0、前言
  我國生物質(zhì)資源豐富，僅農(nóng)作物秸桿年產(chǎn)量就達(dá)6億噸以上，是一種巨大的可再生能源。利用生物質(zhì)發(fā)電的技術(shù)有幾種，適合于大規(guī)模利用的一般有直接燃燒發(fā)電和氣化發(fā)電等。但由于生物質(zhì)能量密度低等特性，單燒生物質(zhì)在處理大量燃料等方面存在著困難，影響其大型化，發(fā)電效率一般也不高。另一種是生物質(zhì)與其它固體燃料混合一起燃燒，即所謂的共燃技術(shù)。利用已建循環(huán)流化床高效燃燒和低污染排放的優(yōu)點摻燒生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)近年來得到了較好的應(yīng)用，某公司于2005年底新上一套生物質(zhì)摻燒系統(tǒng)，并于2006年年初調(diào)試成功并投用�，F(xiàn)就生物質(zhì)摻燒有關(guān)技術(shù)問題與大家探討。
1、生物質(zhì)燃料的特性
     北京國家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心近期對寶應(yīng)周邊送檢的生物質(zhì)樣品的化驗結(jié)果，見表1、表2所示：
表1 生物質(zhì)工業(yè)分析及元素分析

收到基	麥秸	稻草	稻殼	樹枝	樹皮	花生殼	玉米秸稈	棉花桿
全水%	7.8	11.6	9.4	12.3	19.8	10.5	9.5	13.4
灰分%	5.7	14.10	13.32	1.98	5.16	3.15	4.01	3.20
揮發(fā)分%	69.11	59.50	61.27	69.78	58.44	67.17	70.31	65.17
固定碳%	17.38	14.80	16.01	15.94	16.76	19.18	16.18	18.23
地位發(fā)熱量%	15.41	13.12	14.58	16.16	13.31	16.74	15.94	15.01
全硫%	0.21	0.14	0.07	0.05	0.08	0.06	0.11	0.09
碳%	41.09	35.78	38.18	43.35	37.92	44.47	42.86	41.08
氫%	5.13	4.66	4.69	5.19	4.39	5.11	5.27	5.01
氮%	0.44	0.94	0.447	0.61	0.78	0.71	0.76	0.62
氧%	39.63	32.78	33.86	36.52	31.81	36.01	37.49	36.59
氯%	1.043	0.581	0.189	0.046	0.026	0.091	0.187	0.253

 
從上表可以看出，生物質(zhì)在組成和特性因種類、產(chǎn)地、氣候及生產(chǎn)過程等變化很大，但仍具有許多共性，主要體現(xiàn)在以下方面：
    a)工業(yè)分析：送檢樣水分均較低，但實際堆放過程中受天氣及處理過程的影響較大，實際水分會較大。從我公司實際運行情況看，水分有時會在30%左右。生物質(zhì)的灰分一般很低，除稻草及稻殼略高外，其余均在6%以下；生物質(zhì)的揮發(fā)分含量較高，應(yīng)用基揮發(fā)分一般在60～80%之間；固定碳一般在10～20%之間。
    b)元素分析：生物質(zhì)應(yīng)用基含碳量一般在40%左右，氧量含量比較高，一般在35%左右，氫含量在5%左右，硫含量在0.05 -0.2之間。相對煤炭而言，生物質(zhì)古硫量較低，因此生物質(zhì)是低硫燃料，是一種低污染能源。
    c)灰成分分析：據(jù)專家介紹，生物質(zhì)灰成分中堿金屬及氯在燃燒過程中有引起受熱面結(jié)渣、積灰及腐蝕的傾向。
