生物質(zhì)發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)存在的問題研究及解決方案

宋杰奎+劉年紅

【摘要】生物質(zhì)發(fā)電鍋爐是動力源，能否正常運行是主要核心工作。現(xiàn)對晉南某生物質(zhì)發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)存在的問題進行研究及探討。

【關(guān)鍵詞】給料系統(tǒng)堵料；排渣不暢；積灰；煙溫高

【Abstract】Biomass power generation boiler is the power source， whether the normal operation is the main core work. Now， the problems existing in the boiler system of a biomass power plant in southern Shanxi are studied and discussed.

【Key words】Feeding system block material；Slag slag；Fouling；Smoke high

1. 前言

（1）生物質(zhì)能是可再生能源的重要組成部分，生物質(zhì)資源量大、可儲存、利用過程清潔，開發(fā)和利用生物質(zhì)能可有效減少化石能源消耗，對改善能源結(jié)構(gòu)、減少污染等有重要意義。生物質(zhì)發(fā)電鍋爐是動力源，能否正常運行是主要核心工作。現(xiàn)對晉南某生物質(zhì)發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)存在的問題進行研究及探討。

（2）由于該生物質(zhì)電廠位于山西南部，該地區(qū)的經(jīng)濟作物以果樹為主，每年果樹剪枝及定期更新果樹，燃料供應(yīng)充足。這也就決定了電廠的燃料是以果木枝條、果核、樹皮、樹根為主，占到了電廠總?cè)剂系?0%以上，其余20%的燃料為廢舊模板、鋸末、玉米芯、菌包、秸稈等。該地區(qū)已形成了成熟的燃料供應(yīng)市場，進廠燃料是經(jīng)破碎機破碎后的成品燃料，故燃料進廠經(jīng)翻料、混料及風(fēng)干后可直接入爐燃燒，在機組運行過程中發(fā)現(xiàn)一些問題，并采取了相應(yīng)技術(shù)改造及整改措施。具體如下：

2. 上料及給料系統(tǒng)

上料系統(tǒng)為雙皮帶輸送系統(tǒng)，一備一用，由上料坑經(jīng)螺旋給料機至皮帶再經(jīng)皮帶輸送至爐前料倉；爐前料倉為矩形直筒，長5.5米、寬4.2米高5.1米；在料倉內(nèi)下部安裝了3組雙螺旋的承載螺旋播料機；給料系統(tǒng)分為兩級給料，一級給料為3組雙螺旋給料機，長度9.3米，二級給料為3個無軸螺旋給料機，通過3個給料通道，直接將燃料輸送至爐膛內(nèi)。

2.1燃料破碎不完全、夾帶不可燃燒物、長枝率達到20%左右，在上料、輸料、給料過程中發(fā)生纏繞、堵料、搭橋、漏料及入爐燃燒后發(fā)生板結(jié)現(xiàn)象，直接影響鍋爐的連續(xù)穩(wěn)定運行。針對燃料特點，采取了以下措施：

（1）在成品燃料收購時，嚴把質(zhì)量關(guān)盡量把果木枝條長度控制在150mm以下，長枝率控制在了10%以下；

（2）在兩個下料口加裝300X300mm的篦子，過濾較長的燃料，將較長的燃料及時分揀清走進行二次破碎；

（3）加強燃料檢驗，保證燃料的干凈度，盡量避免燃料中參雜大量的不可燃燒物。

（4）進場的整料要及時破碎，充分利用有限的倉儲空間。燃料進場后要分區(qū)堆放、合理消耗，對入場的各類燃料按品種、熱值、水分進行化驗，同類進行合并后分區(qū)堆放。針對燃料的熱值結(jié)構(gòu)、堆放時間以及料堆測溫情況，做好燃料儲存和消耗計劃。對具備長時間堆放的燃料定期進行挖堆檢查，發(fā)現(xiàn)有發(fā)熱碳化現(xiàn)象及時調(diào)整消化計劃，優(yōu)先安排消耗，確保料場安全。做好入廠燃料的先進先出，燒舊存新管理，不僅可以減小倉儲火災(zāi)風(fēng)險，確保料場燃料的消防安全，而且還可以降低場損。

2.2燃料在鏟車倒入落料坑時，由于螺旋給料機的下料口是開放式的，這就導(dǎo)致部分燃料直接落在皮帶上，而不是通過螺旋給料機均勻給到皮帶上，導(dǎo)致皮帶瞬間超負荷，跳閘，被迫停運。改進措施：在下料口焊接一個半圓形鋼板，使落入料坑的燃料分到兩側(cè)，通過螺旋給料機均勻播入皮帶；通過運行考驗皮帶沒有再出現(xiàn)過超負荷、跳閘等現(xiàn)象，實現(xiàn)了料場上料連續(xù)、穩(wěn)定、高效運行。

