一台180蒸吨甘蔗渣锅炉的设计

冼剑明

【摘 要】因甘蔗渣锅炉具备降低成本、节省投资且满足企业生产发展对动力的需求的特点，所以一直是制糖企业不可或缺的设备之一。文章结合甘蔗渣的综合利用现状和燃烧特性，就锅炉的燃烧特点与结构特点两大部分，对一台180蒸吨中压蔗渣锅炉的部分设计要点进行分析，对锅炉的结构参数和燃烧方式进行专业性的设计，从而达到环保、提高资源利用率、降低生产成本的目的。

【关键词】甘蔗渣锅炉；设计；燃烧；结构

【中图分类号】TK229.91 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）01-0025-03

广西是我国糖类生产大省之一，也是全国主要的蔗糖生产基地。甘蔗种植面积占全国的56%，总产量占全国的63%，在全国蔗糖生产格局中占据重要地位，蔗糖产业已经成为广西国民经济的支柱产业和富民产业。广西制糖企业正是利用了这个地理优势、生产效率优势、生产成本优势而发展起来的。在制糖生产工艺中，工厂每生产1 t白砂糖，大概能产生2 t的甘蔗渣。而甘蔗渣中包含有32%～48%的纤维素、19%～24%的半纤维素、23%～32%的木质素及约4%的灰分。甘蔗渣中的纤维素是一种十分重要的可再生资源，甘蔗糖厂可直接把其作为锅炉燃料，用于燃烧产生蒸汽投入生产环节，作为制糖的能源供应。但是，甘蔗渣作為一种含碳类燃料，燃烧过程若不理想则会产生大量烟尘造成环境污染和能源的浪费。因此，我们需要对锅炉的结构参数和燃烧方式进行专业性的设计，从而达到环保、提高资源利用率、降低生产成本的目的。

广西梧锅锅炉制造有限公司从事甘蔗渣锅炉研究和制造已有多年，产品技术已趋于成熟，在国内、东南亚一带具有较强的竞争力。目前，该公司已研制出75蒸吨、90蒸吨、130蒸吨、150蒸吨和180蒸吨等系列甘蔗渣锅炉，且运行记录良好。公司新近开发了一台180蒸吨中压甘蔗渣锅炉，正是针对广西地区的甘蔗渣燃料特性参数设计的，下面就该炉结构的部分设计要点展开阐述。

锅炉的主要技术指标见表1；锅炉的基本结构如图1所示。

1 锅炉的燃烧特点

本锅炉设计的燃料为甘蔗渣，所在地区使用的蔗渣的元素组成质量分数为碳22.05%、氢3.05%、氧23.9%、氮0.1%、硫0%，灰分质量分数为0.9%，挥发分为50%，水分为44.4%，蔗渣的低位发热值为7 536 kJ/kg。针对这种高水分、高挥发分、低发热值的生物质燃料，本锅炉采用室燃层燃双重燃烧方式。

燃烧系统由蔗渣给料器、全密封可调式铸铁蔗渣喷播器、带蒸汽吹渣固定炉排组成。本锅炉在炉膛前墙下部共布置了6台宽度为600 mm的蔗渣喷播器。采用的蔗渣喷播器为全密封可调式蔗渣喷播器，喷播器关键部位采用耐热铸铁铸造，使用寿命得到延长。同时，可以手动调节蔗渣喷播的角度，使蔗渣能均匀地分散在炉排上，减少蔗渣在炉排面上的堆积，有利于蔗渣在炉排面上的干燥与及时着火燃烧。为了大幅度地减少冷风从落渣管大量进入炉膛，避免降低炉膛温度、恶化燃烧、增加电耗和降低锅炉效率，在炉前落渣系统上需布置6台蔗渣给料机。本锅炉的炉排采用带蒸汽吹渣系统的倾斜式固定炉排，从炉后面向炉前面倾斜5°。燃烧系统和底部燃烧室炉墙通过底部的9根钢柱独立支撑，与锅炉构架分开。炉排片通过紧固件固定在炉排构架的横梁上，炉排构架上支持炉排片的连接均采用螺栓连接，可有效抵消受热后的膨胀，减少炉排支架的变形，延长部件的使用寿命。炉排底部用钢板分隔成左、右各5个共10个风室，可以根据炉排面上的燃烧工况调整各个燃烧区的进风量。吹渣系统的蒸汽采用减温器后的过热蒸汽。系统横向分为6个区域，纵向分为3个区域，共分为18个区域。运行中，每启动一个吹渣区域，只影响负荷的16%左右。因锅炉的主要燃料为蔗渣，大颗粒较少，所以设计通过炉排的底风量（热风）约55%，通过两侧进风的方式分别进入炉排底部各个风箱。设计提供给蔗渣喷播器的喷播风量约4%，并采用热风喷播，采用2台喷渣风机，每台喷渣风机控制3台蔗渣喷播器。炉底风和喷渣风主管均设计采用等压风管，提高了进风的均匀性。为了实现分级燃烧，减少CO、NOx的含量，提高燃烧效率，本锅炉设计了4层二次风，其中炉膛后墙下部布置3组，前墙上部布置1组。炉前二次风风量约8%，炉后各层二次风风量约11%。为了避免在炉膛出口后的水平对流烟道上积灰，在该部位设计布置了集灰装置。同时，将该部分飞灰通过风送的形式送回炉膛内继续燃烧，以减少燃料未完全燃烧的损失，提高锅炉的燃烧效率。

