75t／h循環(huán)流化床鍋爐摻燒生物質(zhì)技術(shù)改造探討

李學(xué)鋒，牛建新，王榮濤

(寶應(yīng)協(xié)鑫生物質(zhì)環(huán)保熱電有限公司，江蘇揚州，225800)

　　摘要：文中對寶應(yīng)協(xié)鑫生物質(zhì)環(huán)保熱電有限公司循環(huán)流化床鍋爐摻燒生物質(zhì)的技術(shù)改造方案進行了詳細(xì)的閘述，并進行了經(jīng)濟效益分析。結(jié)果表明，循環(huán)流化床摻燒生物質(zhì)技術(shù)相對簡單，投資費用和運行費用均較適中，不僅可大量而高效地利用生物質(zhì)發(fā)電，而且可降低現(xiàn)役電廠的CO2、SO2及NOx的排放，社會效益顯著，值得在我國大規(guī)模推廣和應(yīng)用。

　　目前生物質(zhì)很少作為能源專門用于發(fā)電，因此開發(fā)生物質(zhì)能用于發(fā)電在我國具有重要意義[1]。寶應(yīng)協(xié)鑫生物質(zhì)環(huán)保熱電有限公司2006年年初調(diào)試成功并投用一套生物質(zhì)摻燒系統(tǒng)。目前，此系統(tǒng)運行正常，可2臺同時進行摻燒，摻燒量可達30％(熱值比)。

　　1循環(huán)流化床鍋爐摻燒生物質(zhì)的方式

　　我公司已應(yīng)用過的循環(huán)流化床鍋爐摻燒生物質(zhì)方式主要如下[2]：

　　(1)在干煤棚直接與煤混合，再一起利用上煤系統(tǒng)送人原煤倉，與燃煤一起送人爐膛燃燒。

　　(2)利用氣力將粉碎后的生物質(zhì)輸送噴人爐膛觸進行燃燒。

　　(3)利用壓縮成型技術(shù)將生物質(zhì)原料壓縮成塊狀或顆粒狀，然后與燃煤混合，送入原煤倉，與燃煤一起送人爐膛燃燒。

　　(4)采用專門的破碎設(shè)備將生物質(zhì)進行切割或粉碎然后利用專門的輸送設(shè)備將生物質(zhì)輸送到爐前落煤管，并利用輸送風(fēng)送人爐膛進行燃燒。

　　第1種方式相對簡單，無需對現(xiàn)有設(shè)備和系統(tǒng)進行改造，但由于生物質(zhì)所含能量很低，鍋爐原煤倉一次性補完倉后，煤倉內(nèi)燃煤很快會耗盡，又必須進行補倉。經(jīng)試驗，當(dāng)按10％重量比進行摻燒，上煤人員原1天只需補倉3次，摻燒生物質(zhì)后1天需補倉6次且補倉時間加長。此運行方式主要有2個缺點，一是上煤時間加長，上煤設(shè)備長時間處于運行狀態(tài)，對于我公司單皮帶運行方式極為不利，設(shè)備易出故障，嚴(yán)重時會影響全廠出力，二是此摻燒方式摻配不均，造成鍋爐運行工況極不穩(wěn)定，運行參數(shù)不易控制。

　　第2種方式我公司做過嘗試，未能成功，主要原因：風(fēng)機加料口設(shè)計不合理，所選風(fēng)機出力不夠，風(fēng)機壓頭偏小，管道偏細(xì)，風(fēng)壓衰減很快，無法克服爐內(nèi)壓力將料送人爐內(nèi)。但協(xié)鑫集團贛榆項目已試驗成功。

　　第3種方式我公司進行多次考察并進行相關(guān)經(jīng)濟性比較結(jié)論如下：采用壓縮成型技術(shù)可以加大生物質(zhì)摻燒量，可采用與煤一起摻配人爐，摻燒方式簡單，但壓縮技術(shù)設(shè)備投資較大，一套5t/h生物質(zhì)加工線投資約150萬元，且設(shè)備能耗較大，總?cè)萘窟_200kW，生產(chǎn)成本較高，經(jīng)測算加工生物質(zhì)成本達30-40元／t。此方案投資成本及運行成本均較大，在目前無明顯優(yōu)惠政策的前提下不易采用。