2.3本廠設(shè)計料倉為長5.5米寬4.2米高5.1米，料倉下部布置6臺承載螺旋撥料機（長度5.5米）主要起到分配、緩沖、平衡的作用，承載螺旋撥料機下方布置6臺一級螺旋給料機（長度9.3米），運行中經(jīng)常出現(xiàn)給料機給料時不斷過流保護動作跳閘。經(jīng)分析及走訪同類型生物質(zhì)發(fā)電廠考察發(fā)現(xiàn)，本廠料倉布置太大且為直筒式料倉，存料太多會加大承載螺旋撥料機承載力，造成撥料機頻繁跳閘。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備的特點進行了技術(shù)改造，具體改造措施如下：

（1）在料倉內(nèi)加裝了2.8X4.2米的隔板，將料倉的下料面積減小了一半；

（2）在承載螺旋撥料機上方1米處，料倉左右兩側(cè)分別增加了2個700X700mm的人孔，如發(fā)生堵料和搭橋現(xiàn)象可以及時進行相應(yīng)的處理；

（3）在料倉頂部四角安裝了紅外高清攝像頭，讓運行人員可以隨時監(jiān)控給料和下料情況，便于運行中隨時調(diào)整；

（4）并在運行期間倉內(nèi)不再過多存料隨用隨補，減輕了承載螺旋撥料機和一級螺旋給料機的運行負載，有效解決了給料系統(tǒng)頻繁跳閘的現(xiàn)象。

2.4給料過程中爐膛下料口處經(jīng)常出現(xiàn)堵料，還不時有火苗從下料口穿出，極易發(fā)生回火現(xiàn)象危及料倉、皮帶等，存在重大安全隱患。經(jīng)過分析，發(fā)生堵料現(xiàn)象的主要原因是燃料粒徑過大，下料口相對較小，播料風(fēng)不足；有火苗穿出是源于在特殊情況下，燃燒不穩(wěn)定爐膛內(nèi)發(fā)生爆燃，出現(xiàn)正壓導(dǎo)致。根據(jù)上述情況，經(jīng)與業(yè)主、監(jiān)理討論，采取了相應(yīng)的措施：

（1）嚴格控制燃料的粒徑，控制在150mm內(nèi)；

（2）在現(xiàn)有播料風(fēng)的基礎(chǔ)上，分別在3個下料管處增加了一路DN200的播料風(fēng)（來自空預(yù)器后的一次風(fēng)）；使燃料在播料風(fēng)的助力下順利進入爐膛，既避免了燃料堆積在下料管內(nèi)堵塞下料口，還有效防止了爐膛內(nèi)火苗上竄。

（3）培訓(xùn)鍋爐運行人員進行燃燒調(diào)整時，讓爐膛壓力保持在微負壓；

（4）增加1套煙感探頭，與二級給料機入口處速斷安全門連鎖，發(fā)生火情迅速關(guān)閉防火門，隔斷火源。

3. 排渣系統(tǒng)

每臺鍋爐有3個排渣口，其中2個正常排渣口、1個事故排渣口，并配置兩臺滾筒冷渣機。鍋爐運行中床壓不斷升高，投入排渣系統(tǒng)后不能將灰渣正常排出，不得不停爐檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)床面鐵件、磚塊、碎石等雜物布滿床面，將排渣孔堵塞灰渣無法排出。生物質(zhì)燃料來自千家萬戶、田間地頭，其中夾帶不可燃燒塊狀物的現(xiàn)象是難以避免的，隨同燃料進入爐床，會在床體中沉積形成滯區(qū)，破壞正常硫化狀態(tài)，使?fàn)t內(nèi)溫度不均勻，造成床溫過低或過高影響燃燒，如不及時排除這些不可燃塊狀物，將最終導(dǎo)致被迫停爐。硫化床鍋爐布風(fēng)板采用平面床布置，連續(xù)運行時間在三天左右生物質(zhì)燃料中夾雜的不可燃燒物將排渣孔堵塞。針對此種情況，我們采取了以下措施，有效延長了因排渣問題導(dǎo)致停爐的時間，從原來的最多連續(xù)運行一周，到可以連續(xù)運行3個月，效果非常顯著。