2 锅炉的结构特点

本锅炉为室外半露天布置、自然循环单锅筒锅炉，采用“∏”形布置钢构架，其锅筒、膜式水冷壁炉膛、对流过热器、顶棚过热器、炉膛出口对流烟道、膜式壁转向室均悬吊在顶板梁上，尾部烟道的省煤器和空气预热器支承于钢架柱和梁上。炉膛前墙下部布置蔗渣喷播器，辅以带蒸汽吹渣的倾斜固定炉排组织燃烧，利用蒸汽除渣。过热器采用辐射、对流串联布置，分三级布置，高温对流过热器与低温对流过热器之间布置喷水减温器，省煤器和空气预热器布置在尾部竖井内，交错布置。尾部竖井沿宽度方向分割成2个独立竖井，一方面可缩短省煤器蛇形管的长度，增强其刚性，同时有利于布置空气预热器管箱，以便与2台风机配合连接。

炉膛横截面呈长方形，四壁布满膜式水冷壁，管子规格为φ60 mm×5 mm，膜式壁集箱规格为φ219 mm×16 mm。后墙水冷壁上部在炉膛出口处拉稀为4排凝渣管，可降低炉膛出口温度，减轻后面过热器的结焦、积灰现象。对流烟道的顶部为顶棚过热器，采用膜式壁的形式。对流烟道的侧墙为膜式水冷壁包墙。为了增加炉膛辐射受热面积，降低炉膛出口温度，避免在炉膛出口对流受热面上产生大量的结焦、积灰现象，在炉膛前墙上部设计了8屏垂直于前墙的光管水冷屏。水冷屏管子的规格采用φ38 mm×3.5 mm。为了减少热偏差，炉膛前、后水冷壁设计成各4个独立循环回路，炉膛两侧水冷壁各设计成各3个独立循环回路，对流烟道、转向室两侧包墙膜式水冷壁各设计成各2个独立循环回路，8个水冷屏各组成一个回路，水冷系统共有26个循环回路。水冷壁供水采用集中下降管的形式。从锅筒引出4根φ377 mm×18 mm的集中下降管，从集中下降管再引出分散下降管，分别向各水冷壁及水冷屏供水。为了有利于着火和燃烧稳定，燃烧区域的水冷壁上设计了合理的卫燃带区域。炉膛前膜式壁下部向后延伸形成前拱。该设计延缓了蔗渣尤其是蔗渣粉的上升时间，提高了火焰在炉膛内的充满度。

锅筒内径为φ1 600 mm，壁厚为42 mm，由Q345R钢板制成。锅筒内设计了给水分配、蒸汽分离、连续排污、炉内加药等装置。蒸汽一次分离系统采用60个φ290 mm旋风分离器，二次分离器采用9层8目18#镀锌钢丝网及一层多孔匀汽孔板组成的顶部分离器，可确保蒸汽品质。

过热器采用顶棚过热器、对流过热器、一级级喷水调温的系统，由高、低温两级对流过热器和顶棚过热器组成，以便灵活地调整过热器蒸汽的温度，减少热偏差。顶棚过热器布置在炉膛出口的对流烟道顶部，一直延伸到转向室后墙，为膜式壁结构。高温对流过热器位于炉膛出口折焰角上部，低温对流过热器布置在炉膛出口后的水平烟道中。膜式壁顶棚过热器管子的规格为φ51 mm×4 mm；低温对流过热器蛇形管规格采用双管圈φ38 mm×3.5 mm；高温对流过热器蛇形管采用双管圈φ42 mm×3.5 mm。高、低温过热器横向节距均为100 mm。减温系统采用一级中间喷水减温器，减温水为自制冷凝水，通过电动调节阀来调节减温水量的多少，可达到调节过热蒸汽温度的目的。

省煤器由高、低温两级组成。高温省煤器由1组组成，布置在竖井的最上部，低温省煤器3组布置在高温空气预热器的下部，均由光管制成，采用双管圈、双侧布置结构，以降低水速，增强省煤器蛇形管的刚性。

空气预热器采用管箱式结构，双级布置。上级（高温）空气预热器布置在高温省煤器后面，下级（低温）空气预热器布置在低温省煤器后面。上级空气预热器分为2组，每组管箱由孔板与φ51 mm×2 mm的无缝钢管制造成6个立式管箱。下级空气预热器采用空气单回程结构，管箱由孔板与φ60 mm×2 mm的考登管制造成6个立式管箱。烟气在管内纵向冲刷，空气在管外横向冲刷，为了防止空气预热器的振动和噪音，在每个管箱中都装有防震钢板，每个管箱和连通罩均留有檢查孔方便检查和清灰。

炉膛下部燃烧室周围炉墙采用重型炉墙结构，最外层为钢制护板，具有良好的耐火性、保温性、密封性。炉膛、对流烟道、尾部转向室炉墙采用轻型炉墙结构。

为了及时清除受热面上的积灰，确保锅炉安全运行，本锅炉在对流过热器、高温省煤器两侧均设计了脉冲吹灰器。炉排面上的大部分灰渣由蒸汽吹渣系统从炉排后部吹向前部，并进入炉前的落渣斗，然后由水力冲渣装置带出。炉排下部设计了灰斗，落灰分别进入其底部的冲灰沟，然后由水力冲渣装置带出。

3 结语

随着制糖企业的大型化，人们对能源的利用率、产品生产成本等的要求逐渐提高，甘蔗渣锅炉正是落实了国家节能降耗、减排的重要课题，其综合利用了甘蔗渣这种再生资源，在满足企业不断发展扩大对动力的需求和提高企业经济效益的同时，也减少了对环境的污染。

参 考 文 献

[1]梁冲，谭京梅，孙可伟.甘蔗渣的综合利用现状及展望[J].广西轻工业，2003（5）.

[2]冯俊凯，沈幼庭，杨瑞昌.锅炉原理及设计[M].北京：科学出版社，2003.

[3]刘湘秋.常用压力容器手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4]孙涛.锅炉工实用技术手册[M].江苏：科学技术出版社，2002.

[责任编辑：钟声贤]