　　第4種方式需要安裝單獨的生物質(zhì)制料及輸送系統(tǒng)，設(shè)備投資等費用顯著提高，但其可以提高生物質(zhì)的摻燒量，上料比較穩(wěn)定，對鍋爐運行工況影響不大，且運行成本不高，在當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)價格相對煤炭較低的情況下可使用。目前我公司所上系統(tǒng)即為此方式，并取得了成功。

　　2生物質(zhì)摻燒技術(shù)改造方案及運行情況

　　2.1改造方案

　　生物質(zhì)摻燒改造整套系統(tǒng)由生物質(zhì)堆場、破碎系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、計量裝置、燃燒系統(tǒng)及消防、環(huán)保、控制等系統(tǒng)組成。所有生物質(zhì)燃料均采用單獨輸送、直接摻燒方式，稻殼由于粒度較小，可直接利用埋刮板輸送機送人爐膛，樹皮、蘆葦、木材、秸稈等經(jīng)破碎后利用埋刮板輸送機送人爐膛。

　　2.1.1生物質(zhì)收購與儲存

　　公司與中間商簽訂收購協(xié)議并由中間商組織貨源每天向公司輸送。公司根據(jù)實際情況，在煙囪西北側(cè)空地新建一座生物質(zhì)廠房，長40m，寬20m，廠房采用輕鋼結(jié)構(gòu)并設(shè)有通風(fēng)、消防設(shè)施。此廠房作為生物質(zhì)原料加工廠房及堆放場地，并配有輸送設(shè)備，由于廠房面積有限必須做到生物質(zhì)即卸(或加工)即送人爐內(nèi)，保證庫房基本無積料。此做法做到廠內(nèi)無生物質(zhì)大型堆場并做到生物質(zhì)零庫存，轉(zhuǎn)移了消防風(fēng)險。

　　2.1.2樹皮、蘆葦、木材、秸稈的破碎

　　生物質(zhì)的質(zhì)量能約為煤的1／10，這意味著當(dāng)按熱量計共燒10％生物質(zhì)時，其體積和煤的體積相當(dāng)：生物質(zhì)是韌性纖維材料，不易破碎，但對循環(huán)流化床來講，只要將其破碎至50mm以下即可摻燒。

　　我公司選用BX216型鼓式削片機用來切削枝丫材、樹皮、硬質(zhì)秸桿等，此類型削片機對切削枝丫材性能極佳，破碎效果好，出料粒度可控制在50mm之下，但對于一些韌性較大的樹皮，切削時會受樹皮特性影響，切削后易成團，但從實際摻燒情況看，對輸送、燃燒基本無影響。循環(huán)流化床對燃料顆粒度要求控制在13mm以下生物質(zhì)破碎至50mm以下，摻燒對循環(huán)流床燃燒無任何不利影響。

　　2.1.3輸送系統(tǒng)

　　由于生物質(zhì)原料體積膨松，堆積密度為125kg／m3左右，且原料含大量的粉塵，輸送設(shè)備傾向于使用皮帶輸送或埋刮板輸送，并對這2種運輸設(shè)備性能、價格等進行了比較，見表1。

　　經(jīng)綜合考慮，輸送設(shè)備選用埋刮板輸送機為主，主要原因是刮板輸送機全密封輸送，輸送量較大，滿足衛(wèi)生要求，安裝空間要求較小，最主要原因是爐內(nèi)煙氣反竄不會燒損設(shè)備。

　　生物質(zhì)輸送系統(tǒng)設(shè)備主要由1臺皮帶輸送機及3臺埋刮板輸送機組成，其中皮帶輸送機型號為TD75，長14.6m，安裝角度為15°，電機采用變頻調(diào)速，最大輸送量為100m3／h，折合稻殼輸送量為12.5t／h；1臺RMS50刮板輸送機，長73m，安裝角度為10°，

