锅炉技术发展趋势——燃料结构

(1)油气燃料的比例

我国对工业锅炉的燃料政策在1990年以前主要倾向于以煤为主,例如1988年底,国家煤代油办公室还发出名为以煤代油､节油的奖励办法和补贴标准的文件｡但近年来,由于高层民用建筑的发展､高新经济技术开发区的建设､环保要求的提高以及我国勘探到的天然气和煤层气储量的增加和我国进口能源政策的拓宽都促使工业锅炉中燃油和燃气的比例相应提高｡

采用燃油或燃气工业锅炉不仅可以提高锅炉热效率,而且对于改善烟气排放污染物具有显著效果｡一般来说,在炉内释放相同热量的条件下,燃煤排放的烟尘量约为燃油的11倍,为燃气的500倍;燃煤排放的SO2量约为燃油时的3倍,为燃气时的4000倍;燃煤排放的 NOx量约为燃油时的3倍和燃气时的4倍｡由此可见,采用燃油特别是燃气工业锅炉对改善环境的作用是显著的｡因此,在人口密集的大中型城市中采用燃油特别是燃气锅炉是我国工业锅炉发展的一种必然趋势｡新兴产业开发区或宾馆､酒店等高级民用建筑,虽无相应法规限制,但受到环境､场地空间以及人力等因素的影响,也采用了燃油(气)锅炉作为采暖和卫生热水的主要热动力设备｡许多流动性较大的单位,如高速公路的建设单位,也采用燃油加热炉｡人们对燃油(气)锅炉的认识和观念已有很大转变｡

(2)垃圾能源化

20世纪90年代以来,世界主要工业国家的城市垃圾量每年以8%~10%的速度递增,全世界城市垃圾量已达到每年72亿t,严重影响了人类的生存环境,也困扰了城市的发展｡对垃圾的更进一步处理,就是将垃圾能源化｡这已成为当前世界处理垃圾的热点,其中以垃圾为燃料的垃圾锅炉也成为锅炉制造业中的热点｡据经验,垃圾发热量大于3300kJ/kg(800kcal/kg)时就可以自然方式焚烧｡因此,大多数城市的垃圾完全可以自然焚烧,也就为垃圾能源化具备了基本条件｡

垃圾能源化主要有两条途径｡首先是垃圾在炉膛内燃烧,释放出热量｡如木质､纸质等都可以直接燃烧,发热量达16000kJ/kg;其它的工业垃圾,如塑料､橡胶等在炉膛中是通过热分解成可燃气体(含有体积分数45%～60%CH4､35%～40%CO和O2､H2､H2S等)再燃烧｡这是垃圾能源化的最主要方式｡其次是少量的有机生活垃圾,如厨余等可由厌氧细菌进行生物分解,产生沼气,再在锅炉内燃烧｡1kg有机生活垃圾可产生0.19～0.50m³的沼气｡垃圾在锅炉中直接燃烧是各国垃圾能源化的主要手段｡目前尚存在的难题是受热面管子的高温腐蚀,其中主要是塑料等垃圾中的Cl和Na､K等元素对金属的腐蚀;以及不可燃物质从炉内的排出问题｡各国所采用的炉型繁多,但主要有流化床燃烧锅炉､回转窑式锅炉和机械炉排锅炉等三种｡

采用流化床燃烧锅炉时,垃圾需进行预分选和破碎,然后送入流化床内燃烧,床温控制在800～900℃｡此类锅炉预处理费用高,炉前易臭味外逸,影响环境｡

回转窑式锅炉的燃烧设备为缓慢旋转的回转窑,直径4～6m,长10～20m,倾斜放置｡转窑内壁衬耐火材料或布置水冷壁受热面｡垃圾由一端送入,先由热烟气对其进行干燥,达到着火点即燃烧｡随着筒体转动,垃圾得到及时翻动,直至燃尽｡窑内排出的高温烟气引至二次燃烧室,与二次风混合后燃尽｡二次燃烧室温度为1000～1200℃｡回转窑式锅炉的设备费用低,用电也省｡

机械炉排锅炉是目前用得最广泛的一种垃圾锅炉,其关键是炉排的结构和布置｡炉排片一般用高铬钢浇铸后精加工制成,布置成水平或倾斜(15°～26°)｡炉排可分为预热段､燃烧段和燃尽段,并由固定炉排和运动炉排相隔组成｡炉排热负荷为1200～2000MJ/(㎡·h),炉膛热负荷为330～420MJ/(m³·h),垃圾燃烧速度为280～400kg/(㎡·h)｡

由于垃圾锅炉的蒸汽参数较低,机组的发电效率也较低,一般仅为10%～15%｡上世纪90年代以来,各国大力发展超级垃圾发电系统,垃圾锅炉的蒸汽参数提高到3.5～4MPa､350～450℃,使机组的发电效率提高到20%以上｡