    d)發(fā)熱量及堆積密度：生物質(zhì)收到基低位發(fā)熱量一般在13 - 16MJ/kg之間，與設(shè)計煤種20. 31Mj/kg相比，發(fā)熱量低得多。此外生物質(zhì)堆積密度較小，一般為125kg/m3左右，平均僅為煤的1/8。因此生物質(zhì)的能量密度（即單位體積的發(fā)熱量）比煤低得多，約為煤的1/10。
    e)燃燒特性：生物質(zhì)本身揮發(fā)分很高，而循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)蓄熱量很大，溫度較高，因此生物質(zhì)在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)燃燒相當(dāng)快。
    2．循環(huán)流化床鍋爐共燃生物質(zhì)的技術(shù)特點
    2.1共燃生物質(zhì)的實施技術(shù)
    現(xiàn)役循環(huán)流化床鍋爐摻燒生物質(zhì)方式有多種，技術(shù)難易程度不一，我公司已實踐的方式主要如下：
    a)在干煤棚直接與煤混合，再一起利用上煤系統(tǒng)送人原煤倉，與燃煤一起送人爐膛燃燒。
    b)利用氣力輸送將粉碎后的生物質(zhì)噴人爐膛進(jìn)行燃燒。
    c)利用壓縮成型技術(shù)將生物質(zhì)原料壓縮成塊狀或顆粒狀，然后與燃煤混合，送人原煤倉，與燃煤一起送入爐膛燃燒。
    d)采用專門的破碎設(shè)備將生物質(zhì)進(jìn)行切割或粉碎，然后利用專門的輸送設(shè)備將生物質(zhì)輸送到爐前某落煤管，并利用輸送風(fēng)送入爐膛進(jìn)行燃燒。
    第一種方式相對簡單，無需對現(xiàn)有設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行改造，但由于生物質(zhì)能量密度很低，鍋爐原煤倉一次性補(bǔ)完倉后，很快煤倉內(nèi)燃煤會耗盡，又必須進(jìn)行補(bǔ)倉。經(jīng)試驗，當(dāng)按10%重量比進(jìn)行摻燒，上煤人員原一天只需補(bǔ)倉三次，摻燒生物質(zhì)后一天需補(bǔ)倉六次，且補(bǔ)倉時間加長。此運行方式缺點主要有二，一是上煤時間加長，上煤設(shè)備長時間處于運行狀態(tài)，對于我公司單皮帶運行方式極不利，設(shè)備易出故障，嚴(yán)重時會影響全廠出力，二是此摻燒方式摻配不均，造成鍋爐運行工況極不穩(wěn)定，運行參數(shù)不易控制。
    第二種方式我公司做過嘗試，未能成功，主要原因出在：風(fēng)機(jī)加料口設(shè)計不合理，所選風(fēng)機(jī)出力不夠，風(fēng)機(jī)壓頭偏小，管道偏細(xì)，風(fēng)壓衰減很快，無法克服爐內(nèi)壓力將料送入爐內(nèi)。
    第三種方式我公司進(jìn)行多次考察及進(jìn)行相關(guān)經(jīng)濟(jì)性比較，結(jié)論如下：采用壓縮成型技術(shù)可以加大生物質(zhì)摻燒量，可采用與煤一起摻配人爐，摻燒方式可簡單化，但壓縮技術(shù)設(shè)備投資較大，一套5t/h加工線投資將近150方元，且設(shè)備能耗較大，總?cè)萘窟_(dá)200KW，生產(chǎn)成本較高，經(jīng)測算加工一噸生物質(zhì)成本達(dá)30～40元。此方案投資成本及運行成本均較大，在目前無明顯優(yōu)惠政策的前提下不易采用。
    第四種方式需要安裝單獨的生物質(zhì)制料及輸送系統(tǒng)，設(shè)備投資等費用顯著提高，但其可以提高生物質(zhì)的摻燒量，上料比較穩(wěn)定，對鍋爐運行工況影響不大，且運行成本不高，在當(dāng)?shù)厣�物質(zhì)價格相對煤炭較低的情況下可使用。目前我公司所上系統(tǒng)即為此方式，并取得了空前的成功。
