生物質循環(huán)流化床鍋爐與鏈條爐技術經(jīng)濟比較

劉明強，臧藏，祖可云，劉凱，朱靜

（中機國能電力工程有限公司，上海 200061）

生物質能是重要的可再生能源，具有資源來源廣泛、利用方式多樣化、能源產(chǎn)品多元化、綜合效益顯著的特點。生物質鍋爐供熱具有清潔環(huán)保經(jīng)濟適用的特點，一是技術比較成熟，工藝簡單；二是大氣污染物排放較少，生物質燃料鍋爐燃燒排放SO2濃度較低，安裝除塵設施后鍋爐煙塵、氮氧化物排放可達到輕油排放標準，以林業(yè)剩余物為主的生物質燃料鍋爐大氣污染物排放可達到天然氣標準；三是經(jīng)濟可行，生物質燃料價格較低，生物質鍋爐供熱有著較為明顯的成本優(yōu)勢；四是分布式供熱，直接在終端消費側替代燃煤供熱，分散布局，運行靈活，適應性強，滿足多元化用熱需求。目前國內生物質燃燒的鍋爐有往復式爐排爐、水冷振動式爐排爐、循環(huán)流化床鍋爐、聯(lián)合爐排鍋、鏈條爐等等。其中鏈條爐和循環(huán)流化床運行較為廣泛。本文對循環(huán)流化床鍋爐和鏈條爐進行分析比較，為生物質鍋爐選型提供依據(jù)。

1 項目簡介

本項目為工業(yè)園區(qū)集中供熱能源站，本期建設1×20t/h天然氣鍋爐和1×20t/h低溫低壓生物質鍋爐。平時運行生物質鍋爐，天燃氣鍋爐作為生物質鍋爐檢修時的備用鍋爐。生物質鍋爐以稻殼成型顆粒為主要燃料。供熱蒸汽參數(shù)為 1．25MPa·g，250℃。

2 爐型比較

2.1 循環(huán)流化床鍋爐

循環(huán)流化床鍋爐主要通過床料的沸騰和混合使燃料能夠呈流化狀態(tài)，從而使燃料有足夠的時間和空間與空氣進行混合達到充分燃燒的效果。可分為鼓泡床和循環(huán)流化床鍋爐，目前電站鍋爐應用較多的是循環(huán)流化床鍋爐，其特點是低溫燃燒、燃料適應性強，燃燒可控性能好等。由于流態(tài)化燃燒的特點，越來越多的電站利用循環(huán)流化床爐型進行生物質燃燒。循環(huán)流化床鍋爐主要有以下幾個特點。

（1）低溫燃燒特性和爐膛溫度均勻性。循環(huán)流化床鍋爐爐膛內大量惰性的床料與燃料之間充分的混合使燃料燃燒放出的熱量能均勻釋放，燃燒效率高，一定程度避免局部高溫。（2）較好的燃料適應性。循環(huán)流化床鍋爐密相區(qū)的床料溫度在800℃左右，熱容量較高，即使燃料的水分高達50%～60%，進入爐膛后也能穩(wěn)定燃燒。（3）循環(huán)流化床鍋爐屬于低溫燃燒，不易結渣，NOx、SO2等污染物排放低，（4）負荷可調性大，一般可滿足30%～100%的負荷運行需要。（5）鍋爐無運動部件，事故率低。自動化程度較高。（6）鍋爐結構較為復雜，且需要返料風機等額外設備，增加了初始設備投資。（7）爐內受熱面磨損較為嚴重，防火耐磨澆筑料成本較高，另外如布風板上的風帽等也需要定期維護更換。（8）煙風系統(tǒng)阻力較高，風機用電量大，機組能耗水平較高。對輔機設備的穩(wěn)定性要求較高。（9）對入爐物料尺寸有一定限制，如不適應灰熔點低于800℃的生物質燃料等。

2.2 鏈條爐

鏈條爐是機械化程度較高的一種層燃爐，因其爐排類似于鏈條式履帶而得名，是工業(yè)鍋爐中使用較廣泛的一種爐型燃燒設備。其工作原理為：通過減速機帶動鏈條爐排轉動，使燃料從前方著火，到鍋爐尾部燃盡，較固定爐排能夠提高燃燒效率，同時鏈條轉到下方時，風冷降溫，能夠保護爐排片不燒損，是層燃爐中較好的一種燃燒設備。鏈條爐排的外形好像皮帶輸送機，其運行過程是燃料從料斗內依靠自重落到爐排前端，隨爐排自前向后緩慢移動，經(jīng)閘板進入爐膛。閘板的高度可以自由調節(jié)，以控制燃料層的厚度。空氣從爐排下面分區(qū)送風室引入，與燃料層運動方向相交。燃料在爐膛內受到輻射加熱，依次完成預熱、干燥、著火、燃燒，直到燃盡。灰渣則隨爐排移動到后部，經(jīng)過擋渣板落入后部水冷灰渣斗，由除渣機排出。

