生物質(zhì)鍋爐的改造及相關(guān)影響

1、近年來由于煤炭價格的飛漲，以及國家加大了節(jié)能減排的力度，對于燃煤熱電廠嚴格按照以熱定電的原則分配上網(wǎng)電量計劃，使很多熱負荷不足的電廠嚴重出力不足，經(jīng)營連續(xù)虧損，各熱電廠紛紛尋找新的出路，寶應(yīng)協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司是于2005年4月投產(chǎn)的小熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)，由于投產(chǎn)以后熱負荷始終停留在1520萬t/a，供熱量偏低，一直受上網(wǎng)電量偏低的限制，公司的經(jīng)濟效益較差。近年寶應(yīng)協(xié)鑫公司通過對鍋爐進行系列的生物質(zhì)改造工程，渡過了一般小熱電企業(yè)最困難的階段，實現(xiàn)公司轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。1、概況某公司安裝的1#、2#爐是濟南某鍋爐廠設(shè)計開發(fā)的新一代高效、低污染燃用煤泥、矸石、秸稈混合燃料的75 t/h循環(huán)流化床

2、鍋爐。該鍋爐為自然循環(huán)水管鍋爐，采用由蝸殼式旋風(fēng)分離器組成的循環(huán)燃燒系統(tǒng)，爐膛為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，過熱器分高、低二級過熱器，中間設(shè)噴水減溫器，尾部設(shè)二級省煤器和一二次風(fēng)預(yù)熱器。表1為鍋爐主要設(shè)計參數(shù)。鍋爐設(shè)計燃料特性（煤泥+煤）如表2。2 1#、2#燃煤鍋爐改造成全燃生物質(zhì)鍋爐的步驟及主要內(nèi)容2.1 2006年l#、2#爐摻燒30%生物質(zhì)技改為了充分利用當(dāng)?shù)刎S富的稻殼資源和鍋爐設(shè)計時可摻燒生物質(zhì)的特點，降低燃料成本，增加企業(yè)經(jīng)濟效益，寶應(yīng)公司于2005年10月至2006年3月對循環(huán)流化床鍋爐進行了摻燒生物質(zhì)技改。本次技改鍋爐本體未做任何改動，主要是在1#、2#鍋爐中間新上了一套生物質(zhì)刮板輸送系統(tǒng)

3、(如圖1)，所有生物質(zhì)燃料均采用單獨輸送、直接摻燒方式，即生物質(zhì)入廠后經(jīng)單獨的輸送系統(tǒng)輸送到爐前，在輸送風(fēng)的作用下由落煤管處送人爐膛進行燃燒，該系統(tǒng)單爐摻燒稻殼達到6 t/h左右，摻燒能力達30%左右。生物質(zhì)燃料特性如表3。1#、2#爐摻燒30%生物質(zhì)后，鍋爐的負荷、熱效率及鍋爐過熱器、省煤器等結(jié)灰、腐蝕基本沒有任何影響，同時減少煙氣二氧化硫的排放。2.2 2007年1#、2#鍋爐摻燒80%生物質(zhì)技改為了使公司滿足享受國家對生物質(zhì)發(fā)電電價補貼政策的要求，2007年公司新裝一臺秸稈直燃鍋爐并將已投運的1#、2#75 Uh燃煤循環(huán)流化床鍋爐改造為摻燒80%以上生物質(zhì)的混燃鍋爐，從而使公司由燃煤熱電

4、廠轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)電廠。(1)1 #、2#鍋爐摻燒80%生物質(zhì)改造的主要內(nèi)容：新增加二套生物質(zhì)上料皮帶，可同時對1#、2#鍋爐進行上料；在1 #、2#鍋爐煤倉南側(cè)新建一座生物質(zhì)料倉，并在倉內(nèi)布置一級給料機，以便將生物質(zhì)進行分配；將原煤倉中間下煤口封閉并且安裝一臺二級給料機；拆除11 m標(biāo)高層的2#給煤機并且安裝一臺三級螺旋給料機（如圖2）；(2)改造后運行情況：1#、2#鍋爐正常運行時的燃料主要是高熱值的神華煤炭(5 500 kcal/kg)、稻殼(3 000 kcal/kg)、棉花桿、樹皮、碎雜木（2 500 kcal/kg）、黃色秸稈(2 500 kcal/kg)，人爐生物質(zhì)質(zhì)量較好，入爐燃料