    2.2共燃生物質(zhì)的相關(guān)技術(shù)問題
    2. 2.1生物質(zhì)燃料的制備和儲存
    由于生物質(zhì)燃料具有低能量密度、部分生物質(zhì)水分含量高且具有強(qiáng)烈的親水性以及纖維柔軟韌性材料等特性，因此對其運輸、儲存和制備影響較大。生物質(zhì)的能量密度約為煤的1/10．這意味著當(dāng)按熱量計共燒IO%生物質(zhì)時，其體積和煤的體積相當(dāng)；生物質(zhì)是韌性纖維材料，不易破碎，但對循不流化床來講，只要將破碎至50mm以下即可摻燒。我公司選用BX216型鼓式削片機(jī)用來切削枝丫材、樹皮、硬質(zhì)秸桿等，此類型削片機(jī)對切削枝丫材性能極佳，破碎效果好，出料粒度可控制在50mm之下，對切削樹皮性能受到樹皮特性影響，雖然能切削，但由于樹皮纖維韌性較大，切削后易成團(tuán)，但根據(jù)實際摻燒情況，對輸送、燃燒基本無影響。由于循環(huán)流化床對燃料顆粒度要求控制在13mm以下，生物質(zhì)破碎至50mm以下，摻燒對循環(huán)流床燃燒無任何不利影響。由于生物質(zhì)具有強(qiáng)烈的親水性，生物質(zhì)儲存必須建專有的儲存廠房及中轉(zhuǎn)廠房，目前我公司在廠區(qū)內(nèi)新建一座800mz生物質(zhì)專用儲存廠房，用來儲存、加工生物質(zhì)原料，
    2. 2.2生物質(zhì)燃料的輸送
    由于生物質(zhì)原料體積膨松，堆積密度為125kg/m3左右，且原料含大量的粉塵，經(jīng)討論輸送設(shè)備傾向于使用皮帶輸送或埋刮板輸送，并對這兩種運輸設(shè)備性能、價格等進(jìn)行了比較，見表4
 
    經(jīng)綜合考慮，輸送設(shè)備以埋刮板輸送機(jī)為主。主要原因：刮板輸送機(jī)全密封輸送，輸送量較大，滿足衛(wèi)生要求，安裝空間要求較小，最主要目的爐內(nèi)煙氣反竄不會燒損設(shè)備。另為了滿足計量的需求，輸送系統(tǒng)第一條輸送機(jī)選用皮帶輸送機(jī)。設(shè)備具體選型如下：皮帶輸送機(jī)選用TD - 800mm，輸送量100 m³／h，可變頻調(diào)速控制輸送量，并在皮帶裝有除鐵器，主刮板輸送機(jī)選用RMS50型，輸送量90 m³／h，二臺爐前刮板輸送機(jī)選用RMS40型，輸送量為50 m³／h。
    2.2.3生物質(zhì)人爐問題
    人爐部分采用正壓稀相氣力輸送，物料由#1及#2刮板輸送機(jī)落料口落下，經(jīng)過一道閘板門和一個膨脹節(jié)，由輸送風(fēng)送人# 管管后播散人爐膛。并人爐落料管上裝有壓力傳感器、溫度傳感器，將此處的壓力溫度信號送入DCS系統(tǒng)，以便于運行監(jiān)視控制。

    采用氣體送料的目的有兩個，第一：防止?fàn)t內(nèi)熱煙氣上竄使物料在刮板機(jī)內(nèi)著火，起到密封作用；第二：防止物料在落料口和落煤管交接處棚料，起到協(xié)助輸送作用。
    在調(diào)試期間，由于輸送風(fēng)設(shè)計不合理，無法克服爐內(nèi)正壓，煙氣反竄，生物質(zhì)原料無法落人并反竄卡死刮板主動輪并引起跳閘。后參照FW公司循環(huán)流化床給煤點空氣促動器結(jié)構(gòu)對輸送風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，為保證輸送風(fēng)足夠的壓頭，輸送風(fēng)從一次風(fēng)機(jī)出口引接，主管道直徑采用Ø219，在進(jìn)入輸送風(fēng)裝置前變徑為+108，提高了輸送風(fēng)裝置的風(fēng)量及風(fēng)壓，防止了摻燒時高溫?zé)煔夥锤Z，并有助于將燃料“推”入爐膛，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如右圖。通過不斷摸索調(diào)整，系統(tǒng)連續(xù)運行基本正常，無煙氣反竄，下料順暢，