（1）鏈條爐有以下的優(yōu)點：①技術成熟、運行可靠、運行參數(shù)較低。②安裝方便，施工期短，整個工程的造價和運行費用均較低。③運行穩(wěn)定，操作簡單，初始排放濃度低。④輔助設備少，維保管理方便。（2）鏈條爐的缺點為：①不能實現(xiàn)爐內脫硫，煙氣中的SO2對大氣環(huán)境造成污染。②爐內高溫燃燒，易產(chǎn)生大量NOx，對環(huán)境造成污染。③熱效率較低，雖然橫梁式爐排的鍋爐效率達82%，但仍低于循環(huán)流化床。④對負荷變化的適應性較差。

表1 循環(huán)流化床鍋爐與鏈條爐技術經(jīng)濟比較

2.3 技術性能比較

兩種爐型比較，如表1。

根據(jù)表1可知，循環(huán)流化床鍋爐、鏈條爐各有優(yōu)缺點：鏈條爐相對于循環(huán)流化床鍋爐的投資價格要低。同時，循環(huán)流化床鍋爐和鏈條爐維修費用都處于高或較高水平；從防腐和磨損角度上來說，鏈條爐、循環(huán)流化床鍋爐的技術都很成熟。但是鏈條爐的受熱面磨損及澆注料成本更低；從鍋爐故障發(fā)生率來說，循環(huán)流化床鍋爐的故障發(fā)生率較高，鏈條爐的故障發(fā)生率相對少一些；從鍋爐本身燃燒所產(chǎn)生的NOX來講，由于鏈條爐的爐內燃燒溫度相對于循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度要高，因而燃燒產(chǎn)生的NOX相對較高；從鍋爐的燃料燃盡度、燃燒效率和熱效率來講，循環(huán)流化床鍋爐的燃料燃盡度、燃燒效率和熱效率都更好；從燃料適應性來說，鏈條爐對燃料的適應性較強，但是要求鍋爐燃料是單一穩(wěn)定的。而循環(huán)流化床鍋爐的燃料適應性相對差一些，但可以摻燒不同燃料；從廠用電來說，鏈條爐耗電量要小，循環(huán)流化床鍋爐廠用電較高；從脫硫能力來看，鏈條爐相對于循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效果要差；從脫硫成本來看，鏈條爐的NOx排放量更大，氨水的消耗更大，直接影響就是脫硝運行成本更高；循環(huán)流化床鍋爐占地與鏈條爐相差不多，但是高度比鏈條爐高，鍋爐本體室內布置時，循環(huán)流化床鍋爐房高度更高，土建成本更大。

2.4 經(jīng)濟性能比較

20t/h低溫低壓鏈條爐單臺價格約480萬左右（包括鍋爐本體、鋼架、一次儀表閥門、爐排電機），而循環(huán)流化床鍋爐單臺價格630萬左右（包括鍋爐本體、鋼架、一次儀表閥門），初投資比鏈條爐多150萬元。循環(huán)流化床鍋爐耐磨耐火澆筑工作量較大、費用較高，鏈條爐耐火材料澆筑面積要小很多，有些僅需要在爐前以及排渣的局部區(qū)域進行耐火材料澆筑，此部分費用較低。在筑爐費用上，循環(huán)流化床鍋爐比鏈條爐要高出大約60萬左右。循環(huán)流化床鍋爐效率比鏈條鍋燃燒效率高，按高出4%計算，按照固定燃料量計算產(chǎn)出蒸汽量比較，20t/h的鍋爐，每小時多產(chǎn)出0．8噸蒸汽，全年7920小時，蒸汽價格按照260元/噸計算，循環(huán)流化床鍋爐效率比鏈條爐年產(chǎn)出收益多約164．7萬元/年。廠用電方面，工業(yè)電價為0．64元/kW·h，流化床鍋爐效率比鏈條爐電耗高3%計算，在滿負荷條件下運行電耗高出約6kW，全年7920小時，電費高出約3萬元/年。綜合計算可得，循環(huán)流化床鍋爐一次性投資比鏈條爐多210萬元，運行后每年可多收益163．7萬元，1年多即可收回成本。長期來看，循環(huán)流化床的經(jīng)濟性更好。

3 結語

綜上所述，鏈條爐在燃料適應性及預處理、運行成本、負荷調節(jié)能力、維護費用等方面均有較好的表現(xiàn)，具有滿足燃料適應性廣、燃料顆粒度要求低、受熱面磨損小、投資費用低、筑爐費用低、廠用電低等特點，但其熱效率低、負荷調節(jié)能力差。循環(huán)流化床鍋爐投資費用高（相對高35%以上），筑爐費用高，廠用電高（相對高3%，約6kW/臺），但運行熱效率高、鍋爐污染小、負荷調節(jié)能力好。綜合以上優(yōu)缺點，考慮環(huán)保要求越來越高，以及長期收益、運行操作等方面因素，在可接受較高的一次性投資的情況下，應采用循環(huán)流化床鍋爐。