燃煤CFB鍋爐改造為全燃生物質(zhì)鍋爐的成功實(shí)踐

1、燃煤CFB鍋爐改造為全燃生物質(zhì)鍋爐的成功實(shí)踐方逸慶（連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司 連云港 222100）摘要：新建生物質(zhì)電廠,進(jìn)行直燃或氣化發(fā)電是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能利用的有效途徑，但存在：基建投資大，需新征用土地，建設(shè)周期長(zhǎng)等問題。本文通過實(shí)踐證明：對(duì)循環(huán)流化床（CFB）燃煤電站鍋爐進(jìn)行全燃生物質(zhì)技術(shù)改造，是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)直燃發(fā)電的一條短、平、快的便捷之路。同時(shí)本技術(shù)對(duì)非電站鍋爐利用生物質(zhì)代替原煤，改燒生物質(zhì)燃料，也具有重要借鑒意義。關(guān)鍵詞：燃煤CFB鍋爐 全燃生物質(zhì) 技術(shù)改造前言以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)及能源利用效率低下等因素使我國(guó)環(huán)境惡化日益嚴(yán)重，生態(tài)遭到破壞，SO2、CO2排放量分別列世界第一、第

2、二位 ，造成的經(jīng)濟(jì)損失約占GDP總量的3%7%。然而我國(guó)生物質(zhì)能資源非常豐富，椐初步統(tǒng)計(jì)，我國(guó)生物質(zhì)能如用以代替煤炭發(fā)電，近期可相當(dāng)5億噸標(biāo)煤，遠(yuǎn)期可相當(dāng)10億噸標(biāo)煤以上。生物質(zhì)為低炭燃料，屬于清潔能源，含硫量?jī)H為0.1%左右，且含氯量小，含灰量低 ，生物質(zhì)中有害物質(zhì)，硫、灰份等，僅為中質(zhì)煙煤的1/10左右（煤炭含硫一般高于0.8%）。同時(shí)，生物質(zhì)燃燒時(shí)CO2的排放，和生物質(zhì)生長(zhǎng)時(shí)CO2的吸收，構(gòu)成自然界的碳循環(huán)，因此，生物質(zhì)能的利用，可有效減少SO2排放形成的大氣污染，并實(shí)現(xiàn)溫室氣體CO2零排放 。生物質(zhì)的主要來源之一是各類植物秸桿，我國(guó)每年秸桿資源可獲得量超過4億噸，約相當(dāng)于2億噸標(biāo)煤。收

3、購(gòu)秸桿還可增加農(nóng)民收入，而且秸桿燃盡后的爐灰，可以作為鉀肥直接還田使用。因此，利用生物質(zhì)秸桿等可再生資源，對(duì)于我國(guó)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)可持速發(fā)展具有重要意義，生物質(zhì)直燃發(fā)電已被國(guó)家發(fā)改委列入可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄。合理布局,新建生物質(zhì)電廠,進(jìn)行直燃或氣化發(fā)電是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能利用的有效途徑。但是，新建生物質(zhì)電廠存在：基建投資大（約2.5億元人民幣），需新征用土地（200畝以上），建設(shè)周期長(zhǎng)（約2年）等問題，為克服上述弊端，對(duì)原有燃煤電廠進(jìn)行全燃生物質(zhì)改造就是一個(gè)很好的選擇。經(jīng)江蘇省經(jīng)貿(mào)委批復(fù)，連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司從09年初開始，利用原有工廠廠區(qū)，對(duì)公司原有的2臺(tái)75T/H循

4、環(huán)流化床燃煤鍋爐（CFB鍋爐）進(jìn)行了全燃生物質(zhì)技術(shù)改造。經(jīng)過8個(gè)月努力，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)從燃煤到全燃生物質(zhì)的根本轉(zhuǎn)變，燃煤電廠成功升級(jí)為全燃生物質(zhì)電廠。 連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司全燃生物質(zhì)改造工程于09年9月份順利通過江蘇省經(jīng)信委、南京電監(jiān)會(huì)、江蘇省環(huán)保局、江蘇省物價(jià)局、江蘇供電公司、連云港經(jīng)信委等部門聯(lián)合驗(yàn)收，至目前連續(xù)運(yùn)行已超過一年時(shí)間，運(yùn)行情況穩(wěn)定良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。循環(huán)流化床燃煤鍋爐全燃生物質(zhì)技改工程既節(jié)約了資金，又充分利用原有土地、資產(chǎn)，減少了資源浪費(fèi)，同時(shí)還贏得寶貴的時(shí)間，這表明對(duì)循環(huán)流化床燃煤鍋爐進(jìn)行全燃生物質(zhì)改造，是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)直燃發(fā)電的一條短、平、快的便捷之路。一、全燃技術(shù)改造

