0、前言
隨著化石能源的使用，使得環境問題日益加劇，資源逐漸枯竭，出于國家經濟安全和能源替代發展戰略及環境保護的考慮，生物質鍋爐的發展已得到了越來越多的重視，其發展空間越來越大。
山東一些地區木器加工業比較發達，其生成的邊角廢料及碎木屑大量堆積，所占場地很大，如不處理，容易引起火災，又占用大量土地，污染環境，同時木器生產過程中烘干等工藝需要大量蒸汽，如采用燃煤或燃油氣蒸汽鍋爐，一方面造成廢木料資源的浪費，另一方面又造成煤、油氣等大量的花費。
為此我們根據部分用戶要求，改造設計了一批燃木屑為主的生物質蒸汽鍋爐，不但解決了廢碎木屑的儲存處理問題，同時又為車間生產提供了必要的蒸汽。不但減少了購買煤炭或油氣的費用，同時減少了煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放，具有很好的節能環保效益。
同時木屑也可以通過木屑顆粒機、秸稈壓塊機、顆粒機來壓制成塊狀的或圓柱狀的生物質顆粒燃料那么其的利用價值將大大增加。
據調查，目前市場上存在的10 t/h左右的中、小型燃木屑生物質鍋爐均為DZL系列水火管鍋爐或SZL系列水管鏈條爐排鍋爐直接改燒生物質，它們沒有很好地考慮燃煤與燃生物質燃料的不同之處，尤其是燃料特性方面的差異，因而帶來了一系列安全經濟運行方面的問題，并且一部分還引起了爆燃事故。
1、設計分析
生物質燃料燃燒過程可分為三步：揮發分析出、炭及擇發分燃燒和炭的燃燒。生物質的燃燒與煤的燃燒過程不同之處在于：生物質中的水分對燃燒過程影響很大，甚至主宰整個燃燒過程，為了更好地組織生物質燃燒，需要將水分的干燥作為一個獨立的過程并在以下方面采取措施。
(1)采取加強燃燒，增加爐膛中部燃燒份額，布置一部分二次風，降低爐膛整體溫度，盡可能減少碳硅絡合物產生。
(2)抬高爐膛，增加一個大截面燃盡室，降低出口煙速，減少飛灰量，飛灰粒度。
(3)采用大傾角、低速運轉的往復爐排，延長燃料在爐內停留時間，并有利于浮灰向下移動。
(4)采用水冷短前拱，降低爐前溫度，調整爐前二次風量及一次給風量，控制爐前著火點。
(5)將燃料助力風布置在后拱上部的后墻上，使空中布灑燃料的落點在爐排前半部，并通過爐排的緩慢移動使燃料逐步向后移動，增加燃料在爐內停留時間，并使燃料中固定碳和碳硅絡合物在后拱中溫環境下燃盡，減輕燒結現象。
(6)對流受熱面設計在中溫中速下運行，減少磨損。
(7)采用帶旁通煙道的空氣預熱器，根據燃料及燃燒狀況通過調整旁通煙道的閘門來改變一次風的溫度，進而可調整排煙溫度，并幫助爐排面上燃料燃燒。
(8)合理組織二次風。爐排前加料斗二次風作用為均勻布料，控制爐排前部燃料著火點；爐膛前中下部二次風作用為均勻布灑燃料；后拱處二次風風量多，射程遠，主要作用為把燃料推向爐前，攪動爐煙，燃盡揮發物，降低爐溫。
2、鍋爐結構及主要特點
2.1鍋爐結構
根據前面的分析，我們將鍋爐結構確定為szw型往復爐排帶空氣預熱器的結構（見圖1）。
該型鍋爐為雙鍋筒縱置式A型布置組裝水管式蒸汽鍋爐，鍋爐分為上部本體和下部燃燒設備兩大部件。鍋爐上部本體由上、下鍋筒及連于左右集箱上的水冷壁和上下鍋筒間的對流管束構成，內部為耐火磚和耐火混凝土砌成的爐墻和前后拱；外部為鋼板骨架和蒙皮板，中間為保溫材料。
在爐排的選擇上，選用大角度傾斜式往復爐排，以滿足生物質燃燒后余灰輕而蓬松的特點，使之能輕松地送人灰巢內。傾斜式往復爐排與鏈條爐排最大的不同之處在于，燃料與爐排有相對運動，爐排片向后下方推動進，部分新燃料被推飼到已燃著的燃料上部，爐排片向前方返程時，又將一部分已燃著的燃料帶到尚未燃燒的燃料底部，如此反復，使燃料在著火準備階段的條件得到改善。爐排底部布置前段風室、中段風室和后段風室實現分段配風，爐膛前段安裝向上傾斜的前拱，爐膛后段安裝傾斜型的后拱。鍋爐在燃燒室后設置一個煙塵沉降室，以避免發生在鍋爐對流受熱面上的積灰（積灰是指溫度低于灰熔點的灰粒在受熱面上的沉積，多發生在鍋爐對流受熱面上）。在其后端上、下鍋筒之間布置密集的對流管束組成對流受熱面，在對流受熱面內火焰呈水平“S”路程繞行。
