作者：李建鋒
0、引言
    我國每年大約生產(chǎn)6.5億～7億t秸稈，折合標準煤3.0億～3.5億t，目前，對秸稈大規(guī)模能源化利用的主要途徑是建設小型生物質直燃電站。據(jù)統(tǒng)計，全國大概有170多個生物質直燃發(fā)電項目獲得核準，已經(jīng)有超過50個項目投入運行。大規(guī)模的生物質直燃電站的建設投運，替代了化石（煤炭、石油）燃料、減少了二氧化碳和其他有害氣體排放、改善大氣生態(tài)環(huán)境、降低了秸稈露天焚燒，更積極的作用是惠及三農(nóng)，改善農(nóng)村環(huán)境，支援新農(nóng)村建設，具有明顯的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益。
    目前小型生物質直燃電站建設投資成本高，而且運行中還面臨著秸稈熱量利用效率低、燃料供應困難等問題。因此，小型的生物質直燃電站需要國家每年投入大量的補貼。除了直燃發(fā)電，農(nóng)作物秸稈沼氣化發(fā)電可能是更好的方式，也是更加生態(tài)化的技術發(fā)展路線．但是面臨著單位投資巨大的問題。因此，為了更好地開發(fā)利用生物質資源，尤其是秸稈資源．利用現(xiàn)有的火電廠進行混燒是更為現(xiàn)實的選擇。
    利用現(xiàn)有的火力發(fā)電廠，特別是循環(huán)流化床鍋爐機組進行生物質一燃煤混燒發(fā)電具有以下幾個主要特點：(1)改造投資小，基本不需對鍋爐本身進行改造；(2)混燒比例靈活，從原理上來看在流化床鍋爐機組上生物質可以與煤以任何比例進行混燒：(3)對生物質的種類幾乎沒有任何限制；(4)入爐方式靈活，既可以�；�后與燃煤直接混合后入爐，也可以切成小段用二次風或者返料風單獨吹入爐膛：(5)因為流化床鍋爐的燃燒溫度較低，所以即使不加裝脫硝裝置，混燒中NO。排放濃度也很低；(6)熱利用效率較高，與大機組相同；(7)因為我國流化床鍋爐機組數(shù)量較多，分布區(qū)域較廣，所以在流化床鍋爐機組上開展混燒具有更大的覆蓋范圍；(8)隨著煤炭價格日益增高．混燒秸稈能夠直接降低燃料成本，同時如果做成CDM項目，就可以進一步增加電廠收益。不過，由于生物質秸稈的堿金屬含量較高，灰熔點較低，在與燃煤混燒時，對于鍋爐的運行參數(shù)有何影響需要認真的研究。
    但是，目前我國除十里泉電廠開展了煤粉鍋爐混燒之外，生物質與燃煤的混燒更多的是處在實驗研究階段。在現(xiàn)有的大中型流化床鍋爐機組上還沒有開展長期混燒的報告。因此，為了充分研究秸稈燃煤混燒對流化床鍋爐機組的燃料輸送、燃燒過程、返料器運行以及污染物排放等因素綜合影響，全國電力行業(yè)CFB機組技術交流服務協(xié)作網(wǎng)、清華大學以及洛陽龍羽宜電有限公司聯(lián)合在260 t/h循環(huán)流化床鍋爐機組上開展了混燒工業(yè)試驗研究。
1、混燒電廠情況介紹
1.1  混燒機組參數(shù)
    混燒鍋爐的型號為DG-260/9.81-2型循環(huán)流化床鍋爐，單汽包、自然循環(huán)、循環(huán)流化床燃燒方式，半露天布置，機組部分參數(shù)如表1所示。

1.2電廠周圍環(huán)境
該電廠位于河南省洛陽市，地處農(nóng)業(yè)區(qū)，周圍秸稈資源豐富。電廠周圍30 km范圍內(nèi)年產(chǎn)秸稈量在40萬t以上。主要作物種類及產(chǎn)量如表2所示。由于玉米秸稈產(chǎn)量最多．本次試驗以玉米秸稈和燃煤混燒為研究對象。
2、試驗過程
    鍋爐負荷穩(wěn)定在85%時．分3個時間段測試了玉米秸稈質量比在10%、20%、30%條件下混燒對鍋爐運行各項參數(shù)的影響，為了保讓測試精度，每個測試時間段為4h。
    在混燒實驗過程中．采取生物質顆�；�后與燃煤直接混合的人爐方式．即生物質通過專門的皮帶計量后直接輸送到給煤皮帶上。然后通過皮帶之間的接力與混合．最終將生物質與燃煤送人鍋爐煤倉。
    測試各取樣點如表3所示．主要測試儀器及其性能如表4所示。
3、測試結果與分析
3.1燃料成分
    試驗過程中所用燃料成分分析如表5所示，由于秸稈的含水量較大、堆放時間較長，在堆放過程中產(chǎn)生了發(fā)酵現(xiàn)象．損失了一些熱量．秸稈的低位熱值僅有10.280 MJ/kg。