　　最大輸送量為90m3／h；2臺RMS40刮板輸送機，長度均為8.57m，水平安裝，最大輸送量為50m3／h。為保證2臺爐能同時摻燒，在RMS50刮板輸送機出料口安裝了1臺電動三通進行切換運行。

　　生物質(zhì)燃料的輸送流程：

　　2.1.4人爐部分

　　人爐部分采用正壓稀相氣力輸送，物料由#1及#2刮板輸送機落料口落下，經(jīng)過物料氣力輸送裝置送人爐膛。人爐落料管上裝有壓力傳感器、溫度傳感器，將此處的壓力溫度信號送人DCS系統(tǒng)，以便于運行監(jiān)視控制。

　　采用氣力輸送的目的有2個，第1，防止?fàn)t內(nèi)熱煙氣上竄引起物料在刮板機內(nèi)著火，起到密封作用；第2，防止物料在落料口和落煤管交接處堵料，起到協(xié)助輸送作用。

　　2.1.5控制系統(tǒng)

　　整個生物質(zhì)摻燒系統(tǒng)采用先進的DCS系統(tǒng)控制，運行人員可根據(jù)實際運行工況調(diào)整生物質(zhì)摻燒量并監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行情況。

　　2.2實際運行情況

　　2.2.1每月?lián)綗?/p>

　　從2006年2月-12月?lián)綗镔|(zhì)的實際情況看，目前摻燒生物質(zhì)工作己經(jīng)步人正常化，摻燒量逐月增加，至12月底止，摻燒生物質(zhì)總量己達到27202t，見表2。目前日摻燒量最大可達300t，系統(tǒng)經(jīng)過不斷完善單爐摻燒量最大可達10t／h并可連續(xù)運行，2臺爐可同時進料并連續(xù)運行，摻燒量正常為12～14t／h，摻燒期間鍋爐運行工況穩(wěn)定。

　　2.2.2摻燒比例

　　摻燒比例是摻燒生物質(zhì)時最重要的技術(shù)參數(shù)。在實際應(yīng)用中，該比例的確定需綜合考慮燃料特性、鍋爐特性等。根據(jù)我公司經(jīng)驗，當(dāng)熱量配比達30％時，摻燒技術(shù)可充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，可能出現(xiàn)的技術(shù)問題均在運行可控制的范圍內(nèi)。因摻燒比例高所引起的設(shè)備投資和運行費用的增加也可由摻燒的收益得到補償，對電廠的經(jīng)濟性和安全性不會產(chǎn)生負(fù)面影響。

　　2.2.3測試結(jié)果

　　2006年4月21日我公司委托某電科院對CFB鍋爐摻燒30％(按熱值計算)生物質(zhì)量(稻殼)的鍋爐效率進行了熱力試驗，測試結(jié)果表明：單爐摻燒30％生物質(zhì)量時，鍋爐各項運行參數(shù)基本正常，鍋爐效率為88.93％，比燃純煤時鍋爐效率下降了1.43％。

　　3改造過程中的問題及效益分析

　　3.1改造過程中的問題

　　3.1.1生物質(zhì)料人爐問題

　　剛開始試運時，爐前刮板經(jīng)?？希到y(tǒng)無法正常運行。經(jīng)分析原因為：(1)生物質(zhì)料本身的特性密度較輕；(2)生物質(zhì)料從密相區(qū)送人，爐內(nèi)壓力較高；(3)送料風(fēng)風(fēng)壓及風(fēng)量不足。上述原因會造成生物質(zhì)料在輸送中逐步在刮板機機頭堆積，刮板機卡料也會造成系統(tǒng)控制保護動作，造成系統(tǒng)停運。

