應(yīng)增多；隨著煙氣流量增加，煙氣流速也將加快，對(duì)鍋爐受熱面的沖刷、擾動(dòng)，強(qiáng)化了對(duì)流換熱，導(dǎo)致鍋爐局部受熱面熱交換過(guò)強(qiáng)。
由上述分析可知，DZL型層燃燃煤鍋爐改燒木屑、稻殼等生物質(zhì)燃料后，燃燒狀態(tài)將由層燃為主變?yōu)槭胰紴橹鳎仩t的爐膛形狀、結(jié)構(gòu)及受熱面布置將不能適應(yīng)生物質(zhì)燃料燃燒要求，從而產(chǎn)生各種不良后果。DZL型層燃燃煤鍋爐運(yùn)行時(shí)，后管板經(jīng)歷著高溫?zé)煔獾妮椛洹?duì)流和熱傳導(dǎo)的復(fù)雜過(guò)程；改燒生物質(zhì)燃料后爐膛出口煙溫更高、后管板部位輻射換熱更強(qiáng)，加上煙氣流量增加流速變快，后管板煙管部位對(duì)流換熱強(qiáng)化，后管板的熱交換就會(huì)過(guò)強(qiáng)，溫度就會(huì)過(guò)高。如果鍋爐本身還存在質(zhì)量問(wèn)題，例如鍋爐制造(或修理)時(shí)焊接煙管未經(jīng)預(yù)脹，與管板管孔間隙過(guò)大，焊接質(zhì)量較差焊接殘余應(yīng)力過(guò)大；一旦水處理不良受壓部件水側(cè)就會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢等缺陷，引起鍋爐后管板高溫側(cè)超溫而產(chǎn)生滲漏事故。
3預(yù)防改進(jìn)措施
為了避免DZL型層燃燃煤鍋爐改燒生物質(zhì)燃料后頻繁發(fā)生事故，鍋爐的改造可增加爐膛容積，考慮設(shè)置前置燃燒室或者在爐膛內(nèi)增加輻射受熱面和對(duì)流受熱面，還可以減小爐膛出口的喉口面積，在出口部位裝設(shè)向前吹的二次風(fēng)，增加燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，加強(qiáng)擾動(dòng)使焦炭燃盡。另外還應(yīng)當(dāng)減小鼓風(fēng)量，防止鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行。
上述是筆者對(duì)DZL型層燃燃煤鍋爐改燒生物質(zhì)燃料的一些建議，要從根本上解決問(wèn)題，還是要針對(duì)生物質(zhì)燃料的特性，開(kāi)發(fā)適應(yīng)各類(lèi)生物質(zhì)燃料的專(zhuān)用鍋爐，以實(shí)際行動(dòng)貫徹國(guó)家節(jié)能減排政策。 |