5、的可行性連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司所在的連云港及周邊地區(qū)有豐富的生物質(zhì)原料資源，能夠充分滿足全燃生物質(zhì)鍋爐改造后的原料需求；國(guó)內(nèi)不少新上生物質(zhì)電廠采用循環(huán)流化床爐型全燃秸稈，運(yùn)行情況穩(wěn)定正常；同時(shí)，連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司前階段，在循環(huán)流化床鍋爐大比例（80%）摻燒生物質(zhì)秸稈運(yùn)行方面已摸索出較成熟經(jīng)驗(yàn)，因此對(duì)循環(huán)硫化床燃煤鍋爐進(jìn)行全燃生物質(zhì)改造是可能的。1各類生物質(zhì)有關(guān)特性實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)指標(biāo)：品種水分（%）揮發(fā)分（%）灰分（%）固定碳（%）發(fā)熱量（kcal/kg）備注麥秸7.869.115.7117.383687國(guó)家煤檢中心化驗(yàn)棉花桿13.465.173.2018.233591國(guó)家煤檢中心化

6、驗(yàn)稻殼9.46127133216013484國(guó)家煤檢中心化驗(yàn)花生殼10.5671731519.184010國(guó)家煤檢中心化驗(yàn)樹枝12.369.781.9815.943866國(guó)家煤檢中心化驗(yàn)稻草11.659.5014.1014.803139國(guó)家煤檢中心化驗(yàn)?zāi)拘?.069.004.5117.493800本公司化驗(yàn)黃豆桿8.470.204.1517.253800本公司化驗(yàn)玉米桿9.570.314.0116.183813國(guó)家煤檢中心化驗(yàn)樹皮19.858.445.1716.593184國(guó)家煤檢中心化驗(yàn)*灰渣變形溫度：稻麥草約為800，玉米桿約為1100，棉花稈約660。2生物質(zhì)秸稈類燃料燃燒特性分析2.1

7、秸稈燃燒機(jī)理(1) 預(yù)熱：秸稈進(jìn)入爐膛后被預(yù)熱。(2) 干燥：預(yù)熱后析出水分。(3) 揮發(fā)份析出并燃燒：熱分解約在250揮發(fā)份開始析出，325開始十分活躍，350時(shí)已有80%揮發(fā)份析出，形成焦碳。揮發(fā)份被高溫空氣引燃。(4) 焦碳(固定碳)燃燒：由于焦碳被揮發(fā)份包圍，不易接觸到氧氣而燃燒，當(dāng)揮發(fā)份快燃燒終了時(shí)，焦炭周圍溫度很高且氧氣有可能接觸到焦炭表面，從而開始燃燒并產(chǎn)生灰燼。2.2生物質(zhì)秸稈類燃料的特點(diǎn)（1）熱值約為煤的一半，熱值較低。（2）揮發(fā)份很高，但階段性含水量極高。（3）燃料灰份少。灰熔點(diǎn)較低，易在燃燒過程中熔化并結(jié)焦。（4）含氯成分較高，對(duì)受熱面有較強(qiáng)的腐蝕性。3 .全燃改造和運(yùn)行

8、中對(duì)循環(huán)流化床鍋爐全燃生物質(zhì)產(chǎn)生主要問題采取的對(duì)策：3.1結(jié)焦問題 生物質(zhì)燃料的灰熔點(diǎn)低，玉米稈灰熔點(diǎn)DT只有1080，麥稈灰熔點(diǎn)DT只有760，棉花稈灰熔點(diǎn)DT只有660，果木枝條灰熔點(diǎn)DT只有650，在燃燒時(shí)很容易引起爐膛內(nèi)部結(jié)焦，解決結(jié)焦問題的關(guān)鍵是控制好溫度。在運(yùn)行中要注意在不影響鍋爐效率的情況下控制好鍋爐各個(gè)部分的溫度，解決結(jié)焦問題通過以下幾方面措施加以控制：（1）采用合理的風(fēng)帽結(jié)構(gòu)，確保在運(yùn)行過程中床層流化均勻；控制鍋爐床溫800885左右，爐膛出口煙溫850890左右，確保爐膛和布風(fēng)板不結(jié)焦。（2）改變二次風(fēng)布局，降低煙氣上升速度，增加爐內(nèi)循環(huán)，確保細(xì)的燃料顆粒一次燃盡，減少旋風(fēng)

