生物質(zhì)燃料特性對生物質(zhì)鍋爐穩(wěn)定運行的影響研究

麥曉峰

摘 要：結(jié)合50 MW生物質(zhì)鍋爐的運行經(jīng)驗，通過對不同的生物質(zhì)燃料進(jìn)行分析，提出了實現(xiàn)生物質(zhì)鍋爐穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素，總結(jié)了切實可行的生物質(zhì)燃料配燒辦法，并指出了不同的生物質(zhì)燃料造成的問題及其解決辦法，為生物質(zhì)鍋爐穩(wěn)定運行提供了可借鑒的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)燃料;生物質(zhì)鍋爐;穩(wěn)定運行

0? ? 引言

生物質(zhì)是指來源于植物的有機物質(zhì)，多為樹頭、樹皮、樹枝和木材行業(yè)的副產(chǎn)品。生物質(zhì)燃料種類繁多、特性各異，給生物質(zhì)發(fā)電廠鍋爐的穩(wěn)定運行帶來了巨大的挑戰(zhàn)。本文以50 MW生物質(zhì)自燃發(fā)電鍋爐為平臺，研究生物質(zhì)燃料特性對工業(yè)規(guī)模生物質(zhì)鍋爐穩(wěn)定運行的影響。生物質(zhì)發(fā)電廠可通過提高燃料品質(zhì)和采用合理的配燒辦法，使生物質(zhì)鍋爐保持在較為穩(wěn)定的工況下運行，并創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)安全和效益的雙贏。

1? ? 設(shè)備介紹

本文研究的50 MW生物質(zhì)自燃發(fā)電鍋爐為華西能源工業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的型號為HX220-9.8-IV1的高溫高壓、單汽包、汽水自然循環(huán)、平衡通風(fēng)的循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐的額定蒸發(fā)量為220 t/h，額定蒸汽出口壓力為9.8 MPa，額定蒸汽出口溫度為540 ℃。設(shè)計燃料為桉樹的皮、葉、根、枝，木材邊角料，甘蔗渣和其他農(nóng)林廢棄物。燃料消耗量設(shè)計值為49 t/h，實際燃料消耗量為60 t/h。鍋爐對燃料的顆粒度要求小于150 mm×80 mm×50 mm。

2? ? 常用的生物質(zhì)燃料

生物質(zhì)燃料以樹皮和木質(zhì)材料為主，根據(jù)地理位置和區(qū)域的產(chǎn)業(yè)鏈有所不同。以廣東省湛江市為例，常用的生物質(zhì)燃料有以下品種：散樹皮、碎樹皮、樹頭、木尾、木邊皮、建筑廢料和木材加工副產(chǎn)品。此外，還有一些不常用的燃料品種：甘蔗渣、稻谷殼、肉桂枝葉、棕櫚殼、花生殼等。常見生物質(zhì)燃料的全水分和熱值可參考表1。

3? ? 生物質(zhì)鍋爐穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素

生物質(zhì)燃料因品種繁多和特性各異，在生產(chǎn)中對生物質(zhì)鍋爐穩(wěn)定運行影響很大。生物質(zhì)燃料構(gòu)成多變，且燃料顆粒度從4 cm至30 cm不等，極端情況下甚至有50 cm長的燃料進(jìn)入爐內(nèi)，這就決定了生物質(zhì)鍋爐難以保持穩(wěn)定運行。

然而，盡管燃料復(fù)雜多變，要實現(xiàn)生物質(zhì)鍋爐穩(wěn)定運行，在燃料環(huán)節(jié)需要把控的只有兩點：控制燃料水分和保持下料順暢。

3.1? ? 控制燃料水分

從表1可以看出，不同的生物質(zhì)燃料水分和熱值區(qū)別較大，且生物質(zhì)鍋爐一般都是小容量鍋爐，其穩(wěn)定性較差，所以當(dāng)不同的生物質(zhì)燃料進(jìn)入爐內(nèi)時，鍋爐的工況馬上會發(fā)生變化。當(dāng)燃用熱值高、水分低的燃料時，鍋爐將快速升溫升壓，容易使汽輪機和發(fā)電機的出力達(dá)到最大限值，生產(chǎn)中可以采取運行調(diào)整措施避免此情況，如調(diào)節(jié)二次風(fēng)量和下料量，進(jìn)而降低機組出力。當(dāng)燃用熱值低、水分高的燃料時，除機組出力顯著下降，還會引起一系列的問題。此類燃料將打破鍋爐穩(wěn)態(tài)，并快速消耗鍋爐內(nèi)的氧氣，鍋爐床溫快速下降，燃燒工況變差，還會導(dǎo)致機組的環(huán)保參數(shù)異常。此時如運行人員干預(yù)調(diào)整，鍋爐將在缺氧和富氧之間波動，導(dǎo)致氮氧化物和二氧化硫快速上升，存在環(huán)保參數(shù)超限的風(fēng)險。針對此情況，除調(diào)整風(fēng)量和下料量，還需要馬上降低入爐燃料的水分，增加高熱值、低水分且流動性好的燃料，使鍋爐重新恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。