（1）加大了布風(fēng)板排渣孔徑由原來的DN150擴大到DN200使塊狀雜物順利排出；

（2）在進冷渣器前排渣管道處加裝了一個斜式排渣口，出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象能人工及時通搗，遇冷渣器故障時也可充當(dāng)排渣口；

（3）在上廢舊模板料時，首先進行人工分揀，將大一些的鐵件剔除；其次，在皮帶原有除鐵器的基礎(chǔ)上，又增加了一套磁力更強的除鐵器，進行二次分揀，清除鋼釘類的小鐵件。

4. 吹灰系統(tǒng)

生物質(zhì)燃料的中含有較多的堿金屬，燃燒時容易在對流受熱面形成高溫粘結(jié)灰，堵塞煙道并引起積灰腐蝕，從而影響鍋爐的導(dǎo)熱效率和使用可靠性。針對生物質(zhì)電廠目前國內(nèi)有聲波吹灰、擊波吹灰、蒸汽吹灰三種吹灰形式。本廠設(shè)備選型時沒有充分考慮生物質(zhì)燃料的特性，選用了聲波吹灰器，實際運行過程中發(fā)現(xiàn)積灰嚴重，聲波吹灰根本無法將高溫粘結(jié)灰吹掉，造成換熱效果差，尾部煙道煙溫高，最高達到190℃，非常容易燒毀除塵器布袋，高加無法投入運行。為了解決此問題，走訪了山東兩家同類型生物質(zhì)電廠。莒縣大自然發(fā)電廠燃料為秸稈三分之二，樹皮三分之一，采用蒸汽吹灰效果明顯且尾部不超溫，除塵器入口煙溫控制在140度左右。棲霞市中節(jié)能生物質(zhì)發(fā)電廠燃料為費膠木板和樹皮為主，果樹枝為輔緊占十分之一，采用擊波吹灰。三年運行期間尾部豎井超溫時有燒毀除塵器布袋現(xiàn)象，該廠采取每值人工清灰一次（開爐門壓縮空氣吹掃）并在尾部煙道加裝相變換熱器（介質(zhì)為凝結(jié)水）來控制出口煙溫且鍋爐運行兩月停爐人工內(nèi)部徹底清掃一次。經(jīng)對比本廠對吹灰器系統(tǒng)以及受熱面和旋風(fēng)筒等部位進行了改造。具體改造內(nèi)容如下：

4.1針對高溫粘結(jié)灰，增加一套自動補料系統(tǒng)及時補充循環(huán)物料，以加強內(nèi)外循環(huán)沖刷，將粘結(jié)在管道上的積灰沖刷掉。

4.2保留空預(yù)器處的4支聲波吹灰器，其余聲波吹灰器拆除，改用蒸汽吹灰器。在對流管束/低過布置6套長伸縮式蒸汽吹灰器（左、右側(cè)對稱布置）；下部低過出口與省煤器、空預(yù)器區(qū)域布置8套固定旋轉(zhuǎn)式蒸汽吹灰器。

4.3旋風(fēng)筒至返料器處因溫度降低、長時間積灰，就可能出現(xiàn)結(jié)焦的現(xiàn)象，造成堵塞。在此處加裝成三角形式不同高度的空氣炮定時清灰防止結(jié)焦。

4.4在爐膛出口增加4片水冷屏，增加換熱面積，降低出口煙溫。

4.5本鍋爐旋風(fēng)分離器出口中心筒原設(shè)計內(nèi)直徑為1400mm，中心筒長度2300mm，材質(zhì)采用ZG8Cr26Ni4Mn3NRe，為提高旋風(fēng)分離器的分離效果，根據(jù)運行情況將其改造為內(nèi)直徑為1270mm，中心筒長度2350mm，采用高溫耐磨材質(zhì)1Cr25Ni20Si2，能夠較好的避免高溫?zé)煔鈱χ行耐驳臎_刷磨損。

4.6通過上述技術(shù)改造，目前機組運行一月有余，高加正常投運，尾部煙道溫度由原來的最高190℃降至140℃～150℃之間，燃料供電單耗由原來的1.6～1.8kg/KWh降至1.35～1.5kg/KWh，大大提高了鍋爐的效率，本次改造是比較成功的。

5. 結(jié)束語

目前國內(nèi)生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐還存在許多共性問題，需經(jīng)過長時間運行探索及發(fā)現(xiàn)問題并對應(yīng)進行技改，形成一套成熟的發(fā)電技術(shù)。

[文章編號]1619-2737（2017）06-19-483