9、分離器中二次燃燒份額，從而控制旋風(fēng)分離器中煙氣溫度，確保旋風(fēng)分離器不結(jié)焦。（3）盡量提高旋風(fēng)分離器效率，降低煙氣含灰量，提高鍋爐效率；并在返料器處布置返料風(fēng)，在適當(dāng)位置布置松動(dòng)風(fēng)。3.2腐蝕問題生物質(zhì)燃料中的CL元素容易造成高溫腐蝕和低溫腐蝕。其中高溫腐蝕主要發(fā)生在水冷壁和過熱器處，其發(fā)生的條件有兩個(gè)：一是由煙氣溫度和介質(zhì)溫度確定的工作點(diǎn)在腐蝕區(qū)，二是受熱面管子附件是還原區(qū)。低溫腐蝕主要在下級(jí)省煤器和空預(yù)器處，其發(fā)生的條件是管壁溫度低于酸露點(diǎn)溫度。針對(duì)高、低溫腐蝕的情況，采取爐膛富氧燃燒、高溫過熱器最后兩排管子采用鎳基噴涂處理、采用適當(dāng)?shù)呐艧煖囟?、空預(yù)器最后一排管組采用耐低溫腐蝕的考登鋼材料等

10、解決。3.3高溫粘結(jié)灰問題生物質(zhì)燃料中含有較多的堿金屬，燃燒時(shí)容易在對(duì)流受熱面形成高溫粘結(jié)灰，堵塞煙道并引起積灰腐蝕，從而影響鍋爐的效率和使用可靠性。針對(duì)高溫粘結(jié)灰，可以采取及時(shí)補(bǔ)充循環(huán)物料，以加強(qiáng)內(nèi)外循環(huán)沖刷作用、在過熱器等易積灰處布置吹灰器、人工定期停爐清理沖洗等來解決。二、全燃改造技術(shù)方案簡(jiǎn)述公司2臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐原為75t/h次高溫次高壓燃煤鍋爐，前階段進(jìn)行大比例（80%）摻燒生物質(zhì)秸稈運(yùn)行，現(xiàn)擬改造為全燃秸稈鍋爐。我們?cè)诔浞掷迷性O(shè)備的基礎(chǔ)上，對(duì)爐本體進(jìn)行改造：每臺(tái)爐開二個(gè)進(jìn)料口，增加風(fēng)冷套和測(cè)溫測(cè)壓裝置，并增設(shè)返料風(fēng)機(jī)及吹灰防腐裝置等等。對(duì)上料系統(tǒng)進(jìn)行改造：在散料庫(kù)增加給料機(jī)，在

11、24米層新增兩條皮帶。對(duì)爐前給料系統(tǒng)進(jìn)行改造：增加生物質(zhì)料倉(cāng)及入爐給料系統(tǒng)等，并進(jìn)行相應(yīng)電氣、熱控DCS配套。對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造：加裝了旋風(fēng)除塵器和倉(cāng)泵，提高了環(huán)保除塵能力。另外新添置切草機(jī)和鏟車、抓草機(jī)，增加原料加工和運(yùn)輸能力，同時(shí)對(duì)其它配套設(shè)施進(jìn)行完善。主要改造內(nèi)容如下：（1）在散料庫(kù)皮帶落料口增加給料機(jī)，確保上料量的連續(xù)均勻。（2）在主廠房14米層拆除原煤倉(cāng)，并在相應(yīng)位置新增二臺(tái)生物質(zhì)料倉(cāng)及爐前給料裝置。（3）在主廠房24米層新上雙皮帶，可分別對(duì)2臺(tái)爐的料倉(cāng)輸送生物質(zhì)物料。（4）在兩臺(tái)爐膛各開二個(gè)孔，裝有入爐風(fēng)冷套。爐膛開孔內(nèi)側(cè)澆注耐磨耐溫混凝土。（5）一、二級(jí)給料間為落料管，落料管布置