3.2? ? 保持下料順暢

生物質(zhì)鍋爐的給料系統(tǒng)采用螺旋式給料機，因燃料的顆粒度差別較大且燃料中含有雜質(zhì)，要實現(xiàn)燃料順暢進(jìn)入鍋爐并不容易。如果能保持燃料的顆粒度在10 cm以內(nèi)，且燃料的流動性較好，實現(xiàn)順暢給料不成問題。但在實際生產(chǎn)中，因為燃料是由顆粒度4～30 cm的不同生物質(zhì)燃料混合而成，所以經(jīng)常出現(xiàn)燃料流動性變差和給料機故障等問題，不僅給運行調(diào)整帶來了困難，而且很大程度上破壞了生物質(zhì)鍋爐的穩(wěn)態(tài)。出現(xiàn)此問題時，運行調(diào)整需要更換燃料，盡快處理給料機異常，調(diào)整燃燒參數(shù)。比起處理辦法，更重要的是如何防范問題發(fā)生。生物質(zhì)鍋爐可從以下幾方面防范下料不暢的問題：

（1）控制燃料的顆粒度。燃料顆粒度越大，其流動性越差，越難順暢下料。在燃料進(jìn)廠環(huán)節(jié)，通過質(zhì)檢控制生物質(zhì)燃料的顆粒度，保證進(jìn)廠燃料顆粒度在合格范圍內(nèi)。在上配料環(huán)節(jié)，需要合理使用破碎機和成品給料機。對于顆粒度大的燃料，必須使用破碎機進(jìn)行破碎。同時，要關(guān)注破碎機的設(shè)備狀況，及時修復(fù)磨損的破碎機刀軸，以免破碎效果差導(dǎo)致下料不暢的問題。

（2）控制燃料的雜質(zhì)。生物質(zhì)燃料一般在山地、田地、木材加工場等易攜帶雜質(zhì)的場所進(jìn)行收集，這決定了生物質(zhì)燃料含有較多的雜質(zhì)。雖然供應(yīng)商會在收集燃料時清除雜質(zhì)，但因為燃料需求量大，往往難以清除全部雜質(zhì)。在燃料進(jìn)廠環(huán)節(jié)，通過質(zhì)檢控制燃料雜質(zhì)，防止雜質(zhì)多的燃料入廠。在廠內(nèi)環(huán)節(jié)，通過人工清除雜質(zhì)和上配料時避開大塊雜質(zhì)的辦法，減少入爐的雜質(zhì)。此外，在上料皮帶處增設(shè)除鐵器，及時清除燃料內(nèi)的鐵塊和鐵釘?shù)冉饘匐s質(zhì)，也能有效減少隨燃料進(jìn)入爐內(nèi)的雜質(zhì)。

（3）入爐燃料預(yù)混合。由于每種燃料的顆粒度不同，將粗細(xì)不同的燃料混合后，能有效改善燃料的流動性，實現(xiàn)下料順暢。在燃料進(jìn)入上料系統(tǒng)前，通過預(yù)混合不同的燃料，使某一時段的燃料品質(zhì)穩(wěn)定且具有適中的流動性，對保持生物質(zhì)鍋爐穩(wěn)定運行具有顯著的幫助。在實際生產(chǎn)中，人工使用機械混合燃料的效果較差，波動性較大;而通過機械式的撥料器能較好地混合不同品種的生物質(zhì)燃料。

4? ? 適合生物質(zhì)鍋爐的配燒辦法

每種生物質(zhì)燃料熱值、水分、顆粒度和價格各不相同，對生物質(zhì)發(fā)電廠運營的影響自然也不同。一般而言，樹皮類燃料水分高、熱值低，但其價格低廉，合理使用將為生物質(zhì)電廠帶來不錯的經(jīng)濟效益。干燃料類（如建筑廢料、木材加工副產(chǎn)品等）屬于水分低、熱值高的燃料，雖然其價格較高，但其易燃燒且流動性好，在處理異常工況和維持機組良好出力方面具有明顯的優(yōu)勢。由此可見，使用單一的生物質(zhì)燃料難以滿足生產(chǎn)需要，將不同的生物質(zhì)燃料混合，能實現(xiàn)鍋爐穩(wěn)定和經(jīng)濟效益之間良好的平衡。