燃煤耦合生物質循環流化床鍋爐設計

鮑麗麗

（太原鍋爐集團有限公司技術中心，山西 太原 030024）

0 引言

我國生物質能源儲量巨大，發展生物質能源具有先天優勢。循環流化床鍋爐由于其自身適用于劣質燃料的特點，使其在生物質耦合發電技術領域具有獨特的優勢。

1 鍋爐參數及燃料選擇

生物質混燒技術最突出的優勢是當生物質與煤混燒時，生物質燃料堿金屬和Cl 的含量通過煤的加入得到稀釋，鍋爐運行中出現的積灰結渣等一系列問題可以得到有效解決，鍋爐可用率可以達到燃煤鍋爐的水平[1]。

1.1 鍋爐參數

鍋爐主要由爐膛、絕熱旋風分離器、自平衡回料閥和尾部對流煙道組成。爐膛采用膜式水冷壁，鍋爐中部是絕熱旋風分離器，尾部豎井煙道布置蒸發管束，兩組對流過熱器，過熱器下方布置兩級三組光管省煤器及一、二次風各三級空氣預熱器。

給煤進料口布置在敷設有耐火材料的爐膛下部還原區，遠離二次風入口點，從而使細煤在被高速氣體夾帶前有較長的停留時間。生物質給料口壓力應比爐膛高并有防堵措施，供方應采取有效措施，以防止熱氣體從爐內反吹。給煤進入爐膛應混合均勻。鍋爐基本參數，如表1 所示。

表1 鍋爐基本參數

1.2 燃料選擇

以蒙東褐煤為例。蒙東褐煤的低位發熱值在3 200～3 600 kcal/kg 之間，煤的顆粒度為0～10 mm。生物質焦炭的低位發熱值約為2 800 kcal/kg，水分質量分數30%～35%，揮發分質量分數58.97%，固定碳質量分數37.42%，灰分質量分數2.78%，生物質秸稈廢料低位發熱值約為2 500 kcal/kg。

根據蒙東褐煤的煤質資料，確定摻燒比例為蒙東褐煤（約占57%）、生物質焦炭（約占33%）、秸稈廢料（約占10%）。

2 燃煤耦合生物質鍋爐的特點

采用循環流化床燃燒方式，在860℃左右的床溫下，燃料和空氣在爐膛密相區內混合，燃料在流態化狀況下進行燃燒并釋放出熱量，高溫物料、煙氣與水冷壁受熱面進行熱交換。煙氣攜帶大量的物料自下而上從爐膛上部的后墻出口煙道切向進入旋風分離器，在旋風分離器中進行煙氣和固體顆粒的分離，分離后潔凈的煙氣由分離器中心筒出來依次流過尾部煙道中的蒸發管束、過熱器、省煤器和空氣預熱器，此時煙溫降至137℃左右排出鍋爐本體；被分離器捕集下來的固體顆粒則通過立管，由返料器直接送回到爐膛，從而實現循環燃燒。因此固體物料（灰、未燃燼碳）在整個循環回路內反復循環燃燒，利用率大大提高。

2.1 高效的循環物料燃燒系統

采用大直徑單筒分離器，加之進口、中心筒的優化，分離器效率更高。匹配流化良好、均勻，阻力適當的布風裝置。

2.2 配風優化，合理的一二次風分配

較低的一次風率，增強爐內還原性氣氛。太原鍋爐集團有限公司的循環流化床鍋爐循環物料系統分離效率極高，循環物料粒徑細，提高了床層質量。爐膛下部處于極強的還原性氣氛，可以有力地抑制燃料氮生成NOx，本項目布風板一次風比例由50%調整為45%。

確保爐膛還原性氣氛、穿透力強的二次風布置。流化床鍋爐密相區燃燒是在還原氣氛中進行的，二次風由稀相區送入爐膛完成燃燒過程，本項目適當提高二次風口高度保證爐膛下部還原氣氛更濃，大大降低NOx排放。

2.3 NOx 原始排放低

足夠細的循環物料。循環流化床鍋爐的氮氧化物主要來源于燃料中的揮發分氮。提高二次風口高度。較低的一次風率，增強爐內還原性氣氛。合理的床溫選擇及控制。爐內溫度場均勻。氧量均勻。

由于采用高效的物料循環系統，爐內不僅物料均勻，下部流化均勻，同時整個爐膛下部氧量均勻。循環流化床鍋爐循環物料系統分離效率極高，循環物料粒徑細，提高了床層質量。爐膛下部處于極強的還原性氣氛，可以有力的抑制燃料氮生成NO。

2.4 關于SO2 排放低

生物質中硫含量低，堿金屬與硫反應生成硫酸鹽，起固硫劑作用，生物質灰中的CaO 含量高，自脫硫能力強。對于摻燒生物質循環流化床鍋爐，生物質燃料本身含硫量低，鍋爐SO2初始排放低。

2.5 鍋爐的選擇性排渣技術的應用

由于鍋爐本身在設計煤種下進行的結構設計，生物質燃料本身受外界影響嚴重，來源不穩定。當實際運行煤種發生改變時，鍋爐運行工況會有較大改變。鍋爐的選擇性排渣技術很好地解決此問題。熱值差距不大時，可通過控制循環物料量的變化來調整運行即可。根據實際煤種下的運行情況，當煤種變化（循環灰量變化）、鍋爐負荷變化時，鍋爐能夠通過調整不同排渣管排渣量這種簡單的方式調整爐膛溫度、循環灰量，保證床溫穩定，使燃燒更充分，煤種適應性更強，各種工況均能達到最佳運行效果。

3 工程應用

摻燒生物質低能耗循環流化床鍋爐，保證鍋爐在低氮燃燒的前提下，提高鍋爐燃燒效率，同時兼顧鍋爐的寬負荷調節與寬煤種適應，保證鍋爐后期的連續安全穩定高效低氮運行。以某項目中1#和2#爐的運行情況為例。

1#爐自2021 年11 月點火以來到2022 年2 月，運行時間3 個月左右，負荷大部分時間60～100 t/h 之間。其中負荷在40%～50%負荷時，主汽溫度520 ℃以上，主汽壓力8.5 MPa，風室風壓一般在6.5 kPa 左右，爐膛差壓一般可以控制到800～1 000 Pa 左右，當爐膛出口負壓提高后，爐膛差壓會增加到1 200～1 300 Pa左右，煤的熱值低灰分大時，爐膛差壓可能會增加到1 400 Pa。床溫一般在760～780 ℃之間。1#爐冷風道風量42 000 時，風室倒渣，一次風提高到50 000 以上，鍋爐運行穩定。1#爐低負荷運行穩定，環保排放達標，主要問題是風量偏低時有倒渣的現象。

2#爐2022 年2 月到3 月運行時間1 個月左右，一直低負荷運行，負荷一般在60 t/h，35%的負荷。基本參數與1#爐一致，但排渣能力比1#爐略強，風室風壓6.5 kPa 左右，爐膛差壓可以控制在500 Pa 左右，床溫明顯更高，可以控制在800 ℃以上。2#爐低負荷運行更穩定，環保排放達標。

4 結語

燃煤耦合生物質循環流化床鍋爐在可靠性、經濟性、環保性等方面有重大突破，可為用戶節省大量的投資與運行費用，帶來巨大的經濟效益。相較于純燃生物質機組、煙氣脫碳等碳減排方案，燃煤機組耦合生物質直燃發電技術在機組效率、投資運行成本等方面均優勢明顯，是目前較為合適的燃煤機組碳減排及生物質能利用方式[2]。