工業園區生物質鍋爐集中供熱項目實踐

符國運

(洋浦新奧能源發展有限公司,海南儋州578001)

1 概述

我國能源消費結構向清潔低碳加快轉變。初步核算,2019年煤炭消費占能源消費總量比例為57.7%,比2012年降低10.8個百分點;天然氣、水電、核電、風電等清潔能源消費量占能源消費總量比例為23.4%,比2012年提高8.9個百分點;非化石能源占能源消費總量比例達15.3%,比2012年提高5.6個百分點,已提前完成到2020年非化石能源消費比例達到15%左右的目標。

為有效提高能源的整體利用效率,解決分散供熱帶來的運行效率低、污染物排放高、運輸量大、土地占用量大、風險點多等問題,國家有序推進工業園區的集中供熱[1]。結合海南林業廢棄物生物質資源豐富的資源稟賦與國家對雙碳目標的要求,擬采用生物質循環流化床鍋爐(簡稱生物質鍋爐)為洋浦經濟開發區集中供應蒸汽,利用不同用戶要求的蒸汽品位差異進行發電,提高能源利用率。

本文對工業園區生物質鍋爐集中供熱項目概況以及能源站設計要點進行介紹。

2 項目概況

2.1 用戶

工業園區蒸汽用戶分為兩種類型:一種是連續性用戶,如石化類、大型糧油加工類。另一種是非連續性訂單式生產用戶,如食品加工、藥品加工、飼料加工等。連續性用戶用汽相對穩定,波動性較小。非連續性訂單式生產用戶一般多為白天用汽,夜間停產,或階段性連續用汽,用汽不穩定、波動性較大。對于全年總用汽量,需根據行業或同類型企業經驗數據進行整體估算,其中非連續性訂單式生產用戶需參照其市場銷售、生產組織情況等進行保守估算。

蒸汽用途可分為2種:一種是用于動力拖動裝置(例如透平帶動水泵、壓縮機),一般使用中壓蒸汽。另一種是用于物料提純及加熱裝置(例如萃取罐、換熱器、夾層鍋等),一般使用低壓蒸汽。動力拖動裝置對進汽參數要求較高,需保證用戶端蒸汽參數穩定在設計區間內。對于物料提純及加熱裝置,無特殊情況下,原則上采用低過熱度的方式進行輸送,蒸汽到達用戶端時接近飽和溫度,或由用戶端設置的減溫減壓裝置調整為飽和蒸汽,可降低沿程產生凝結水造成的蒸汽損失。

2.2 能源稟賦

調查數據顯示,海南省年生物質燃料資源總量約280×104t/a。其中,橡膠規模化種植和每年按比例的更新采伐,為市場貢獻了116.57×104t/a的生物質燃料,是島內生物質燃料的主要來源。其次為桉樹林相關剩余物約95.71×104t/a,兩項合計達到212.28×104t/a,占海南省年生物質燃料總量的75.8%。因此,海南省適合推廣使用生物質鍋爐。

2.3 工藝流程與主要設備

島內各地林業廢棄物經收集運輸至固定場所,進行初步破碎,尺寸控制小于8 cm并經初步去雜后用汽車運輸到能源站秸稈倉庫內。在秸稈倉庫內,將干料與濕料摻配好后,經轉運皮帶輸送至生物質鍋爐內進行燃燒。鍋爐產生的中壓蒸汽一部分經中壓分汽缸及相應管道供至中壓蒸汽用戶,另一部分經中壓分汽缸、汽輪發電機、低壓分汽缸及相應管道供至低壓蒸汽用戶,汽輪發電機產生的電力輸送至廠內高壓母線饋入電網。

循環流化燃燒方式對于生物質燃料的種類、破碎程度、水分、雜質含量等方面的變動均有較寬泛的適應性[2]。能源站設置2臺額定蒸發量45 t/h生物質鍋爐,1臺額定蒸發量50 t/h冷凝式天然氣蒸汽鍋爐(備用),1臺額定發電功率2.5 MW汽輪發電機(自發自用,余電上網),配套存料、制水、脫硝、除塵等設施。蒸汽管網約11 km。滿負荷生產情況下全年可外供蒸汽60×104t/a。目前,共有用戶11家,包括石化、糧油加工、飼料生產、泡沫制品、布草洗滌、醫藥生產、食品生產等企業。

3 能源站設計要點

3.1 平面布置

能源站總占地面積為28 000 m2。能源站呈較為規整的矩形,北側緊靠嘉洋路東段,西側、南側和東側為開發區空地。四周設有實體圍墻。根據選址條件、工藝流程、安全間距等各方面的要求,能源站分為主廠房區、儲運區、廠前區。能源站平面布置見圖1。圖中僅給出主要廠房。

① 主廠房區

包括主廠房、空壓機房、高壓變頻器室、除塵器房、引風機房、氨水罐區、灰庫、渣庫、消防水罐、化學水處理室外設施、計量調壓柜等。主廠房包括除氧料倉間、生物質鍋爐房、燃氣鍋爐房、化學水處理車間、汽輪機房等。

