生物質燃料特性對鍋爐運行的影響

黃仕高

摘 要：隨著社會經濟高速發展和傳統能源日益稀缺，開發新能源成為了當代的重要課題。而生物質能因其良好的再生能力與豐富的儲存量在新能源中占據重要的地位。文章結合生物質燃料的主要特性，分析了生物質能發電廠運行中遇到的主要問題并提出了相應的解決措施，為生物質發電廠鍋爐的安全穩定運行提供了可靠依據。

關鍵詞：生物質鍋爐；生物質燃料特性；穩定運行

1 概述

傳統能源日益稀缺極大地制約了社會經濟的發展。太陽能、風能、生物質能等新能源已成為重點發展方向，其中生物質能可開發總量極其豐富。近年國內生物質能得到了快速的發展，各能源企業不斷發展生物質能并積極搶占市場。因此，生物質能作為新能源的重要組成部分，開始逐步發展。

《湛江生物質發電項目》的兩臺50MW的機組已于2011年8月正式投產。從調試及投產至今，發生了許多設備及運行事故，而這些事故都與生物質燃料的特性有莫大關聯。本文將以調試、投運過程中遇到的問題為載體，分析生物質燃料對機組鍋爐運行的影響，分析問題并采取相應措施，以保證機組的長周期安全經濟運行。

2 生物質概述

2.1 定義

生物質是指有機物中除化石燃料以外的所有來源于動植物的可再生物質。生物質能主要指綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而儲存在植物內部的能量。

2.2 主要分類

林木生物質、農業生物質、水生植物、城鎮有機物、糞便。

2.3 特點

（1）分布廣泛、產量巨大；（2）可再生性好；（3）生物質能是綠色能源；（4）開發轉化技術相對容易。

2.4 生物質燃料的主要特性

（1）粒度和形狀；（2）雜質及灰份；（3）水分含量；（4）堿金屬含量。

3 生物質燃料特性對CFB鍋爐運行的影響

與傳統燃料相比，不同種類的生物質燃料密度、熱值、水分等均有較大差異。根據生物質燃料的特性，結合我廠生物質CFB鍋爐運行中發生的問題，尋找它們之間的因果關系，為解決鍋爐運行問題提供參考依據，有利于燃用生物質燃料的CFB鍋爐穩定運行。

3.1 粒度和形狀對CFB鍋爐運行的影響

粒度是指顆粒的大小，即在空間范圍內所占據的線性尺寸。生物質燃料是由大量單顆粒組成的顆粒群，而顆粒形狀是指顆粒的輪廓或表面上各點所構成的圖像。生物質燃料的顆粒形狀有球狀、針狀、粒狀、片狀以及各種不規則形狀[1]。在實際生產中，收集來的燃料種類及形狀千差萬別，其干濕度、硬度也不盡相同。由此引發的一些運行問題主要表現如下：（1）輸料皮帶時有破損，特別是皮帶頭部轉換處磨損尤為嚴重；（2）爐前料倉入料口堵料；（3）料倉內一級給料機被料纏繞導致過負荷卡死，無法轉動；（4）爐膛給料口頻繁堵料；（5）給料倉內一、二級下料口搭橋。

以上問題在我廠投運初期頻繁發生。為避免以上問題，本廠采取針對性措施主要如下：（1）改造破碎機，使之適用于多種生物質燃料；（2）暫不收取本廠不能破碎又不能直接燃用的物料；（3）對料倉落料口一、二級給料機下料口擴容改造，提高其適應少部分未破碎及格的料進入爐膛的能力；（4）在爐前料倉中下部安裝6臺與一級給料機方向垂直且間隔相等的承載螺旋給料機。

3.2 雜質及灰分對CFB鍋爐運行的影響

生物質燃料一般是通過分散收購后集中運輸進行采集的，其特點為收集工序復雜、種類繁多。在收集匯總與存放運輸的過程中，入廠燃料混雜較多的泥沙、石頭、磚塊等雜質。這些生物質中不能燃燒的礦物雜質對鍋爐影響特別大，主要存在以下幾個問題：（1）破碎機磨損嚴重，影響正常破碎效率和質量，甚至發生損壞；（2）螺旋給料機卡死、葉片變形損壞，甚至造成給料機斷軸和葉片脫落；（3）爐內流化不良、燃燒不穩定，床壓波動大；（4）風帽磨損嚴重；（5）鍋爐排渣不順暢，排渣管和排渣器堵死。

