摘要:生物質(zhì)能是主要的可再生能源。分析了生物質(zhì)發(fā)電現(xiàn)狀,針對(duì)國能臨沂生物質(zhì)電廠秸稈鍋爐的調(diào)試和運(yùn)行研究,分析了鍋爐點(diǎn)火條件、鍋爐負(fù)荷控制方法、鍋爐負(fù)壓控制方法、蒸汽壓力控制方法和鍋爐停爐方法;討論了設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際運(yùn)行情況的差異，總結(jié)了調(diào)試過程中的技術(shù)改造和優(yōu)化項(xiàng)目。為生物質(zhì)鍋爐設(shè)計(jì)、調(diào)試、改造和運(yùn)行提供了參考。

　　關(guān)鍵詞:生物質(zhì),鍋爐,調(diào)試,運(yùn)行

　　0前言

　　我國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主,煤炭所占比重達(dá)70%左右。燃煤電廠要消耗大量不可再生能源,同時(shí)造成了嚴(yán)重大氣污染。為保證我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康、快速、協(xié)調(diào)發(fā)展,必須大力發(fā)展可再生能源和提高能源用率。目前對(duì)可再生能源的大規(guī)模開發(fā)利用主要為風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能。

　　生物質(zhì)是指有機(jī)物中除化石燃料外的所有來源于動(dòng)、植物能再生的物質(zhì)。生物質(zhì)能則是指直接或間接地通過綠色植物的光合作用,把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和貯藏在生物體內(nèi)的能量。生物質(zhì)包括林木廢棄物(木塊、木片、木屑、樹枝等)、農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、有機(jī)物加工廢料、人畜糞便及城市生活垃圾等。在歐洲,尤其是北歐的一些國家利用秸稈發(fā)電已經(jīng)有10余年的歷史。世界上第1座生物質(zhì)秸稈發(fā)電廠于1988年在丹麥投產(chǎn)(Haslev,5MW),如今丹麥已建成100多家秸稈發(fā)電廠,秸稈發(fā)電量占該國總發(fā)電量的24%。目前,世界上最大的秸稈發(fā)電廠是位于英國坎貝斯的Elyan生物質(zhì)能發(fā)電廠,裝機(jī)容量為38MW。生物質(zhì)焚燒發(fā)電國際上技術(shù)比較成熟的為丹麥BWE公司。

　　目前,生物質(zhì)能源的研究與開發(fā)已成為世界各國政府和科學(xué)家研究的諸多熱門課題之一。將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為高品位能源在國外已具有相當(dāng)可觀的規(guī)模,以美國、瑞典和奧地利三國為例,用生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為其他能已分別占該國一次能源消費(fèi)量的4%,16%和10%,在美國,生物質(zhì)發(fā)電的總裝機(jī)容量已超過10000兆瓦,單機(jī)容量達(dá)10～25兆瓦。自1992年世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)后,歐美國家開始大力發(fā)展生物質(zhì)能。歐盟規(guī)劃2010年可再生能源比例達(dá)12%,每年可替代2000萬t石油,其中成本較低的生物質(zhì)能約占80%。美國1999年明確提出規(guī)劃到2010年生物制品及生物質(zhì)能的產(chǎn)量將為當(dāng)時(shí)水平的3倍,生物質(zhì)能比達(dá)10%。由此可見,生物質(zhì)能在一些發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較為廣泛。我國利用此項(xiàng)技術(shù)大力發(fā)展的公司為國能生物發(fā)電有限公司,其他如中國節(jié)能投資公司,江蘇國信集團(tuán)公司等也正尋求此類技術(shù)大力發(fā)展生物發(fā)電。中央企業(yè)“優(yōu)質(zhì)服務(wù)年”中,國家電網(wǎng)公司在向社會(huì)公開承諾的八項(xiàng)優(yōu)質(zhì)服務(wù)中,明確提出將向社會(huì)輸送10.6億kWh綠色電力。為實(shí)現(xiàn)承諾,國能生物發(fā)電有限公司正全力推進(jìn)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目開工投產(chǎn)步伐。目前,公司已有30個(gè)項(xiàng)目并網(wǎng)發(fā)電,10幾個(gè)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目得到核準(zhǔn)或在建。