② 儲運區

包括秸稈倉庫1、秸稈倉庫2、輸料棧橋、地磅等。秸稈倉庫1布置在北側,秸稈倉庫2布置在南側。輸料棧橋布置在兩個秸稈倉庫中間,直接通往主廠房的除氧料倉間,地磅布置在廠區西側的物料出入口處。

③ 廠前區

包括辦公樓、雨水調節池、非機動車停放區、機動車停放區、門衛室等設施。

3.2 生物質燃料儲存

秸稈倉庫1內設有落料口,可將生物質燃料推入地下廊道內的轉運皮帶并經輸料棧橋送至爐前料倉。秸稈倉庫2更多用于堆存與摻配成品物料,通過推料方式經由秸稈倉庫1送入輸料棧橋,再送至爐前料倉。

秸稈倉庫1長96 m,跨度為30 m,儲存面積約2 880 m2,設置3 m高擋墻,擋墻上部設置防風抑塵網。秸稈倉庫1主要堆存廠外破碎后的生物質燃料,燃料堆積密度按0.25 t/m3計算,可儲存生物質燃料約2 000 t。

秸稈倉庫2長96 m,雙跨結構,每跨30 m,總儲存面積約5 760 m2,設置3 m高擋墻,擋墻上部設置防風抑塵網。秸稈倉庫2南側燃料堆積密度按照0.45 t/m3計算,北側燃料堆積密度按0.15 t/m3計算,可儲存生物質燃料約5 000 t。

2座秸稈倉庫共可儲存生物質燃料約7 000 t,理論上可滿足2臺生物質鍋爐約8 d的用量。2座秸稈倉庫之間設通車開間,方便生物質倒料和堆存。在實際運行中,在考慮料場內預留通道、汽車回轉半徑及實際可堆高度等因素后,2座秸稈倉庫實際可儲存生物質燃料約4 500 t。

3.3 灰渣儲存

① 除灰系統

飛灰收集采用正壓濃相氣力輸送系統,每臺生物質鍋爐為1個獨立的輸送單元。飛灰由除塵器灰斗集中后,經輸灰倉泵送至灰庫儲存,每臺生物質鍋爐設1根輸送灰管。

灰庫采用鋼結構,內直徑8 m,有效容積500 m3,可儲存生物質飛灰約150 t,理論上滿足2臺生物質鍋爐運行約3 d產生的灰量。實際運行中,單臺生物質鍋爐滿負荷排灰量約25 t/d,與設計值相近。

② 爐渣輸送系統

鍋爐產生的爐渣經冷渣器冷卻至100 ℃以下,采用帶式輸送機收集后轉運至渣庫存放,定期由汽車外運進行綜合利用。

圖1 能源站平面布置

渣庫采用鋼結構,內直徑5 m,有效容積60 m3,堆渣密度按照0.5 t/m3計算,可儲渣約30 t,理論上可以滿足2臺生物質鍋爐運行約5 d產生的渣量。實際運行中,單臺生物質鍋爐滿負荷排渣量遠超設計值,分析原因主要與僅對林業廢棄物進行普通收集、堆放與運輸,未進行凈化處理,含雜較多有關。

3.4 水電供應

能源站水源為市政自來水,滿負荷下單臺生物質鍋爐供水量約65 t/h,鍋爐水質符合GB/T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》要求。

采用10 kV電壓等級接入電網。汽輪發電機出線電壓為10.5 kV,發電機采用單母線分段接線,出口設斷路器,以兩回10 kV線路接入系統變電所10 kV母線,與系統并網。

3.5 環保系統

① 脫硫系統

生物質鍋爐主要燃料為林業廢棄物,燃料自身含硫量較低,經測算生物質鍋爐尾部排放煙氣二氧化硫質量濃度不超過35 mg/m3,因此未設計脫硫系統。實際運行中,排放煙氣二氧化硫質量濃度小于5 mg/m3。

② 脫硝系統

生物質鍋爐采用SNCR(選擇性非催化還原法)+SCR(選擇性催化還原法)聯合脫硝方案。先在鍋爐出口高溫區噴入稀釋氨水進行SNCR脫硝,未反應完成的氨水隨煙氣進入高溫省煤器后進行SCR脫硝,實現二級脫硝。

截至目前,除燃用個別批次生物質燃料、負荷波動較大的情況外,排放煙氣氮氧化物質量濃度均小于50 mg/m3。SCR催化劑可長期連續運行,未發生催化劑中毒導致失效的現象。

③ 煙氣除塵措施

生物質鍋爐配套高效布袋除塵器,考慮到可能出現生物質燃料未燃盡狀態下的火星被帶出鍋爐,從而造成布袋燒壞,在布袋除塵器入口段設置旋風筒,將未燃盡的顆粒物從煙氣中分離。煙氣除塵裝置可確保排放煙氣煙塵質量濃度小于10 mg/m3。

4 結束語

海南地區生物質燃料資源豐富,適合發展生物質燃料集中供熱項目。能源站布局合理,方便生物質燃料儲存與上料。能源站于2020年8月投產,總體運行平穩,污染物排放水平理想。