　　解決對策：輸送風(fēng)從一次風(fēng)機出口引接，主管道采用0219管，在進入輸送風(fēng)裝置前變徑為108管，提高了輸送風(fēng)裝置的風(fēng)量及風(fēng)壓，防止了摻燒時高溫?zé)煔夥锤Z，并有助于將燃料“推”人爐膛，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1。通過不斷摸索調(diào)整，系統(tǒng)連續(xù)運行基本正常，無煙氣反竄，下料順暢。

　　3.1.2生物質(zhì)品種適應(yīng)性

　　生物質(zhì)摻燒初期，摻燒品種比較少，主要摻燒稻殼、鋸木屑及花生殼等流動較好的生物質(zhì)，當(dāng)摻燒其它生物質(zhì)如樹皮、草木秸桿時，由于這類生物質(zhì)秸桿較長，秸桿纖維不易破碎，容易在出料口處卡料而堵塞設(shè)備，影響設(shè)備正常運行。

　　解決對策：在生物質(zhì)料進爐膛之前最后一根料管內(nèi)增加一臺無軸螺旋機，采用機械動力將各類秸桿送人爐內(nèi)，實踐證明效果較好。

　　3.1.3結(jié)渣和積灰

　　與煤相比，生物質(zhì)灰中堿性成分f特別是堿金屬K)含量很高，且主要以活性成分的方式存在，在火焰中容易揮發(fā)出來，而后凝結(jié)在受熱面上形成結(jié)渣和積灰。我公司長時間按30％(熱值比)進行摻燒，每次停爐檢查水冷壁受熱面基本無結(jié)渣及積灰現(xiàn)象，但主要高低過受熱面背面積灰較嚴(yán)重(我公司鍋爐無吹灰器)，每次停爐均必須進行清掃。

　　3.1.4污染物排放

　　由于生物質(zhì)的含硫量和含氮量較低，且循環(huán)流化床采用低溫燃燒技術(shù)，因此SO2和NOx的排放量亦較低。由于公司采用四電場靜電除塵，因此煙氣粉塵排放量可控制在排放標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

　　3.1.5腐蝕

　　生物質(zhì)中氯和堿金屬含量比煤灰中高得多，它們在燃燒過程中揮發(fā)出來，在煙氣中生成氯化物而凝結(jié)在受熱面上，有引起受熱面金屬腐蝕的傾向。但在每次的停爐檢查均未發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕現(xiàn)象。

　　3.2效益分析

　　摻燒生物質(zhì)能與燃純煤經(jīng)濟效益分析見表3。

　　由上表可知，當(dāng)生物質(zhì)收購價格為200元／t，年摻燒6萬t生物質(zhì)略微盈利，當(dāng)收購價格上揚時，摻燒生物質(zhì)將嚴(yán)重虧損。

　　4結(jié)語

　　生物質(zhì)是低硫、低氮、具有良好的著火燃燒性能的燃料，并且為可再生資源。在與循環(huán)流化床摻燒時技術(shù)相對簡單，投資費用和運行費用均較適中。摻燒量可以達到30％及以上(熱值比)，運行各參數(shù)

　　均在可控范圍之內(nèi)。由于摻燒比例較高，可能會引起一些技術(shù)問題，如金屬堿腐蝕及氯腐蝕，但實踐證明其影響不大。循環(huán)流化床不僅可以快速、大量而高效地利用可再生生物質(zhì)發(fā)電，而且可降低現(xiàn)役電廠的CO2、SO2及NOx的排放，社會效益顯著。循環(huán)流化床鍋爐摻燒30％(熱值比)生物質(zhì)是可能的，技術(shù)上是可行的，我公司已從實踐上予以證明。因此，循環(huán)流化床生物質(zhì)摻燒技術(shù)是適合我國國情的技術(shù)，值得在我國大規(guī)模推廣和應(yīng)用。

　　參考文獻：

　　[1]盛昌棟，張軍，煤粉鍋爐共燃生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的特點和優(yōu)勢[J].熱力發(fā)電，2006，(3)：8。

　　[2]姚向君，田宜水編著.生物質(zhì)資源清潔轉(zhuǎn)化利用技術(shù)[M]，北京：中國化學(xué)工業(yè)出版社，2005。