5、水分30%左右，平均熱值3 300 kcal/kg左右，與設(shè)計入爐燃料的熱值偏差不大，鍋爐平均負荷能夠維持在70 U/h左右，所以對鍋爐負荷及鍋爐熱效率影響均不大，鍋爐結(jié)灰和腐蝕的影響相對較小。2.3 2009年對1#、2#鍋爐實施全燃生物質(zhì)技改根據(jù)國家政策規(guī)定混燃發(fā)電不能享受生物質(zhì)發(fā)電的各項優(yōu)惠政策，影響了公司的經(jīng)濟效益，公司于2009年68月又實施了1#、2#鍋爐全燃生物質(zhì)技術(shù)改造。(1)1#、2#鍋爐全燃改造的主要內(nèi)容（見圖3）拆除原爐前上煤系統(tǒng)，包括拆除原煤倉、給煤機等；新增生物質(zhì)給料系統(tǒng)，包括生物質(zhì)料倉、級螺旋卸料機、二級輸料皮帶以及三級雙螺旋給料機等；鍋爐本體新增2個生物質(zhì)給料口，

6、封閉原3個給煤口；增加吹灰器、防爆門、羅茨風(fēng)機、返料風(fēng)機等；電除塵器前增加旋風(fēng)分離器、倉泵、灰管等；改造控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)DCS升級等。(2)改造后運行情況75 t/h燃煤鍋爐實施全燃技改后，由于燃料的特性發(fā)生了巨大的變化，再加上近年新上生物質(zhì)電廠較多，造成生物質(zhì)資源緊張，生物質(zhì)質(zhì)量下降，人爐燃料的平均水分在40%左右，平均熱值約2000 kcal/kg。入爐燃料與設(shè)計值偏差過大，帶負荷能力僅為4045 t/h，負荷率嚴重偏低，并且出現(xiàn)爐床超溫結(jié)焦、返料器頻繁結(jié)焦堵灰、過熱器磨損、腐蝕等問題，鍋爐運行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性相對變差，全燃改造后鍋爐最長運行記錄2010年上半年僅為15天連

7、續(xù)運行周期短，嚴重制約公司安全經(jīng)濟穩(wěn)定運行。3、全燃生物質(zhì)后鍋爐存在的主要問題及原因分析3.1全燃后入爐燃料特性與設(shè)計燃料相比變化較大(1)人爐燃料由設(shè)計熱值3 722 kcal/kg、水分15. 81%的煤和煤泥變?yōu)榱似骄鶡嶂导s2 000 kcal/kg、平均水分40%左右的生物質(zhì)，人爐熱值下降了46.3%，水分增加了153%。由于原鍋爐的熱容積偏小，燃生物質(zhì)后，在鍋爐帶高負荷時，容易造成爐膛床溫升高、返料器超溫等，制約鍋爐負荷提升。(2)設(shè)計人爐煤和煤泥混合燃料的揮發(fā)分大約為22%,而生物質(zhì)揮發(fā)分為60%左右，并且生物質(zhì)相對較輕，人爐后往爐膛上部飄移較快，全燃生物質(zhì)后爐膛火焰的中心向上轉(zhuǎn)移

8、。(3)設(shè)計鍋爐返料器和中性筒等循環(huán)倍率時，灰分按煤和煤泥混合燃料31. 5%計算，然而生物質(zhì)的灰分為2%13%，遠小于煤和煤泥混合燃料的灰分，并且灰較細，生物質(zhì)中可作為循環(huán)物料的灰分較少，全燃生物質(zhì)后爐膛差壓由燃煤時的8001 000 Pa降到了060 Pa，使返料器中的物料無法帶到爐膛，造成返料器超溫。(4)燃煤的灰熔點大約為11001 200；黃色生物質(zhì)灰熔點約為900 950。生物質(zhì)灰熔點低，床溫和返料器溫度超過900時就容易造成床料和返料灰結(jié)焦。3.2燃料質(zhì)量的差異給鍋爐負荷提升造成了一定的影響(1) 2010年實際使用生物質(zhì)種類如表4，實際收購的生物質(zhì)的水分遠超表3中的水分，入爐燃

