生物質電廠內燃料收貯系統研究

付林云

摘 要 生物質電廠因為燃料的特殊性，收貯系統往往成為其能否成功的掣肘因素，因此設計一套流程合理、運行通暢、適用性強的收貯系統就成了首要任務。本文從燃料進廠、卸料、堆取、存儲的設計論述了適合生物質電廠的收貯系統，并以上海電氣蒙城生物質發電項目為例說明其典型收貯系統的設計合理性。

關鍵詞 生物質電廠；收貯系統；接卸堆取；貯存

前言

隨著環保的要求越來越嚴格，有關部門越來越重視農林業廢棄物的處理問題。農林業廢棄物，統稱為生物質，它是當今世界上僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源[1]；生物質電廠有低碳、環保、節能等優點，利用生物質能發電是我國迫切需要的，也是解決能源出路的最好途徑之一。

燃料收貯系統是生物質電廠中的關鍵環節，電廠的成功與否很大程度上取決于此。從廣義上說，收貯系統包括燃料的收集、運輸、貯存等環節，分布在廠內廠外。狹義的收貯系統只包括廠內的處理環節，廠外環節被劃入收貯運系統。根據工程的具體模式，廠內和廠外設置的環節會有所不同，本研究只論述狹義的收貯系統，即廠內收貯系統。

1 燃料進廠方式和形態分析

1.1 燃料進廠方式分析

農林生物質具有重量輕、體積大、分布面積廣、收獲具有季節性等特點。針對生物質的這些特點，廠外一般采用公路運輸方式。目前，較常見的運輸方式是：個體收購者或農民將收割后留在田間的秸竿集中到田頭或屋前屋后空地上，通過農用車送到就近收購站，在收購站打捆或粉碎后貯存，清除燃料中夾雜磚頭土塊，對含水量大的燃料進行風干，利于進廠燃料質量保證，當電廠需要時，用載重車輛運往電廠燃料堆場。

由于生物質比重輕、體積大，運輸車輛載重量受到限制，當電廠裝機容量在25MW時，每天進入電廠的燃料量在700～800t，每輛車載重按5～10 t計算時，一天按日間運行12小時計算，每小時進廠5～11輛車，幾乎是每隔5～10分鐘就有一輛載重車進廠，在廠內測試水分、計量還需停留1～2分鐘，廠前的燃料進廠道路上車輛將是連續不斷。目前國能集團、大唐、凱迪等所建的生物質電廠，為了減少運輸成本，都配有大車箱專用自卸汽車從收購站運往電廠。

1.2 入廠形態的選擇

從燃料進廠時的形態方面來說，火電廠的燃煤不破碎、不包裝（如裝袋）直接散料進廠；生物質電廠由于燃料的特殊性，其進廠的形態有多種方式，如根據是否破碎、是否打包可分成破碎打包進廠、破碎不打包進廠、不破碎打包進廠、不破碎不打包進廠等方式。

根據含水率是否滿足入爐需求，燃料可分為干料和濕料。根據相關規范要求，硬質秸稈及輔助燃料的廠外收貯站，應對燃料進行晾曬及破碎處理，軟質秸稈入廠前宜在廠外的收貯站晾曬及打包，故一般情況下建議廠外晾曬處理燃料，保證進廠的燃料符合燃燒要求，而不需在廠內再作處理。

比較來說，破碎晾曬環節放在廠內，用電成本相對高，電廠占地面積會大大增加，但可作一體化管理；破碎晾曬環節放在廠外，可根據具體情況申請農業用電和用地，故用電成本相對低，電廠占地面積相對較小，但需分散管理。根據對燃料的要求，在物流入廠門衛處設置地磅和水分檢測等設備。進廠燃料的形式選擇需結合廣義的收貯系統統一考慮。

2 燃料接卸堆取和貯存比較

2.1 燃料接卸堆取比較

（1）燃料接卸方式。燃料進廠后有兩種接卸方式——汽車自卸，起重機或抓料機卸車。燃料接卸方式和上料方式有很大關系，總的也有兩種——鏟運機上料和起重機上料。先介紹各種不同的方式如下。

①汽車自卸的接卸方式，根據設施不同可分為如下三種[2]：a.硬質秸稈及輔助燃料可采用汽車卸料溝接卸，也可直接卸入秸稈倉庫、半露天堆場或露天堆場。b.采用汽車卸料溝卸料時，卸料溝的長度及容量應根據運輸汽車的型號、卸料方式、來車頻率等條件確定，其輸出能力應與卸車出力相適應。c.條件合適時，可采用活底料倉接卸燃料。當采用活底料倉卸料時，活底料倉的輸出能力與卸車能力及系統輸出能力相適應。

其中，汽車卸料溝、活底料倉是自動化堆料的前提，亦即是如果需設置自動化堆料流程（往往伴隨自動化取料），那么必須設置前兩種卸料方式。而直接自卸式適用于非自動化流程，人工參與度較高。

②起重機或抓料機卸車方式。抓料機卸車的能力小，效率低，一般只適合少量的卸料工作，如板車運料進廠的卸車，故不是整個電廠卸車的主力。一般設備卸車的主力是起重機，如秸稈堆碼起重機。它們的適應范圍如下：

a.采用秸稈倉庫貯存軟質秸稈包料時，宜在秸稈倉庫設橋式秸稈堆碼起重機進行接卸，秸稈堆碼起重機數量不宜少于兩臺。b.采用半露天或露天燃料堆場貯存軟質秸稈時，可在燃料堆場設橋式起重機、移動式抓料機、固定旋轉式抓料機或叉車進行秸稈的堆料和取料作業。