12、有金屬膨脹節(jié)等。（6）給料裝置應(yīng)布置平臺(tái)并與鍋爐膜式壁上方用斜吊桿固定。（7）風(fēng)冷套上端布置熱電偶。爐膛開孔上集箱上方布置熱電偶。在輸送裝置入爐口處布置熱電偶。正常工作時(shí)，如該熱電偶溫度大于240時(shí)應(yīng)自動(dòng)關(guān)閉下料擋板。（8）鍋爐本體增加吹灰器、過熱器進(jìn)行防腐噴涂，并增設(shè)返料風(fēng)機(jī)。（9）增加旋風(fēng)除塵器及倉(cāng)泵，以確保煙塵達(dá)標(biāo)排放。（10）電氣、熱控、DCS配套等。（注：若欲了解技術(shù)改造詳情，可與本文作者聯(lián)系。郵箱圖一. 循環(huán)流化床燃煤鍋爐全燃生物質(zhì)技術(shù)改造中三、技術(shù)改造工程預(yù)算序號(hào)名稱型號(hào)及規(guī)范單位數(shù)量單價(jià)（萬(wàn)元）總價(jià)（萬(wàn)元）一、輸料系統(tǒng)1給料機(jī)套216322輸料皮帶L=

13、45M臺(tái)224483分料裝置臺(tái)2124切草機(jī)臺(tái)13131550鏟車臺(tái)22652630抓草機(jī)臺(tái)217.535小計(jì)200二、爐前給料系統(tǒng)1方錐形料倉(cāng)(含懸吊組件、料倉(cāng)落料斗、料倉(cāng)懸吊裝置、卸料輥等)個(gè)223462爐前給料系統(tǒng)套4425170小計(jì)216三、爐本體部分1爐膛開孔（含風(fēng)冷套）套411.5462羅茨風(fēng)機(jī)套25103測(cè)溫裝置套4144測(cè)壓裝置套4145鍋爐吹灰、防腐、返料改造套24080小計(jì)144四、除塵系統(tǒng)1旋風(fēng)除塵器套223462倉(cāng)泵系統(tǒng)套21326小計(jì)72五、電氣及熱控系統(tǒng)1電氣系統(tǒng)控制柜套48.534增加配套電柜、開關(guān)柜、電纜等套215302熱控系統(tǒng)及DCS升級(jí)改造4646小計(jì)110

14、六、安裝及材料費(fèi)用80七、其它1粉塵治理設(shè)備50502消防設(shè)施15153監(jiān)控設(shè)備55八、立項(xiàng)、備案、設(shè)計(jì)、調(diào)試、驗(yàn)收、性能試驗(yàn)40合計(jì)兩臺(tái)爐改造費(fèi)用932說明本全燃生物質(zhì)改造工程前期已進(jìn)行過混燃80%生物質(zhì)改造。前期混燃改造工程中已進(jìn)行料場(chǎng)施工、裝載機(jī)械配備、散料庫(kù)、堆料庫(kù)、地下廊道、棧橋、轉(zhuǎn)運(yùn)站施工、輸料皮帶安裝等等（總約4500萬(wàn)元），本次均加以利用，未列入本次改造費(fèi)用統(tǒng)計(jì)。四、技術(shù)改造工程效果1鍋爐性能試驗(yàn)結(jié)論：徐州電力試驗(yàn)中心于09年10月對(duì)二臺(tái)循環(huán)硫化床鍋爐全燃生物質(zhì)技術(shù)改造直燃鍋爐進(jìn)行性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：1.1 #1鍋爐燃用稻麥草50%、棉桿20%、花生殼(稻殼)30%混合燃料