   2. 2.4結(jié)渣和積灰
   與煤相比，生物質(zhì)灰中堿性成分(特別是堿金屬K)含量很高，且主要以活性成分的方式存在，在火焰中易揮發(fā)出來而后凝結(jié)在受熱面上形成結(jié)渣和積灰。國外的應(yīng)用經(jīng)驗表明，草本生物質(zhì)灰分中K和CL含量較高，當(dāng)摻燒比例較大時，有引起鍋爐積灰及相應(yīng)腐蝕的趨勢；燃燒木本生物質(zhì)時一般不會引起積灰，這是因為這類生物質(zhì)一般Ca含量較高而K和CL含量相對較低。
   2. 2.5污染物排放
   由于生物質(zhì)的含硫量和含氮量較低，且循環(huán)流化床采用低溫燃燒技術(shù)，因此SO2和NO，的排放量亦較低。另由于我公司采用四電場靜電除塵，煙氣粉塵排放量也可控制在合格范圍之內(nèi)。
    2. 2.6腐蝕問題
    生物質(zhì)中氯和堿金屬含量比煤灰中高得多，它們在燃燒過程中揮發(fā)出來，在煙氣中生成氯化物而凝結(jié)在受熱面上，有引起受熱面金屬腐蝕的傾向。因此在摻燒生物質(zhì)時，金屬腐蝕需加強(qiáng)關(guān)注，特別是停爐檢修時應(yīng)對受熱面全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)采取相應(yīng)的措施。
    2.3摻燒比例
    常用的摻燒比例有質(zhì)量配比和熱量配比兩種。通常生物質(zhì)的發(fā)熱量約為煤的一半，因此，熱量配比的數(shù)值約為質(zhì)量配比的一半。摻燒比例是共燃生物質(zhì)時最重要的技術(shù)參數(shù)。在實際應(yīng)用中，該比例的確定需綜合考慮燃料特性、鍋爐特性等。根據(jù)國外經(jīng)驗，熱量配比達(dá)10%時，共燃技術(shù)可充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，可能出現(xiàn)的技術(shù)問題均在運行可控制的范圍內(nèi)。因摻燒比例高所引起的設(shè)備投資和運行費用的增加也可由共燃的收益得到補(bǔ)償，對電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性不會產(chǎn)生負(fù)面影響。目前我公司的摻燒比例可達(dá)30%（熱值比），但由于原料供應(yīng)不上，實際日摻燒量只能達(dá)100噸左右，隨著生物質(zhì)原料價格的調(diào)整，生物質(zhì)原料量將不斷上漲。
3、結(jié)束語
    生物質(zhì)是低硫、低氮、具有良好的著火燃燒性能的燃料，并且為可再生資源。在與循環(huán)流化床共燃時技術(shù)相對簡單，投資費用和運行費用均較適中。摻燒量可以達(dá)到30%及以上（熱值比），運行各參數(shù)均在可控范圍之內(nèi)。由于摻燒比例較大，可能會引起一些技術(shù)問題，主要表現(xiàn)在金屬堿腐蝕及氯腐蝕，通過加強(qiáng)每次檢修中的檢查并采取相關(guān)預(yù)防措施得以減緩。循環(huán)流化床鍋爐摻燒30%（熱值比）生物質(zhì)是可能的，技術(shù)上是可行的，我公司已從實踐上予以證明。因此，循環(huán)流化床生物質(zhì)共燃技術(shù)是適合我國國情的技術(shù)，值得在我國大規(guī)模推廣和應(yīng)用。
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