　　國能臨沂生物發(fā)電有限公司是國能生物發(fā)電集團(tuán)的第三代生物發(fā)電機(jī)組的樣板示范工程。本文針對(duì)該廠生物質(zhì)鍋爐,進(jìn)行了鍋爐運(yùn)行特性研究。

　　1鍋爐設(shè)備簡介

　　國能臨沂生物發(fā)電機(jī)組#1鍋爐是采用丹麥BWE公司生物質(zhì)直燃技術(shù)。130t/h（YG-130/9.2-T2）振動(dòng)爐排高溫高壓蒸汽鍋爐，為自然循環(huán)、單汽包、單爐膛、平衡通風(fēng)、室內(nèi)布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、底部支撐結(jié)構(gòu)型鍋爐。

　　本鍋爐設(shè)計(jì)燃料為枝椏、樹皮、木屑、木片灰色秸稈，輔助燃料為小麥秸稈、玉米秸稈、棉花秸桿等。采用前墻拋料形式給料，配有點(diǎn)火油系統(tǒng)。生物質(zhì)燃料含有包括氯化物在內(nèi)的多種鹽，燃燒產(chǎn)生的煙氣具有很強(qiáng)的腐蝕性。因此，在高溫受熱面的管系采用特殊的材料與結(jié)構(gòu)，以及有效的除灰措施，防止腐蝕和大量渣層的產(chǎn)生。

　　鍋爐燃燒設(shè)備與煤粉爐有較大的區(qū)別,它是由秸稈給料機(jī)、爐膛、水冷振動(dòng)爐排、一、二次風(fēng)管、拋料風(fēng)管等設(shè)備組成。本鍋爐采用水冷振動(dòng)爐排加爐前氣力給料的燃燒方式。鍋爐汽水系統(tǒng)采用自然循環(huán)，爐膛外集中下降管結(jié)構(gòu)。該鍋爐采用“M”型布置，爐膛和過熱器通道采用全封閉的膜式壁結(jié)構(gòu)，保證鍋爐的嚴(yán)密性能。過熱蒸汽采用四級(jí)加熱，三級(jí)噴水減溫的方式，使過熱蒸汽溫度有很大的調(diào)節(jié)裕量。尾部豎井布置兩級(jí)省煤器，一級(jí)高壓煙氣冷卻器和三級(jí)低壓煙氣冷卻器�？諝忸A(yù)熱器布置在煙道以外，采用水作為媒介的加熱方式，有效避免了尾部煙道的低溫腐蝕。經(jīng)過煙氣冷卻器的煙氣和飛灰，由引風(fēng)機(jī)吸入布袋除塵器凈化，最后經(jīng)煙囪排入大氣。

　　給料系統(tǒng)由中轉(zhuǎn)料倉、取料機(jī)、落料斗、螺旋給料機(jī)、落料管、插板門以及膨脹節(jié)組成。爐前兩個(gè)中轉(zhuǎn)料倉用來接收和儲(chǔ)存燃料系統(tǒng)傳輸來的燃料，燃料由中轉(zhuǎn)料倉底部的螺旋收集機(jī)經(jīng)落料斗輸送到螺旋給料機(jī)，每個(gè)螺旋收集機(jī)對(duì)應(yīng)3個(gè)螺旋給料機(jī)，燃料最終經(jīng)過6個(gè)螺旋給料機(jī)由播料風(fēng)吹入爐膛。播料風(fēng)取自高壓空氣預(yù)熱器后的熱風(fēng)。燃料由于強(qiáng)風(fēng)的作用進(jìn)入爐膛時(shí)被拋至爐排中、高端處，由于高溫?zé)煔夂鸵淮物L(fēng)的作用逐步預(yù)熱、干燥、著火、燃燒。隨著振動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作，燃料邊燃燒邊向爐排低端運(yùn)動(dòng)，直至燃盡，最后灰渣落入爐前的出渣口。在排渣口下方設(shè)有撈渣機(jī)，能使灰渣安全有效地排出爐外。在二、三煙氣通道下方設(shè)有一個(gè)落灰口，從過熱器落下的灰渣墜落后進(jìn)入下方的撈渣機(jī)，排出爐外。

