引言我国的木材加工业发展迅猛，树皮作为其副产物，年产量很大。以广西为例，仅桉树皮的年产量可达750万m3。传统树皮处理多将树皮作为畜牧饲料、堆肥或直接燃烧产生低压蒸汽供热等，但这些方式的处理量有限，剩余树皮大部分露天堆放，不仅占用大量土地资源，而且树皮一般含水量较高，易腐败变质，若不及时处理，严重污染环境。利用树皮直燃发电，替代部分化石燃料，既节约能源又能改善环境，具有良好的经济和社会效益。目前，树皮直燃发电的主要炉型包括炉排炉和循环流化床锅炉。炉排炉在燃烧高水分树皮时燃烧不稳定，飞灰、底渣的含碳量高，污染物排放高，常用于低参数小型锅炉，难以大规模应用；循环流化床锅炉具有燃料适应性广、污染物排放低、燃烧效率高等优点，在燃烧高水分树皮时要优于炉排炉。因此，有必要开发一种高效、环保的燃树皮循环流化床锅炉。1树皮特性锅炉所选用树皮皆取自广西，主要有松树皮、桉树黑皮、鲜树皮、霉腐树皮，经取样分析，几种常用树皮的水分、热值数据如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.010.T001表1树皮水分及热值种类水分/%灰分/%低位热值 /(MJ/kg)松树皮桉树黑皮鲜树皮霉腐树皮30∼5045~6855~6850~725~85~85~85~810.88~6.288.37~3.776.28~3.985.44~2.10树皮作为燃料的特点:①水分高、热值低，水分和热值随雨季和堆放时间变化；②灰含量不稳定，在收集过程中掺入杂质多；③有韧性，不易破碎；④桉树皮中含有一定量的氯和钾。树皮的燃烧特性:①水分含量高，燃料入炉后大量水分需吸热，导致密相床温降低，影响着火、燃烧[1]；②水分含量高，燃料在炉膛内干燥时间长，使得燃烧中心上移[1]；③燃烧温度低，树皮中焦炭燃尽困难，不完全燃烧损失增加[1]；④树皮中含有一定量的氯和钾，高温下易在受热面上造成积灰和高温腐蚀；⑤烟气量大，尾部受热面吸热份额增加，锅炉排烟温度高，热损失增加[1]。2锅炉问题分析南通万达锅炉有限公司2015年在广西投运了一台130 t/h燃树皮高温高压循环流化床锅炉，直燃树皮时在运行中主要遇到以下问题：（1） 入炉燃料水分和热值与设计值偏差大。由于树皮种类较多，且取下树皮时间不等，有鲜树皮、霉腐树皮，受季节和堆放时间影响，其含水量从30%～70%不等，导致实际入炉的燃料水分和热值与用户提供的燃料设计值严重不符。锅炉若按高水分燃料设计，但实际入炉低水分燃料时，会产生炉膛超温。实践证明，当炉膛温度大于850 ℃时，锅炉密相区易超温结焦(见图1)。锅炉若按低水分燃料设计，但实际入炉高水分燃料时，会产生炉膛温度偏低，不利于燃料的燃烧，甚至出现炉膛着火困难、燃烧不充分，导致锅炉底渣和飞灰含碳量高、排烟中一氧化碳含量高、锅炉排烟温度高及辅机系统与锅炉不配套等一系列问题。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.010.F001图1密相区高温结焦（2）高温熔融结渣及高温腐蚀问题。树皮燃料中含有的钾，其化学性质活泼，高温下易在受热面上造成沉积，受热面上积灰严重，特别是在过热器管壁上(见图2)。树皮燃料中含有的氯使燃烧后产生的烟气中含有氯化氢和氯气，易造成受热面高温腐蚀，当受热面管壁温度超过550 ℃时，高温腐蚀尤为明显，主要表现为高温过热器和屏式过热器管子腐蚀严重，为采用12Cr1MoVG材质的屏式过热器使用一年后的腐蚀情况如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.010.F002图2高温过热器管壁积灰10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.010.F003图312Cr1MoVG管子高温腐蚀情况（3）给料不顺畅。