9、料的熱值遠低于表3中的熱值。(2)燃煤的顆粒度、熱值相對較一致，鍋爐運行較穩(wěn)定，負荷波動也很小，而生物質(zhì)由于加工得長短不一，水分變化較大，雜質(zhì)較多，使鍋爐上料系統(tǒng)及爐前系統(tǒng)絞龍及皮帶機落料腿等處容易堵料以及上料不均，容易造成鍋爐負荷波動（10 N15 Uh），影響平均負荷率。3.3全燃生物質(zhì)后鍋爐輔機對運行的影響(1)引風(fēng)機風(fēng)壓偏低，制約一次、二次風(fēng)量。全燃生物質(zhì)技改時，為保證煙塵達標(biāo)排放，在電除塵器前增加旋風(fēng)分離器，使煙道阻力增加了800Pa左右，造成原引風(fēng)機的風(fēng)壓不夠，負荷增加到45Uh以上時，為了防止床溫和返料溫度超溫造成結(jié)焦，增加一二次風(fēng)量，將會造成鍋爐冒正壓，影響安全運行。(2)二次

10、風(fēng)補給的位置不符合全燃生物質(zhì)燃燒的要求。燃煤時的二次風(fēng)布置在鍋爐的底層三排，技改時未做調(diào)整。全燃生物質(zhì)后鍋爐燃燒中心由燃煤時爐膛底部移到了爐膛的中上部，床層處保證床料流化的一次風(fēng)量基本足夠爐膛底部生物質(zhì)燃燒需氧量，所以密相區(qū)床層處的二次風(fēng)的補充反而變成多余，然而爐膛的中上部因為無二次風(fēng)補充，變得缺氧，造成大量未燃盡的生物質(zhì)在返料器、過熱器處燃燒而超溫，現(xiàn)有二次風(fēng)補給不符合燃料對二次風(fēng)（氧量）補給的位置要求。(3)高溫過熱器和省煤器結(jié)灰嚴重，增加了煙道阻力。全燃生物質(zhì)過程中，在高溫過熱器和低溫過熱器等部位容易黏附灰色的黏稠或熔融狀沉淀物，管束上表面沉淀物相對松軟，但緊貼管壁上有時存在著堅硬、難溶

11、的磷酸鹽結(jié)垢，并且易造成垢下腐蝕。省煤器處結(jié)灰嚴重，原省煤器力鰭片管、錯列布置，結(jié)灰不容易清除，運行大半年后，使省煤器前后壓差由燃煤和混燃時的250300 Pa增大到800900 Pa，影響爐膛壓力和一二次總風(fēng)量。4、全燃生物質(zhì)后鍋爐改進措施4.1 調(diào)整1#、2#鍋爐二次風(fēng)補給位置為了達到在鍋爐爐膛中后部有效補氧助燃和盡可能地將生物質(zhì)壓制在爐膛下部燃燒減少后燃，控制返料器不超溫的目的，對原二次風(fēng)的補給位置重新進行了調(diào)整。在11 m標(biāo)高處兩個新增生物質(zhì)給料口上方1.5 m和2.5 m標(biāo)高處的前墻和后墻各自增加兩個二次風(fēng)口，并且后墻二次風(fēng)口的位置比前墻的二次風(fēng)口高1 m左右（見圖4），起到用二次風(fēng)

12、將人爐生物質(zhì)盡可能向爐膛下方壓制，減緩生物質(zhì)及其揮發(fā)分向上移動的速度，使生物質(zhì)在爐膛內(nèi)停留時間變長，并盡可能燃盡的作用；對于原來三排二次風(fēng)最下兩排進行了封閉，第三排二次風(fēng)根據(jù)運行參數(shù)變化可適當(dāng)調(diào)整。二次風(fēng)口改造后，使返料器溫度下降近30，降低排煙溫度67，提高了鍋爐帶負荷能力，有利于實現(xiàn)鍋爐長期穩(wěn)定運行。4.2調(diào)整優(yōu)化1#、2#鍋爐燃燒由于生物質(zhì)燃料與煤的特性上的差異，鍋爐爐膛火焰中心的變化，使鍋爐運行在燃燒調(diào)整時對一次風(fēng)與二次風(fēng)的配比有了較大的不同，在燃煤情況下，一次風(fēng)與二次風(fēng)的配比為6:4，而燃燒生物質(zhì)時理論上為4:6的關(guān)系，由于引風(fēng)機風(fēng)量的影響，在實際運行調(diào)整中要求一次風(fēng)保證床料的流化即