　　振動(dòng)爐排由振動(dòng)機(jī)構(gòu)、風(fēng)室、支撐件和爐排水冷壁組成，爐排水冷壁由全膜式壁組成，其上開有很多ф4.5的小孔，作為一次風(fēng)的通風(fēng)口，爐排下部是風(fēng)室。一次風(fēng)進(jìn)入爐底風(fēng)室后再由水冷壁上的小孔進(jìn)入爐膛，為燃燒提供所需的氧。在鍋爐前后墻各布置有許多二次風(fēng)口，這些二次風(fēng)約占總風(fēng)量的一半。二次風(fēng)在鍋爐的燃燒中起到十分關(guān)鍵的作用，二次風(fēng)攪拌爐內(nèi)氣體使之混合，使?fàn)t內(nèi)煙氣產(chǎn)生漩渦，延長懸浮的飛灰及飛灰可燃物在爐內(nèi)的行程，它的合理使用可以使飛灰量減少，使飛灰可燃物降低。另外對(duì)懸浮可燃物供給部分空氣，有利于提高鍋爐熱效率，有利于降低鍋爐初始排煙濃度，有利于鍋爐的節(jié)能和環(huán)保。一、二次風(fēng)量各約占總空氣量的50%，調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)量、給料量，可以使鍋爐負(fù)荷在40%--100%之間調(diào)節(jié)。

　　鍋爐采用輕柴油點(diǎn)火啟動(dòng)，在爐膛右側(cè)墻裝有啟動(dòng)燃燒器。

　　2鍋爐運(yùn)行特性研究

　　2.1鍋爐點(diǎn)火

　　鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火時(shí),用燃燒器點(diǎn)燃燃料,爐排上布好一定厚度的燃料，由燃燒器逐步加熱直至引燃。冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制汽包上、下壁溫差在50℃內(nèi)。根據(jù)點(diǎn)火以后爐膛溫度、汽包上下壁溫的變化,燃燒后鍋爐排渣以及振動(dòng)爐排的投入等情況,按照鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)升溫升壓曲線的控制要求,總結(jié)鍋爐點(diǎn)火

　　過程為:當(dāng)鍋爐具備點(diǎn)火條件后,首先通過爐前上、給料系統(tǒng)爐在排上布好一定厚度的燃料，啟動(dòng)引風(fēng)機(jī),調(diào)整引風(fēng)機(jī)入口檔板,保持爐膛負(fù)壓為-50Pa左右，點(diǎn)燃燃燒器由燃燒器逐步加熱直至引燃燃料。在啟動(dòng)引風(fēng)機(jī),調(diào)整引風(fēng)機(jī)入口檔板,保持爐膛負(fù)壓為-50Pa左右,根據(jù)燃料燃燒情況啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)調(diào)整爐膛負(fù)壓加強(qiáng)燃燒,根據(jù)燃燒情況和爐排上存料實(shí)際，適時(shí)啟動(dòng)爐前給料系統(tǒng)和爐排振動(dòng)裝置。根據(jù)燃料量的多少調(diào)整振動(dòng)爐排的振動(dòng)時(shí)間、振動(dòng)頻率,點(diǎn)火成功后,按鍋爐升溫升壓曲線控制燃燒速度。

　　如圖1所示。

　　鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)飽和蒸汽溫度與溫升率曲線

　　Drumsaturatedsteamtemperature[℃]汽包飽和蒸汽溫度[℃]

　　Drumsteamtemperaturegradient[℃/min]汽包蒸汽溫度升高速率[℃/分鐘]