（2）燃料堆取方式。燃料的堆取方式和接卸方式緊密相關，因為設計時盡量減少設備種類和數量，故將設備最大程度重復利用，堆取設備和接卸設備往往是同一種。一般有如下幾種情況：

①前端裝載機+鏟運機形式。當燃料以散裝堆存時，可用前述設備進行堆料和取料。它一般適用于汽車自卸方式入廠的燃料。②鏟運機機+抓斗起重機的形式。不管燃料以何種方式入廠，都可采用前述設備進行堆取作業，有時甚至可以只用起重機。如果是散料進廠，可用抓斗起重機造堆，鏟運機上料；也可造堆和上料均使用抓斗起重機。③秸稈碼垛起重機+鏈條輸送機+破包機的形式。當秸稈打包進廠且打包存放時，可用秸稈碼垛起重機卸車、堆存和上料，并通過鏈條輸送機運至破包機處破包。

（3）優缺點比較。從前述分析可以看出，針對不同條件入廠的燃料，采取的方式就只有1～2種。如散狀入廠，則散狀堆存，亦即散狀上料；這樣一來只有兩種選擇，一是汽車自卸+鏟運機+前端裝載機堆存和上料；二是汽車自卸+抓斗起重機+前端裝載機堆存和上料。如果打包進廠，只能通過秸稈碼垛機進行卸料、堆放和取料，一般在上料之初破包。早期國內有借鑒國外經驗在入爐口破包，但實際運行中效果都差強人意，最后紛紛改造了。下面就散狀燃料的堆取方式做個比較。

①汽車自卸+鏟運機+前端裝載機堆存和上料方式。優點：對料棚要求低，相應的土建造價低，露天料場也可適用。缺點：堆存高度低，可存放的燃料相對就少，作業效率低。

②汽車自卸+抓斗起重機+前端裝載機堆存和上料方式。優點：能堆存高度較高，可有效利用存貯面積；作業效率高。缺點：對料棚要求高，相應的土建造價低。若要用在露天料場，需使用門式起重機。

2.2 料場形式分析比較

根據規范要求，發電廠位于多雨地區時，應根據生物質的物理特性、輸送系統、料場設備及燃燒系統的布置與形式等條件，確定是否設置干料貯存設施。

根據國發〔2013〕37號文件《國務院關于印發大氣污染防治行動計劃的通知》的要求，“電廠內大型煤堆、料堆要實現封閉儲存或建設防風抑塵設施”。據此，廠內料場可設計成三種模式：一是封閉式料倉，二是半封閉式料場加防風網，三是露天料場加防風網。

封閉式料倉是指設頂棚，圍墻的建筑；半封閉式料場是指設頂棚的建筑，可設擋墻和防風網；露天料場不設棚和圍墻。為了盡快排掉積水，干料棚和露天料場一般均做地坪處理，設置排水坡度，并在四周設排水溝。

封閉式料倉和半封閉式料場需根據接卸和堆取設備的設計確定。露天料場的大小可根據場地情況設計，同時寬度應結合土建專業要求，但一般要求單個料場的貯存量不超過2萬噸。

這三種料場形式其各有優缺點。封閉式料場的防火等級高，造成實際可利用料場面積大為縮小，土建成本也高；露天料場加防風網造價高，同時沒有防雨功能，而秸稈類燃料對水比較敏感。半封閉式料棚兼顧了前兩者的優點，又避免了前兩者的缺點，在綜合造價、土地利用率和防雨方面均取得了均衡，故實際設計中一般選擇半封閉式料棚。

根據采取的卸料和堆料形式，料棚的跨度設計有如下兩種：

（1）當卸料或堆取料需用起重機時，料棚一般設計成33m的標準跨度，棚長度可根據場地情況確定。當現場情況限制，跨度達不到33m時，也可適當縮小或加大，一般需在<25m，35m>的范圍內。

（2）當卸料或堆取料不需起重機時，料棚的跨度可與土建商量確定，一般不超過35m為宜。

當鍋爐工藝有混料的需求時，在條件允許時盡量設置在料場混料，條件有限時與鍋爐專業商量后可考慮在緩沖料倉內混料。在料場混料時，一般不設精確配料，而是通過裝載機等模糊配料。在緩沖料倉內混料時，兩種燃料可先落入同一膠帶機上，再進入料倉自動混合。

3 結束語

以上海電氣投資的淮北市杜集區熱電項目為例做燃料收貯系統研究設計，目前該項目已建成，運行良好。本項目規模為2×75 t/h高溫高壓流化床鍋爐，燃料以小麥、玉米、豆類秸稈為主。設計以汽車運輸進廠，軟質秸稈破碎后打包入廠，建筑模板或林業廢棄物大塊進廠，廠內破碎。打包秸稈采用抓斗起重機和裝載機配合卸載、人工拆包、再堆存和取料；其余燃料為自卸、抓斗起重機、裝載機堆存和取料；廠內設3個干料棚，均為半露天料場。

參考文獻

[1] 李維俊，高鵬.生物質能與可持續發展[J].環境與發展，2013，（12）：4-7.

[2] GB50762-2012.秸稈發電廠設計規范[S].北京：中國標準出版社，2012.