針對以上問題，本廠采取主要措施如下：（1）提高燃料收集的科學性，加強對收料第一環節的要求與控制；（2）對廠外供應商資格進行考評認定；（3）加強廠用料場的硬體化改造，減少儲存時混入的雜質；（4）通過質檢取樣控制，對入爐燃料質量嚴格把關；（5）廠內上料前進行人工預查，清理明顯雜質。

3.3 水分對CFB鍋爐運行的影響

在生產過程中，生物質燃料水分主要指生物質燃料在運輸和儲存過程中受到雨水淋濕或隨著季節變化、空氣溫度濕度變化而存在于生物質燃料中的外在水分[2]，這對鍋爐的運行有很大影響。本廠因燃料水分過大造成的問題主要如下：（1）鍋爐給料系統中料倉、螺旋給料器搭橋堵塞；（2）鍋爐燃燒后煙氣體積較大，引風機出力不足，爐內不斷冒正壓，造成給料系統堵料返火；（3）水分含量提高使熱值降低。同時增加了運輸成本，且水分含量高的燃料不易破碎，容易粘附在設備上；（4）燃料水分高導致著火困難，使爐內溫度降低，其機械不完全燃燒損失和化學不完全燃燒損失增加，導致鍋爐尾部排煙溫度升高，排煙熱損失增大，同時飛灰含碳量增加。針對以上問題，本廠采取以下措施：（1）對入廠燃料進行水分化驗，水分含量超過60%的燃料一律不予進廠；（2）廠內新建干料棚。收購的燃料分類有序存放，防止雨水淋濕。露天只存放樹頭之類不易吸收水分的燃料；（3）新建曬料場對水分較高的燃料進行機械化晾曬；（4）根據燃料的水分含量不同制定詳細的配燒方案，穩定入爐燃料的水分含量。

通過采取以上措施，本廠鍋爐運行的經濟效益得到明顯提高，可通過表1進行反映：

由表1可知，隨著燃料中水分含量提高，燃料熱值逐漸降低，其飛灰可燃物含量明顯增大，鍋爐效率及經濟性則相應降低。

3.4 堿金屬含量對CFB鍋爐運行的影響

與煤相比，生物質堿金屬（鉀、鈉）含量較高，同時生物質燃料中氯元素含量較高，導致鍋爐高溫過熱器嚴重腐蝕，進而引起泄漏和爆管事故，影響鍋爐的安全性和穩定性。

只要入爐燃料中含有堿金屬和氯元素，將必然發生腐蝕。堿金屬和氯元素含量多少只會影響腐蝕速度。當過熱器蒸汽溫度在490～520°C時，管壁腐蝕速度明顯加快；當蒸汽溫度大于520°C時，腐蝕速度將急劇增大。只要腐蝕一旦發生，將持續進行且不會停止[3]。

我廠自投運以來，因腐蝕爆管泄漏問題較為嚴重，我門提出了針對性措施如下：（1）在對高溫過熱器管排進行清焦清灰時，不宜采用機械的清灰方式，避免破壞管壁的保護性覆層；（2）嚴把入爐燃料質量關，嚴禁腐蝕性元素含量高的燃料入爐。同時，加強入爐燃料的配燒工作，從燃料的易燃性、粒度、水分、灰分、熱值等方面綜合考慮，確保入爐燃料品質的穩定性。

4 結束語

生物質燃料的顆粒度、雜質、水分及所含堿金屬等物性對CFB鍋爐的正常運行影響較大，主要包括給料系統不穩定、燃燒工況不穩定、設備損壞及主設備腐蝕嚴重等方面。為了提高生物質機組鍋爐運行的安全性與穩定性，提高經濟效益，需要對生物質燃料的收購、運輸、儲存嚴格把關，從給料系統改造、運行調整和合理配燒等方面綜合控制，以保證生物質CFB鍋爐能夠長期安全穩定運行。

參考文獻

[1]張殿軍，陳之航.生物質燃燒技術的應用[J].能源研究與信息，1999，15（3）.

[2]劉建禹，翟國勛，陳榮耀.生物質燃料直接燃燒過程特性的分析[J].東北農業大學學報，2001，32（3）.

[3]宋鴻偉，甄邯偉.生物質鍋爐高溫過熱器腐蝕機理的研究[J].鍋爐制造，2010，5.