13、可，二次風(fēng)盡可能保證燃盡。通過優(yōu)化一次風(fēng)與二次風(fēng)的配比，生物質(zhì)的后燃情況及燃盡情況大為好轉(zhuǎn)，燃燒后大渣、飛灰可燃物明顯下降。4.3加長1#鍋爐引風(fēng)機葉輪，提高引風(fēng)機壓頭由于電除塵器前增加旋風(fēng)分離器，使阻力增加了800 Pa左右，造成原引風(fēng)機的風(fēng)壓不夠。引風(fēng)機額定電流為38 A，全燃生物質(zhì)后引風(fēng)機電流為28 A，實際使用未達到額定值，可以通過增加引風(fēng)機葉輪長度來提高壓頭。公司請風(fēng)機廠重新設(shè)計了引風(fēng)機葉輪，葉輪加長了56 cm，引風(fēng)機壓頭增加600 Pa左右，運行電流為33 A，初步解決了引風(fēng)風(fēng)壓不夠制約一二次總風(fēng)量的問題，減少爐膛正壓運行。4.4加裝返料器吹灰裝置由于生物質(zhì)后燃，返料器返料灰量少

14、，熱量不易帶走，返料器超溫使生物質(zhì)灰變形，并且在返料器錐部慢慢結(jié)焦，減小并最終堵死返料灰的返回通道，造成返料器堵塞。為了解決返料頻繁堵灰造成停爐問題，在二次風(fēng)補給位置和燃燒調(diào)整上進行攻關(guān)，降低返料器的溫度，防止返料器壁慢慢掛焦，同時在返料器錐部安裝了吹灰裝置，利用壓縮空氣每班定期吹掃，在返料器壁掛焦的初期將焦塊吹掉，從而大大減緩了返料器掛焦的速度，基本解決了返料器頻繁堵灰的問題（如圖5）。4.5更換鍋爐分離器中心筒，提高返料器分離效率生物質(zhì)的灰分較少，而循環(huán)物料的多少對床層溫度和返料器的溫度影響非常大故返料器分離效率成為鍋爐負荷能力的重要影響因素。為了提高返料器分離效率，將使用多年的鍋爐分離器

15、中心筒更換，增加循環(huán)物料捕捉能力，提高爐膛差壓。4.6增大鍋爐排渣管生物質(zhì)加工過程中，人為加入的石子、磚塊等雜質(zhì)也對循環(huán)流化床料的流化和放渣造成很大的影響。如果排渣管規(guī)格由咖159改為+219，排渣難問題基本解決。5、鍋爐改進后運行效果通過2010年上半年攻關(guān)和鍋爐完善，1#、2#鍋爐全燃改造后帶負荷能力已從原4045 t/h提高到現(xiàn)在5055 t/h，每月的上網(wǎng)電量也由上半年1 150萬千瓦時月，增加到下半年的1450萬千瓦時月；鍋爐全燃改造后最長運行記錄由上半年的15天增加到下半年連續(xù)運行64天，鍋爐的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性大大提高。6、需要繼續(xù)攻關(guān)和關(guān)注的問題(1)力爭將鍋爐負荷提高到60 t/

16、h，主要措施如：加強收購生物質(zhì)質(zhì)量的管控；研究優(yōu)化不同品種生物質(zhì)燃料的配比；研究鍋爐輔機（引風(fēng)機等）的重新選型和改造，提高風(fēng)量調(diào)整的選擇幅度；進一步優(yōu)化燃燒調(diào)整等，提高鍋爐的負荷率；料倉帶料運行，提高鍋爐負荷的穩(wěn)定性。(2)總結(jié)鍋爐全燃生物質(zhì)過程中，受熱面結(jié)灰、腐蝕的規(guī)律和特點，完善減緩其結(jié)灰、腐蝕和防止堵灰方面的措施。(3)高低溫過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器腐蝕后，將面臨材質(zhì)改型和結(jié)構(gòu)型式的調(diào)整，在調(diào)整過程中應(yīng)重視過熱器、省煤器等換型時在防止腐蝕、堵灰與保證不減少受熱面積兩個方面的平衡。首先生物質(zhì)鍋爐利用生物質(zhì)能源，生物質(zhì)能源是綠色、環(huán)保、可再生能源，獲得較為容易，取之不盡用之不竭，歸根結(jié)底是

17、太陽能的一種，在一個循環(huán)周期內(nèi)可以做到“零”碳排放，利用不受時間、氣候、地域限制，污染物排放低。以下是分系統(tǒng)介紹：1) 給料系統(tǒng) 給料系統(tǒng)由料倉、振動給料器、皮帶輸送機、螺旋給料機、斗式提升機、料斗等部件組成。根據(jù)不同的燃料性質(zhì)和鍋爐類型采用不同的給料方式。 在工廠中加工成型的BMF燃料通過皮帶運輸機轉(zhuǎn)存到料倉中，然后再通過斗式提升機（螺旋給料機）把料倉中的BMF燃料供給燃燒器進行燃燒。2) 燃燒系統(tǒng) 燃燒系統(tǒng)的主要設(shè)備是鏈條爐排,相對燃煤，生物質(zhì)燃料有較易著火、燃燒快的特點，故爐排減速機采用慢速電機，使?fàn)t排運行速度降低。考慮到控制爐排適應(yīng)不同的鍋爐不同負荷，爐排電機采用變頻控制，以滿足對爐排