3.2  混燒對鍋爐運行的影響
    在測試過程中．在不I—j比例的混燒量情況下，加入了秸稈以后．隨著秸稈加入量的增加，給煤量有增加的趨勢，這是因為隨著秸稈比例的增加，混合燃料的熱值降低的緣故．此外，因為生物質的揮發(fā)分較高，所以隨混燒比例增加，爐膛下部溫度有所降低，主要是底部燃燒放熱量降低導致的。這有利于床溫的控制．不過會導致底渣含碳量有所提高。此外，鍋爐的旋風分離器出口溫度要高于爐膛出口煙氣溫度．這說明在鍋爐的旋風分離器中存在著后燃現(xiàn)象，不過，這并不表明后燃現(xiàn)象與混燒相關。

3.3混燒對鍋爐效率的影響
    在混燒過程中，因為加入了揮發(fā)分很高的生物質．所以燃料的燃燒特性得到了較大的改善．鍋爐的飛灰中碳質量分數(shù)降低，如圖1所示。隨著生物質混燒比例的加大，爐床平均溫度略有降低．導致了鍋爐底渣中碳質量分數(shù)的略微增加，使得鍋爐效率有輕微下降，如圖2所示。這說明，在混燒生物質的過程中，鍋爐的一次風配風量要隨著生物質含量的增加而適當減少．在保證安全的情況下以維持床溫，以盡可能保持底渣古碳量不變．同時增加二次風的風量，增加爐膛上部揮發(fā)分的燃盡率。

3.4混燒對污染物排放的影響
    圖3給出了不同工況下，爐膛出口處的so，濃度。生物質中的含硫量遠低于給煤，因此，隨著生物質混燒比的增加．s0，的濃度是降低的，符合理論的預期。但降低的幅度高于混燒比例對應的理論值，可能是生物質灰中某些成分促進了S02脫除，需要更深入地研究。因為該鍋爐機組沒有采用石灰石爐內(nèi)脫硫的方式，所以爐膛出口的S02濃度很大。
    表6中給出了鍋爐爐膛出口煙氣中NO和co的濃度，從表6中可以看出．隨著秸稈混燒比例的增加,NO的濃度變化沒有表現(xiàn)出明顯的升高或者降低，但是c0濃度的趨勢是降低的。從甲乙兩側co濃度的差異可以看出，該鍋爐在運行過程中，存在著燃燒不平衡的現(xiàn)象，在所有工況下，乙側CO含量都明顯高于甲側．氧氣濃度也較低，表明爐膛乙側缺氧比較嚴重．可能是鍋爐兩側二次風配風偏差導致。

3.5對機組運行可靠性的影響
    在摻燒試驗過程中．秸稈已經(jīng)采取了粒化處理，并沒有發(fā)生堵煤或者搭橋的現(xiàn)象。同時試驗的時間較短．還沒有觀察到積灰或者堿金屬腐蝕現(xiàn)象。
    另外．由于該鍋爐在運行過程中．床溫一直處于較高的水平，最高處超過了1080℃，但在添加秸稈以后，隨著秸稈混燒量的增加，床溫降低，在摻燒30%的比例下，床溫降低到平均1000℃左右。因此，在整個試驗期間沒有發(fā)現(xiàn)結焦現(xiàn)象。如果通過進一步合理的分配一次風和二次風，控制床溫在合理的范圍內(nèi)．保證鍋爐機組長期安全穩(wěn)定的運行應該是能夠實現(xiàn)的。
4、結語
    根據(jù)在某260 t/h循環(huán)流化床鍋爐上的混燒試驗結果．可以得出如下主要結論：
    (1)在260th循環(huán)流化床鍋爐秸稈混燒試驗表明，在10%～30%的混燒比例范圍內(nèi)，鍋爐可以達到85%負荷的穩(wěn)定運行，鍋爐效率以及各項運行參數(shù)基本不變，飛厭中碳質量分數(shù)降低，但鍋爐效率也略有降低。
    (2)由于秸稈中硫含量較低，S02排放明顯降低。同時爐膛出口CO的排放濃度隨著混燒比例的增加呈現(xiàn)降低的趨勢．說明混燒生物質有利于提高鍋爐的燃燒效率。
    (3)由于生物質灰熔點低，運行中床溫較高時，運行結焦風險加大．混燒生物質對于鍋爐運行中可靠性的影響還需要長期觀察和研究。
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