循环流化床锅炉掺烧沼气改造对锅炉性能的影响
摘要：热电厂为了充分利用公司环保处理后产生的沼气，对5台130t/h和3台260t/h循环流化床锅炉进行了技术改造，在锅炉两侧墙增加沼气管道进行掺烧。不仅达到了节煤的效果，而且解决了生化公司剩余沼气的对空排放带来的环境污染，并取得了明显的社会效益和经济效益。
1前言
随着社会对能源需求的日益增长，作为主要能源来源的化石燃料却迅速地减少。利用废气发电、供热是能源再利用的一种重要方式之一。沼气的主要成分是甲烷，最新研究显示，甲烷的温室效应是二氧化碳的23～25倍，所以甲烷的直接排放会造成环境污染，增加温室效应。沼气本身是具有较高热值的可燃气体，所以沼气的燃烧利用即是能源的再利用也是减少污染物排放的很好途径。涂山热电厂利用公司环保处理的产物沼气（日产生沼气20000m3）通过对锅炉进行改造后掺烧。
2 锅炉主要参数及设计燃料
我厂5台130t/h和3台260t/h循环流化床锅炉为上海和东方锅炉厂生产，型号：SG130/3.43-mM2、DG260/9.81-2
2.1.1锅炉主要性能参数
2.1.2 设计煤质资料
燃用烟煤
3 锅炉掺烧沼气设计方案与实施
3.1设计方案
3.1.1可行性
环流化床燃烧具有以下特点：：（1）、在处理大量易挥发性物质时（如酒精业的沼气、含油质的废弃物体）、也不会有引起爆炸的危险。（2）、不会产生急冷或急热现象。（3）、易于实现对有害气体SO2和NOX等的控制，还可获得较高的燃烧效率等。（4）、沼气在循环流化床锅炉中混烧可以较好的改善原有的燃烧环境，提高煤的燃尽率。
3.1.2 结构设计
（1）、沼气的特性
有机物在厌氧条件下经微生物分解发酵而成的一种可燃性体，其主要成份是甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2），通常情况下，沼气中的甲烷（CH4）含量为50%～70%，二氧化碳（CO2）含量为30%～40%，其它气体含量很少，热值在21520KJ，约相当于1.45m3煤气或0.69m3天然气的热值。
料中有些气体成分，当它们与空气达到一定的混合比例时，就可能达到爆炸极限范围，甲烷的爆炸浓度范围为5%～15%。
（2）、设计方案
烧器的设计：
循环流化床锅炉内气固两相流动特性和湍流燃烧特性与层燃锅炉不同，在传统理论计算的基础上，应用商用软件Fluent对实际燃烧流动情况进行了计算机模拟，对燃烧器进行了结构优化。
系统设计：
气的不稳定性，为保证燃烧器持续可靠工作，本系统设计使用增压稳压系统，适应沼气产生量的波动，同时提供稳定压力的气源输送锅炉中。设置压力监控装置随时调节供气压力及供气流量。
系统安全：
回火燃烧器、回燃控制阀门、增压稳压系统内的防回火设备。
3.1.3自动控制
阀门仪表监控设备
考虑到系统安全性，在每个燃烧器上加装探头，监控火焰，防止回火；一旦发生回火，探头通过传感器将沼气输送控制阀门立即关闭，保证系统安全。
3.1.4 构成
沼气系统包括增压稳压系统、输送系统、燃烧系统及控制系统等设备组成。
1、增压稳压系统
沼气输送及燃烧需要相对稳定的气压，并起到安全保护作用，增压稳压系统针对用户具体情况设计制造。水封罐是沼气系统中重要的组成部分之一，水封罐设计的合理性直接影响着系统的稳定和安全性能。
2、燃烧器
燃烧器是针对循环流化床锅炉燃烧特性、运行参数及沼气特性单台设计。做到完全燃烧所供沼气，运行稳定可靠，免维护，寿命可达30年。
3、阀组
采用沼气专用的阀门，适应沼气的特殊要求。
4、控制系统
控制采用PLC程控系统，结合电厂DCS系统，实现了远程控制。
3.2 实施
以不改变锅炉原设计为原则，在炉膛两侧墙标高15米处用让管布置φ300沼气燃烧器口，并在每个支路上安装有阻火器、电磁阀、调压阀、过滤器、电动球阀等控制、安全部件。沼气的混燃风管道φ273取锅炉自一次热风，其管路上配有手动蝶阀和手动调阀来控制混燃风量（图1）。
4经济效益分析
按20000m3 /d计算，沼气热值以5000Kcal/N m3计算，则每天利用沼气提供的热量折合当地5000大卡/千克的煤为：20000立方沼气相当于燃烧20吨煤，以每吨850元计算则相当于每天直接节省1.7万元，年直接节省620.5万元。
混烧沼气后可以降低灰渣的排放量，减少设备磨损，同时可以提高锅炉燃烧效率，降低灰渣含碳量。
所以该项目投资可在短期内收回，投资回收年限=投资总额258万元/620.5万元=0.42年。
解决企业自身污染问题并可享受当地政府的特殊政策。
5结论
循环流化床不能锅炉利用混燃技术掺烧沼气具有以下优点：1、低污染性：SOx、NOx排放浓度低，循环流化床锅炉还可实现炉内脱硫；2、沼气作为燃料混烧时，可以完全使甲烷完全燃烧，大大减轻温室效应。3、沼气的投入可以替代相应的煤，减小燃料成本，并且能够促进煤的燃尽，从而达到节能的效果。4、投资少见效快，沼气直接燃烧，无需复杂的前处理设备和昂贵的燃气轮机投资。
参考文献：
[1]尹莉等，东锅《DG260/9.81-2 型锅炉说明书》
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