树皮水分高，韧性强，不易破碎，在给料仓内易产生搭桥、卡堵等现象，导致给料系统输送性能差，给料机严重过载，且过载后不及时处理易引起绞龙卡死、断裂，给料不均匀，容易导致炉膛爆燃和炉前给料口频繁冒正压等情况。（4）锅炉氮氧化物排放指标高。受树皮燃料中水分和氮含量的影响，锅炉氮氧化物的原始排放值高，基本在150 mg/m3~300 mg/m3范围内。为了满足环保要求，锅炉常规采用SNCR、SCR脱硝。为了减轻高温熔融结渣及高温腐蚀问题，锅炉的炉膛燃烧温度一般控制在750 ℃~820 ℃区间，而NH3的最佳反应温度区间为850 ℃~1 100 ℃[2]。采用SNCR受催化剂反应温度影响难以稳定达到环保要求，脱硝效果差。由于尾部烟道中烟气未经除尘，烟气中碱金属和灰含量高，采用SCR脱硝易发生催化剂堵灰（见图4），锅炉运行30 d，尾部烟道阻力增加1 000 Pa以上，影响锅炉长周期运行。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.010.F004图4SCR前筛网积灰情况3锅炉设计参数和结构布置3.1锅炉设计参数锅炉设计参数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.010.T002表2锅炉设计参数参数数值额定蒸发量/(t/h)130过热蒸汽压力(表压)/MPa9.8过热蒸汽温度/℃540给水温度/℃215排烟温度/℃150设计燃料选用树皮皆取自广西，入炉燃料设计值取水分55%、低位发热值5.65 MJ/kg，燃料破碎后尺寸为2 cm~3 cm，最大尺寸小于15 cm，设计燃料的元素分析如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.010.T003表3设计燃料元素分析项目Car/%Har/%Oar/%Nar/%Sar/%Mar/%Aar/%Qar.v.net/(MJ/kg)数值17.512.7816.110.540.065585.653.2锅炉结构布置本锅炉采用循环流化床燃烧方式，为高温高压、单锅筒、横置式、自然循环、全悬吊结构，室外半露天布置（见图5）。炉膛上部布置有水冷屏和屏式过热器， 烟气经炉膛出口分两路分别进入两只绝热旋风分离器, 分离后的烟气, 经顶部烟道进入尾部烟道，烟气依次经过高温过热器、低温过热器、高温省煤器、SCR、低温省煤器、转接烟道、空气预热器、烟温调节器。尾部烟道过热器区域采用包墙管结构，省煤器区域采用轻型炉墙结构。高、低温过热器采用吊挂管结构，省煤器采用支撑结构，空气预热器为卧式结构。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.010.F005图5锅炉总体布置示意图4关键部件及关键技术（1）给料系统。采用两级螺旋给料方式，炉前设有一个小料仓，其作用是接受从皮带机送来的原料，再通过料仓底部布置的给料螺旋将原料经炉前落料管输送至炉前螺旋内，最后通过炉前螺旋直接送进锅炉。湿树皮容重大，且有黏性，给料仓内存料越高越易产生搭桥现象，因此，料仓容量以堆积高度不超过1 m，能储存15 min锅炉给料量设计，小料仓的设计既解决了料仓搭桥，又减轻了螺旋的承载。