15、熱效率如下：工況熱效率60t/h75t/h鍋爐熱效率（%）88.9789.02換算到設(shè)計(jì)條件下熱效率（%）88.8889.341.2 #1鍋爐燃用樹皮50%、稻麥草30%、花生殼(稻殼)20%混合燃料熱效率如下：工況熱效率60t/h75t/h鍋爐熱效率（%）89.3889.80換算到設(shè)計(jì)條件下熱效率（%）88.8889.921.3#2鍋爐燃用稻麥草50%、棉桿20%、花生殼(稻殼)30%混合燃料熱效率如下：工況熱效率56t/h75t/h鍋爐熱效率（%）87.3089.52換算到設(shè)計(jì)條件下熱效率（%）87.3889.671.4#2鍋爐燃用樹皮50%、稻麥草30%、花生殼(稻殼)20%混合燃料熱效

16、率如下：工況熱效率63t/h70t/h鍋爐熱效率（%）87.8988.92換算到設(shè)計(jì)條件下熱效率（%）88.2489.211.5#1、#2鍋爐徐州電力試驗(yàn)中心試驗(yàn)報(bào)告認(rèn)為：#1、#2鍋爐經(jīng)過全燃生物質(zhì)燃料改造后，能夠連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，鍋爐的熱效率基本達(dá)到設(shè)計(jì)值。建議#1、#2鍋爐在在全燃生物質(zhì)燃料時(shí)，在可能情況下，應(yīng)盡量維持在70t/h以上負(fù)荷運(yùn)行，此工況下運(yùn)行鍋爐效率較高，運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。#1、#2鍋爐全燃生物質(zhì)燃料時(shí)鍋爐排煙溫度及排煙氧量比純?nèi)加妹杭皳綗龝r(shí)有所升高，因此排煙損失比較大。循環(huán)流化床鍋爐改造后，全燃生物質(zhì)燃料（稻桿、麥桿、玉米桿、棉花桿、稻殼、稻草、樹皮）不但可以節(jié)約資源，而且保護(hù)

17、大氣環(huán)境，這種技術(shù)應(yīng)該在循環(huán)流床鍋爐上大力推廣。2本公司長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐結(jié)論：公司06開始摻燒30%生物質(zhì)混燃發(fā)電，08年開始摻燒80%生物質(zhì)混燃發(fā)電，09年9月完成1#、2#循環(huán)流化床燃煤鍋爐全燃生物質(zhì)改造并全燃生物質(zhì)運(yùn)行發(fā)電，至今已一年多時(shí)間，運(yùn)行狀況穩(wěn)定良好。通過數(shù)年刻苦努力探索，系統(tǒng)和設(shè)備不斷修改完善，運(yùn)行方式不斷調(diào)整優(yōu)化，道路雖然曲折，但在燃煤鍋爐全燃生物質(zhì)改造和運(yùn)行方面也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。目前全燃生物質(zhì)改造工程：設(shè)備已趨成熟，系統(tǒng)已趨合理，運(yùn)行調(diào)整已趨規(guī)范，進(jìn)入了良性循環(huán)狀態(tài)。通過對(duì)3#水冷振動(dòng)爐排全燃生物質(zhì)鍋爐與1#2#循環(huán)流化床全燃改造生物質(zhì)鍋爐運(yùn)行實(shí)踐分析比較得知：2.1若未對(duì)受

18、熱面作大的改動(dòng)，循環(huán)流化床燃煤鍋爐進(jìn)行全燃生物質(zhì)改造后出力將有所下降，約下降為原來出力的80-85%左右。在正常原料情況下（秸稈、樹皮、殼屑等），75 T/H循環(huán)流化床燃煤鍋爐改燃生物質(zhì)，出力約為60-65T/H左右。2.2循環(huán)流化床生物質(zhì)鍋爐全燃生物質(zhì)，其灰渣可充分燃盡，其爐效高于水冷振動(dòng)爐排全燃生物質(zhì)鍋爐。五、全燃改造效益分析 連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司循環(huán)流化床鍋爐全燃生物質(zhì)改造后，可全面享受全燃生物質(zhì)發(fā)電有關(guān)政策，企業(yè)通過電價(jià)補(bǔ)貼、稅收返還等每年可新增加收入1000萬(wàn)元以上，一年內(nèi)即可收回全燃改造投資。而新建一座同樣規(guī)模的生物質(zhì)電廠約需新增資金2.5億元人民幣，新征土地資源200畝以上，且建設(shè)周期長(zhǎng)達(dá)2年。因此對(duì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行全燃生物質(zhì)改造，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。圖二. 生物質(zhì)原料運(yùn)輸車輛排隊(duì)等待卸料全燃生物