18、行走速度的控制。鍋爐的料層通過爐排前側(cè)的閘板控制。優(yōu)化爐膛受熱面布置和前后拱結(jié)構(gòu)，采用低溫燃燒技術(shù)，控制爐膛燃燒溫度為750850之間（根據(jù)燃料灰熔點確定），有效的抑制堿金屬的結(jié)渣，降低鍋爐腐蝕幾率。生物質(zhì)的燃燒通?？梢苑譃槿齻€階段，即預(yù)熱起燃階段、揮發(fā)分燃燒階段、炭燃燒階段。生物質(zhì)在爐排上的燃燒過程分為預(yù)熱干燥區(qū)、燃燒區(qū)和燃盡區(qū)，根據(jù)各區(qū)的燃燒特點，各區(qū)需要的風(fēng)量有差別，預(yù)熱干燥區(qū)和燃盡區(qū)的風(fēng)量少一些，燃燒區(qū)的風(fēng)量要大一些。風(fēng)量的調(diào)節(jié)通過設(shè)置在爐排兩側(cè)的調(diào)風(fēng)擋板實現(xiàn)。溫度控制是以爐膛內(nèi)部溫度為準，其溫度與燃料氣化時空氣供給的量有關(guān)。鍋爐負荷的調(diào)整通過給料量的調(diào)整來進行控制。燃燒后的煙氣通過爐

19、膛進入對流煙道進行換熱，然后依次進入省煤器（節(jié)能器）、空氣預(yù)熱器完成整個燃燒過程，再進入除塵器進行凈化處理，最后通過煙囪排入大氣，由于采用和省煤器和空氣預(yù)熱器等節(jié)能裝置，降低了煙氣溫度，大大提高了鍋爐整體效率。3) 吹灰系統(tǒng) 鍋爐配有全自動聲波吹灰裝置，可以定時對爐膛和煙管進行吹掃，保證煙管表面不出現(xiàn)積灰，從而實現(xiàn)鍋爐的安全高效運行。采用聲波吹灰器具有以下優(yōu)點：1結(jié)構(gòu)簡單，吹灰器本體不用電，沒有機械運動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，沒有易損部件，不會產(chǎn)生機構(gòu)運動旋轉(zhuǎn)故障。2體積小，重量輕，沒有伸縮機構(gòu)，不存在機械卡殼現(xiàn)象。3材質(zhì)耐高溫，耐磨損，耐腐蝕，抗老化，使用壽命長。4安全可靠,不會磨薄或吹損管束，無導(dǎo)致爆管

20、現(xiàn)象，滿足人身安全和工業(yè)勞動保護條例的要求。5聲波效能高，功率大，頻帶寬，清灰效果顯著。6適應(yīng)范圍廣，可適用于各種爐型和鍋爐任何部位，包括爐膛水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、電除塵器等；光管和螺旋翅片管均可使用，清灰無死角；7用氣量小，動力消耗少。8控制系統(tǒng)分為自動、手動功能，可自成單元，也可接入DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)全自動化運行。4) 煙風(fēng)系統(tǒng) 送風(fēng)系統(tǒng)：鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)與爐排進行優(yōu)化布置，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機通過空氣預(yù)熱器送至爐膛，來達到輸送燃料及助燃的作用，爐排下部的風(fēng)倉使熱風(fēng)可以在爐排下側(cè)均勻的進入爐膛，做到爐排左右兩側(cè)配風(fēng)均勻，減少偏燒現(xiàn)象，保證燃料燃燒完全。引風(fēng)除塵系統(tǒng)：在引風(fēng)機作用下，燃燒完成后產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過在煙管中的對流換熱后、再依次通過省煤器、空氣預(yù)熱器進行換熱，最后進入除塵器凈化，最后經(jīng)引風(fēng)機由煙囪排出。鍋爐二次風(fēng)的布置二次風(fēng)是指在火床上方送入爐膛的一股強烈氣流（習(xí)慣上將從爐排下送入的空氣稱為一次風(fēng)）。二次風(fēng)主要作用是擾動爐內(nèi)氣流，使之自相混合，從而使氣體不完全燃