爐膛側墻開有爐門，可加塊狀木料和爐排面上清理灰渣；后拱上部有木屑進料口，其進料口為兩個下傾10。的咖219噴嘴，噴嘴伸入爐墻內壁200～250mm，為防止其被燒壞，噴嘴材料由耐熱不銹鋼制成；前墻布置有二次風吹向爐后，為了燃料能在爐膛內形成充分擾動，并使燃料化學不完全燃燒損失與爐膛內的過量空氣系數得以降低，其二次風布置分左右兩個，每個風口向下傾斜10。，二次風量占總風量份額的8qo，出口風速65 m/s，以使爐內焰形成“S”型火炬上升（見圖2）。
木屑進入爐膛后，受到爐內火焰、高溫煙氣的加熱，溫度逐漸升高，開始把水分蒸發掉，溫度繼續上升，當爐溫達到250～350℃時揮發分析出，木屑變成高溫的焦炭顆粒。失去水分和部分燃燒后的木屑，將變得很輕，當爐排具有較大通風率時，木屑被吹起，處于一種半層燃半懸浮燃燒狀態，直到燃盡。但如果爐膛的風速太大．未燃盡的木屑將會被帶出爐膛，進入對流受熱面，有一部分繼續燃燒，造成對流管束管壁溫度升高，落灰斗外壁被燒熱，不夠安全；一部分不能夠繼續燃燒，成為固體不完全燃燒損失。為此必須延長木屑在爐膛內的停留時間，以使其在爐膛內得以充分燃燒。在設計爐膛時將爐膛加高，同時下部增加水冷壁受熱面，下部水冷壁受熱面節距較上部節距大（即下部輻射受熱面積小于上部輻射受熱面），既可保證較低的爐膛出口煙溫（采用較低的爐膛出口煙溫，是由于木屑的灰熔點較低，灰渣易于結焦），又可使爐膛溫度不致于過低，保證燃燒。到達現場后，焊接下部水冷壁及前后拱管，并砌筑中間受熱面的保溫，依靠前拱上方加兩個二次風口噴入二次風使燃料在爐膛內形成充分擾動，并使其化學不完全燃燒損失與爐膛內的過量空氣系數得以降低。與后拱上部墻布置的兩個進料口的進料風，兩種氣流在爐膛內形成交叉，充分混合，抑制木屑的上升速度，從而有效延長木屑在爐膛內的停留時間。
鍋爐尾部設有帶旁路煙道的空氣預熱器，可根據燃料特性和爐膛內部燃燒情況，調整旁路閘門的開度，以控制一二次風的進風溫度。進料助力風取自空氣預熱器后的熱風，燃料由于強風的作用進入爐膛被拋至爐排前部，在高溫煙氣和底部一次風的作用下逐步預熱、干燥、著火、燃燒。
2.2主要特點
(1)大傾角往復爐排，且后拱頂部布置進料助力風、前拱布置二次風。合理布置二次風，可均勻布料，控制爐排前部燃料著火點，進料助力風主要作用為把燃料推向爐前，攪動爐煙，燃盡揮發物，降低爐溫。大傾角往復爐排的設置可提高爐膛高度，并延長燃料在爐內停留時間，增加破焦功能，有利于可燃物燃盡。
(2)采用帶旁通的尾部受熱面空氣預熱器，提高了爐內空氣溫度且降低了排煙溫度，提高了鍋爐熱效率。
(3)采用純水管結構，對流受熱面采用密集順排對流管束，縱向沖刷換熱系數高，自清灰能力強，不易積灰，使鍋爐具有較高的熱效率。
3、設計及使用中的其它注意問題
(1)在設計該類生物質鍋爐時，一個重要的問題就是合理控制該類燃料在燃燒過程中的燃燒溫度，防止或減少積灰、結渣。積灰是指溫度低于灰熔點的灰粒在受熱面上的沉積，多發生在鍋爐對流受熱面上。結渣主要是由煙氣中夾帶的熔化或半熔化的灰粒接觸到受熱面凝結下來，并在受熱面上不斷生長、積聚而成，多發生在爐內輻射受熱面上。因為該類燃料焚燒溫度過高，易使堿金屬鹽類處于熔融態，造成結焦結渣；焚燒溫度過低，則燃燒效率將大大降低。
(2)當燃料以木屑成分為主時，必須充分考慮其爆燃的可能性，在爐膛及煙道上加裝防爆門。特別是在鍋爐升火時，首先在爐排上放人一定量的木柴，待木柴燒旺后，再噴入木屑，以防止點火熄滅而發生爐膛爆炸。
(3)在鍋爐爐膛上部和前部及后部煙道上，應設置泄壓門，以防爐膛爆炸時能及時泄壓。
(4)對應于燃燒室的爐排底下應送入少量的風，以利于冷卻爐排和燃盡沉降在爐排上的木屑焦粒。
4、結束語
該型系列鍋爐已在青島地區運行多臺，經實踐證明該型鍋爐結構設計合理，運行可靠，并經鑒定測試其熱工及環保均達到了的設計要求，具有廣闊的市場前景。
三門峽富通新能源銷售鍋爐、生物質鍋爐、家用炊事小型生物質鍋爐。