　　2.2鍋爐負(fù)荷控制

　　鍋爐正常運(yùn)行時(shí),對(duì)負(fù)荷的調(diào)整要靠改變?nèi)剂先霠t量來完成。一次風(fēng)量用于保證爐排面上燃料著火燃燒,二次風(fēng)量用于加強(qiáng)燃料著火后的煙氣擾動(dòng),及時(shí)補(bǔ)充燃燒所需氧量,使秸稈燃燒完全,提高鍋爐熱效率。負(fù)荷控制操作時(shí),應(yīng)通過調(diào)節(jié)中轉(zhuǎn)料倉內(nèi)的取料機(jī)轉(zhuǎn)速來控制鍋爐負(fù)荷,爐前給料量的給料能力必須始終大于取料機(jī)的給料量,防止秸稈在給料機(jī)中堵塞。進(jìn)行鍋爐負(fù)荷調(diào)整時(shí)需加強(qiáng)鍋爐燃燒狀況監(jiān)視,同步調(diào)整鍋爐配風(fēng)及爐排工作狀況,確保鍋爐燃燒穩(wěn)定、充分。

　　鍋爐運(yùn)行時(shí),過熱器后煙氣中氧量理論上控制在3%～5%,低負(fù)荷時(shí)氧量可高些,高負(fù)荷時(shí)氧量低些。實(shí)際運(yùn)行中氧量可稍大一些以保證燃燒充分，鍋爐在80%～100%負(fù)荷運(yùn)行時(shí),氧量宜控制在4-6%左右。由于鍋爐存在大量漏風(fēng),燃燒區(qū)域集中在爐膛前部,火焰充滿度很差,導(dǎo)致燃燒區(qū)域氧量供應(yīng)不足,后部的氧量不能補(bǔ)充到燃燒區(qū)域,就被抽出爐膛,造成了氧氣的浪費(fèi)。爐膛前部的漏風(fēng)雖然能起助燃作用,但是以犧牲了送風(fēng)機(jī)的熱空氣為代價(jià)調(diào)整時(shí)只能根據(jù)爐膛溫度的變化進(jìn)行調(diào)整,所以調(diào)整負(fù)荷時(shí)要充分考慮一、二次風(fēng)的配比與燃料的進(jìn)料量相適應(yīng)，保持最佳過量空氣系數(shù)。

　　機(jī)組增長負(fù)荷時(shí),先增加送風(fēng)量,在增加燃料量,降負(fù)荷時(shí)應(yīng)反向操作。根據(jù)負(fù)荷高低調(diào)整好一、二次風(fēng)門的大小、爐排的振動(dòng)時(shí)間和頻率等。

　　2.3爐膛負(fù)壓控制

　　本鍋爐燃燒時(shí)平衡通風(fēng)。鍋爐說明書規(guī)定:鍋爐運(yùn)行時(shí),爐膛出口煙氣壓力控制在-50Pa～-100Pa為宜。此時(shí)燃燒效率高,爐膛不向外冒煙,鍋爐房衛(wèi)生環(huán)境狀況好。

　　但是在運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn),爐膛負(fù)壓波動(dòng)比較大,一般波動(dòng)范圍為-800Pa～400Pa,尤其爐排振動(dòng)時(shí)波動(dòng)更大。由于燃料著火點(diǎn)低,又容易燃燒,為防止?fàn)t膛產(chǎn)生正壓,引起火災(zāi)或影響鍋爐房的衛(wèi)生,設(shè)定最高值不超過0Pa；為了保證燃燒經(jīng)濟(jì),減小漏風(fēng)、減小熱損失及保護(hù)爐墻等,設(shè)定爐膛負(fù)壓最大不超過-1200Pa,當(dāng)超過200Pa或-2000Pa時(shí)延時(shí)5s時(shí),鍋爐聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作,送風(fēng)機(jī)以后的設(shè)備全部跳閘,切斷燃料供應(yīng),緊急停爐,待排除故障后,才可重新點(diǎn)火運(yùn)行。因此設(shè)定負(fù)壓波動(dòng)范圍比較大,由于負(fù)壓的大幅擺動(dòng),使負(fù)壓值常常超出設(shè)定范圍,后改為-2000Pa～400Pa。為使負(fù)壓波動(dòng)時(shí)能及時(shí)調(diào)整,避免爐膛產(chǎn)生正壓和較大的負(fù)壓,正常時(shí)負(fù)壓保持在-100Pa左右運(yùn)行。如果要保持較小的負(fù)壓,增加鍋爐效率,必須減小爐膛漏風(fēng),調(diào)整爐排的振動(dòng)幅度。

