浅析生物质（鸡粪）锅炉设计与应用

李春雨

摘 要：党和国家高度重视改善生态环境，解决能源紧缺，使国民经济和人民生活水平走上可持续发展的良性循环道路，这些问题也是当前的热点、焦点和难点，生物质发电正是解决这些问题的关键之一。按科学发展观要求，利用可再生能源——生物质能发电作为一个产业来发展，尽快推动生物质发电规模化、市场化和产业化是当务之急。

关键词：鸡粪锅炉；生物质发电；设计与应用

中图分类号：TK222 文献标识码：A

一、生物质发电的起源和发展

随着经济的飞速发展，人类对能源的需求也越来越大，開始对风能、生物质能等可再生能源进行探索。以生物质为例，目前国内单机容量最大的生物质能发电机组已经达到30MW，未来可能更大规模机组将会出现，由于我国的生物质资源分布较广，种类较多，主要品种有：树皮、树枝、秸秆、稻壳、木屑、竹屑等，这些以燃烧农林废弃物为主的生物质发电机组依托于国家的产业政策近几年在国内得到了快速发展。

二、燃烧鸡粪发电技术的探索

随着人民生活水平的不断提高，鸡肉类消费量逐渐攀升，肉鸡养殖规模化、产业化、大型化的龙头企业逐渐取代了传统小规模养殖模式，以福建某大型肉鸡饲养企业为例，一羽肉鸡从破壳到出栏生长周期内所产生的鸡粪废弃物约1.7kg左右，一个养殖规模年产2.5亿羽肉鸡的大型企业每年产生的鸡粪约42.5万t，国内某大型肉鸡养殖企业早在2000年之后就已经开始探索利用鸡粪发电的可行性研究。传统上，家禽的排泄物仅仅被用作农业肥料，但是过多的家禽粪便却往往容易造成问题，因为家禽粪便中的磷和硝酸盐会造成水源的污染。美国费博罗瓦特公司是一家专门利用可再生能源的公司，它成立于1989年，并在1990年到1998年间在英国首先建立了三个利用家禽粪便做燃料的发电厂。2005年5月，位于宫崎县川南町的一家生物发电厂开始运转，成为当时日本国内少数利用鸡粪发电的大型生物发电厂之一。中国国内第一个以鸡粪为燃料的生物质发电厂于2007年12月24日在福建光泽县开始兴建，2009年4月投入运行。鸡粪发电厂的投产不仅解决了环境污染而且增加了企业的经济效益。2013年1月福建浦城又再次建设了中国第二家鸡粪生物质发电厂，项目2014年6月17日投产，2×15MW机组投产运行后每年可向当地电网提供1.73亿千瓦时电量，有利于满足当地经济快速发展的需求。

三、鸡粪生物质锅炉的设计与应用

1 循环流化床鸡粪锅炉的优点

鸡粪锅炉沿用了循环流化床燃烧技术，在环保方面得到了很大的优势，采用了低温燃烧和分段送风有效的降低了燃烧中产生的NOx和SO2，由于鸡粪燃料中成份特殊，燃烧后的烟气中所含的有害物质温室气体大大降低，是常规燃煤流化床机组20%～30%，远远低于国家规定的排放标准，是节能减排非常好的项目。另外，鸡粪锅炉的燃烧副产物灰渣中含有较高的磷、钾等有机物质，可作为磷肥或复合肥的优质原料。

2 鸡粪锅炉的设计与改进

第一代鸡粪锅炉主要解决了有无，第二代鸡粪锅炉通过设计和改进重点解决了第一代鸡粪锅炉运行过程中出现一些问题，以福建浦城电厂第二代鸡粪锅炉为例主要体现在以下方面：①对燃料制备系统进行了重新设计和改进；通过增加燃料筛分和破碎设备在燃料入厂后进行了有效筛分和破碎，使燃料粒径和浓度梯度更符合锅炉设计要求，解决了后续锅炉给料设备经常被大块异物卡死导致给料设备损坏、大块炉渣堵塞放渣口造成放渣困难，锅炉流化异常造成结焦。②对锅炉受热面进行了重新设计和改进；在第一代鸡粪锅炉的基础上增加了蒸发受热面的布置，加高了炉膛高度，使炉内燃烧工况更加稳定，有效减少了后燃，大大改进了换热面积。有效的提高了锅炉的出力。③对返料系统旋风分离器进行了重新设计和选型；由原来的绝热旋风分离器改为汽冷旋风分离器，在保证分离效率的前提下使进入旋风分离器的这部分热烟气充分和受热面进行换热，减少了返料器和炉膛内物料超温导致的结焦。④正确选用尾部烟道吹灰设备；通过选择高效稳定的脉冲吹灰系统，对重点部位进行增加吹灰器数量，有效的改善了锅炉尾部积灰，大大延长了锅炉运行周期。⑤对省煤器进行了改造，增加了省煤器蒸发受热面积有效降低了排烟温度。⑥对空气预热器进行了改造，材质由原来的20G钢材更换为304钢材，更换管子改造后，空气预热器部位的烟气腐蚀大大降低，减少了漏风，提高了锅炉热风温度和机组效率。

结语

鸡粪锅炉在生物质发电厂建设过程中经历了从无到有，从设计不成熟到设计逐步成熟，离不开使用单位和设计单位各级技术人员的长期沟通和交流，又因为鸡粪燃料特殊的燃料性质，和特殊的烟气成分使得尾部烟道内各受热面的积灰因素变得较为复杂，因而制约生物质（鸡粪）锅炉的几个问题：如出力不足、烟道积灰、运行周期等问题仍然需要在不断探索中完善。

五、个人关于生物质（鸡粪）锅炉在设计时的两点建议

1 出力不足的应对措施

增加炉膛水冷壁蒸发受热面；生物质燃料灰的熔融特性，使得炉内的燃烧温度一般控制都比较低，比常规燃煤锅炉的炉内燃烧温度要低100℃～150℃，因此，如果相同蒸发量的生物质锅炉和燃煤锅炉受热面设计一样大，由于燃烧温度的不同换热强度也不同，最后必然导致出力不足。根据已经投产的生物质锅炉改造前的状态和改造后的状态对比，打掉炉膛内局部的浇注料后增加了炉膛受热面积效果很明显，因此，生物质锅炉的炉膛蒸发受热面积受燃料水分影响因素要比常规燃煤循环流化床锅炉多布置一些才能达到设计出力。

2 烟道积灰和运行周期短的应对措施

认真化验烟气中的成分的结晶温度是正确应对积灰和运行周期短的有效措施，重点部位增加吹灰器数量及吹灰频次。炉膛出口烟道到锅炉尾部空气预热器烟道其积灰的机理通过观察分析来看，主要是受烟气中碱性结晶体的影响，在换热温差较大的过热器和空气预热器部位表现尤为明显，一方面烟道两侧烟气流速相对较低，另一方面两侧的温度相对较低，容易导致积灰形成。要彻底解决鸡粪锅炉尾部积灰，笔者认为从中找出该类物质在哪些温度段容易结晶和凝结，只有在掌握了该类物质的化学特性才能在设计和新工艺、新材料上进一步完善提高鸡粪锅炉的设计和应用。

参考文献

[1]辽宁省电力工业局.锅炉运行[M].北京：中国电力出版社，1994.