两级螺旋布置，上级布置在料仓底部，螺旋长度不超过5 m；下级炉前螺旋长度不超过3.5 m，缩短了单级螺旋的长度，提高了螺旋的刚度，解决了给料机因严重过载产生的卡死、断裂现象，提高了给料系统的稳定性。（2）炉膛。炉膛上部布置了水冷屏和屏式过热器以增加炉内吸热量[3]，控制进入旋风分离器的烟温小于750 ℃，此温度低于树皮灰熔融性变形温度，保证物料循环回路可靠。炉膛温度控制在720 ℃~820℃之间，在满足燃烧温度前提下，减轻了锅炉的高温腐蚀和高温结渣。炉膛四周为膜式水冷壁结构，在密相区内形成缩口和垂直段，布风板以上12 m内敷设耐火材料，增加炉膛密相区蓄热量，保证了密相区燃烧温度，解决了树皮着火困难。采用大截面、高炉膛设计，选取炉膛烟气流速3 m/s~4 m/s[1]，烟气停留时间大于6 s ，大大延长了燃料燃尽的停留时间，提高燃烧效率。（3）二次风管。二次风采用分级送风，分三层布置在炉膛前后墙上，分别送入炉膛下部不同高度。二次风每层都有单独风门控制，强化可燃气体和未完全燃烧的燃料与空气的混合，可有效提高锅炉燃烧效率，减少锅炉一氧化碳和氮氧化物的生成。二次风空气预热器设置空气旁路，当炉膛温度偏高时，通过旁路电动风门控制，降低二次热风温度，起到降低炉膛温度的目的。（4）采用SCR脱硝技术。由于锅炉采用中温燃烧，炉膛温度不能满足SNCR中NH3的最佳反应温度区温度850 ℃～1 100 ℃要求，因此，锅炉采用SCR脱硝技术，SCR布置在高、低温省煤器之间，此处烟气温度在350 ℃左右，保证SCR催化剂运行温度维持在320 ℃～400 ℃之间[4]，便于适应锅炉负荷和燃料的变化。尾部烟道中烟气未经除尘，烟气中含尘量高，因此在SCR反应器前增加过滤飞灰的筛网，筛网采用倒V形布置，便于在运行中清灰，解决了水平设置筛网无法实现在线清灰问题，缓解了催化剂堵灰情况。（5）烟温调节器。锅炉在空气预热器后布置一组烟温调节器，以适应燃料变化，控制锅炉排烟温度在140 ℃～160 ℃之间，提高了锅炉效率，保证了布袋除尘器的安全运行。（6）防高温腐蚀措施。针对树皮燃料特性及运行中受热面高温腐蚀情况，主要采取以下应对措施：采用中温燃烧控制炉膛温度，从根源上缓解了高温腐蚀的发生。屏式过热器和高温过热器管材全部选用TP347H材料，并采用厚壁管，腐蚀裕量按1.5 mm设计考虑，进一步提高抗高温腐蚀能力，延长受热面的使用寿命。（7）防积灰措施。尾部烟道受热面采用大管间距、顺列布置；采用乙炔爆燃吹灰器，及时清除受热面上积灰；空气预热器处吹灰器应多布置些点；转接烟道处设置螺旋输灰设备，及时排除灰斗中积灰。5应用效果（1）解决了一些影响锅炉长周期运行的因素，锅炉基本实现了能连续运行100 d以上，最长运行时间达到了180 d，大大延长了锅炉的连续运行时间；（2）锅炉燃烧能适应树皮水分从45%~60%，低位发热值4.61 MJ/kg~6.70 MJ/kg波动范围，燃料的适应性得到大大提高；（3）降低了锅炉尾部飞灰含碳量和一氧化碳排放值，减少了锅炉排烟损失，保证了锅炉效率；（4）锅炉满负荷运行时，原始氮氧化物（以NO2计）排放浓度小于150 mg/m3；通过SCR脱硝后，氮氧化物（以NO2计）排放浓度控制在50 mg/m3~80 mg/m3，远低于火电厂大气污染排放标准中氮氧化物100 mg/m3（标态）的要求。6结语一种安全可靠、高效燃烧的燃高水分树皮循环流化床锅炉的成功应用，解决了树皮产生的环境污染问题；同时实现树皮的大规模发电利用，节约了大量化石能源，社会效益和经济效益显著。