　　2.4蒸汽壓力控制

　　通過控制燃料量及風(fēng)量的大小進(jìn)行壓力調(diào)整,調(diào)整時(shí)要注意掌握超前量。

　　由于爐前給料系統(tǒng)輸送燃料量無法精確計(jì)量,調(diào)整時(shí)以爐膛出口煙溫的變化和煙氣含氧量的變化趨勢(shì)為參照點(diǎn),進(jìn)行鍋爐出力及汽壓調(diào)整時(shí)具有較大的時(shí)間延遲,為防止鍋爐超壓,鍋爐正常運(yùn)行期間汽包壓力維持在額定壓力稍低一點(diǎn)的水平。

　　由于汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)最大出力可至33MW,故在鍋爐正常運(yùn)行中,過熱蒸汽壓力可通過調(diào)整機(jī)組發(fā)電功率來控制,而不采用對(duì)空排汽閥或安全閥進(jìn)行壓力調(diào)整,以減少機(jī)組熱損失。

　　事故情況下,通過調(diào)整機(jī)組出力壓力仍控制不住時(shí)可開啟對(duì)空排汽閥泄壓。同時(shí)進(jìn)行調(diào)整,降低送風(fēng)量及入爐燃料量,降低燃燒強(qiáng)度。

　　2.5正常停爐

　　正常停爐時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行,正常停爐的次序是逐漸減少燃料的供應(yīng)量,同時(shí)先逐漸減小送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,再減小引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以保持適當(dāng)?shù)臓t膛負(fù)壓。視爐膛出口煙溫及汽溫狀況關(guān)閉一、二級(jí)減溫水調(diào)整門前后手動(dòng)門,停止使用減溫水。但是,送風(fēng)機(jī)的開度不能迅速關(guān)小,應(yīng)使燃料燃燒充分，保持好爐膛負(fù)壓,防止秸稈被抽吸到尾部煙道產(chǎn)生二次燃燒。

　　停爐過程中不能迅速降低鍋筒內(nèi)壓力,降壓過程同常規(guī)鍋爐。同時(shí)控制鍋筒上、下壁溫差不得超過50℃。

　　汽溫降至汽機(jī)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定打閘溫度后汽機(jī)打閘,鍋爐通過對(duì)空排汽門控制汽包壓力,全開疏水門。停爐過程中,應(yīng)將料倉中的燃料燒完。對(duì)爐前料倉層、取、給料機(jī)附近的散落燃料全部送入爐內(nèi)燒盡,并走空給料機(jī)內(nèi)的燃料。當(dāng)所有的燃料燒完畢、爐排上沒有燃料后,仍應(yīng)使引風(fēng)機(jī)運(yùn)行不少于5min對(duì)爐膛進(jìn)行吹掃,徹底排除爐內(nèi)存在可燃?xì)怏w。但是由于秸稈燃燒時(shí)間比較長,停止供料后,鍋爐內(nèi)的燃料還要燃燒很長時(shí)間,時(shí)間的長短要看燃料的性質(zhì)、爐內(nèi)堆積燃燒的程度等情況,直到爐膛溫度下降至200℃時(shí),才認(rèn)為燃料已燃盡,才能停止送、引風(fēng)機(jī)。經(jīng)過運(yùn)行調(diào)整,生物質(zhì)鍋爐能夠滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

　　滿負(fù)荷時(shí)運(yùn)行參數(shù)如表3所示。

　　負(fù)荷MW主汽壓力MPa主汽溫度℃主汽流量t/h給水流量t/h總風(fēng)量T/h預(yù)熱器后風(fēng)溫℃

　　31.69.1531132138130.196.5

　　爐膛溫度℃爐膛負(fù)壓Pa排煙溫度℃煙氣含氧量%汽包水位mm送風(fēng)機(jī)電流A引風(fēng)機(jī)電流A

　　930-100132483442

　　3.調(diào)試中的優(yōu)化改造

　　3.1振動(dòng)爐排間隙

　　振動(dòng)爐排在鍋爐吹管時(shí)就經(jīng)常振不起來，后發(fā)現(xiàn)爐排兩側(cè)外側(cè)間隙不夠，擴(kuò)大間隙，并檢查擴(kuò)大4片爐排之間的間隙于10月10日點(diǎn)火，12日校安全門時(shí)發(fā)現(xiàn)仍然振不起來，停爐處理，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)爐排兩側(cè)高度間隙不夠，應(yīng)為13.5mm,并擴(kuò)大爐排4片之間的間隙由2mm至4mm，處理后冷態(tài)試運(yùn)正常，100%負(fù)荷，啟動(dòng)電流79A，50%負(fù)荷，電流55A,于13日點(diǎn)火，爐排聯(lián)鎖投入，振動(dòng)正常，有時(shí)出現(xiàn)不振的現(xiàn)象，經(jīng)改變頻率手動(dòng)進(jìn)行正常，建議以后的操作發(fā)現(xiàn)不振，改手動(dòng)，正常后投入聯(lián)鎖。

　　改造前

　　改造后

　　改造垂直間隙至13mm

　　3.2落料管撥料板改造

　　落料管內(nèi)的三通撥料板為機(jī)翼式，兩片尾翼設(shè)計(jì)為等距，存在的問題是等距尾翼左右擺動(dòng)#1-6給料機(jī)平均給料機(jī)會(huì)，但是因#1、6號(hào)靠近水冷壁（水冷壁吸熱）且在爐排邊緣（風(fēng)壓低缺氧），造成此處的燃燒不充分出生料。通過將撥料板外側(cè)尾翼板截短的辦法減少#1、6給料機(jī)的料量，從而使得整個(gè)爐排上的#2、3、4、5給料機(jī)對(duì)應(yīng)的區(qū)域相對(duì)于#1、6給料機(jī)對(duì)應(yīng)的爐排區(qū)域燃料厚一點(diǎn)，保證了燃燒溫度場(chǎng)的穩(wěn)定和燃燒充分。

　　3.3引、送風(fēng)機(jī)耦合器初始轉(zhuǎn)速校訂

　　引、送風(fēng)機(jī)液力耦合器輸出初始轉(zhuǎn)速高，吸風(fēng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速為827r/min,送風(fēng)機(jī)457r/min，造成帶負(fù)荷啟動(dòng)，造成廠用電的浪費(fèi)且存在安全隱患，聯(lián)系廠家來人調(diào)整零位，發(fā)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)液力耦合器勺管裝錯(cuò)方向，調(diào)整后吸風(fēng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速為364r/min,送風(fēng)機(jī)141r/min，達(dá)到了預(yù)期目的。

　　4結(jié)論

　　秸稈燃料為低碳燃料,且硫含量、灰含量均比目前大量使用的煤炭低,是一種較為“清潔”的燃料,在有效的排污保護(hù)措施下發(fā)展秸稈發(fā)電,會(huì)大大地改善環(huán)境質(zhì)量,對(duì)環(huán)境保護(hù)非常有利。生物質(zhì)鍋爐通過調(diào)試和滿負(fù)荷試運(yùn)的考驗(yàn)，經(jīng)改造和優(yōu)化后能滿出力運(yùn)行。運(yùn)行調(diào)整過程中,應(yīng)根據(jù)設(shè)備具體情況,同時(shí)兼顧燃料特性,不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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