淺談國(guó)能生物發(fā)電項(xiàng)目

淺談國(guó)能生物發(fā)電項(xiàng)目

1.總結(jié)1.1項(xiàng)目背景1.1.1鍋爐燃料設(shè)施國(guó)能威縣生物能源公司鍋爐型號(hào)為yg-130.9.2-t，采用bw公司先進(jìn)的生物燃料燃燒技術(shù)，將棉花秸稈燃燒起來(lái)。其類型為冷濕泵的排放，高溫高壓的自然循環(huán)，單管、單管、平衡通風(fēng)、室內(nèi)配置、固體排放、全鋼結(jié)構(gòu)、底架結(jié)構(gòu)式鍋爐。鍋爐至爐前料倉(cāng)部分所有設(shè)備均為龍基電力公司提供。2007年1月份投產(chǎn),由于設(shè)計(jì)偏差及燃料質(zhì)量問(wèn)題,純燒棉秸稈時(shí),機(jī)組負(fù)荷很低,不足20MW。經(jīng)過(guò)07年10—12月大量卓有成效的探索和研究,機(jī)組純燒棉秸稈負(fù)荷已能穩(wěn)定在22MW左右,并為后續(xù)攻關(guān)積累了很多寶貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)營(yíng),威縣項(xiàng)目棉花秸稈量大、價(jià)格低廉,07年棉秸稈大量結(jié)余。因而純燒棉秸稈不僅對(duì)威縣公司具有巨大無(wú)比的經(jīng)濟(jì)效益,而且能給附近國(guó)能其他項(xiàng)目留出綜合燃料資源,同時(shí)對(duì)棉秸稈較為豐富的國(guó)能其他項(xiàng)目也具有同樣的重大價(jià)值。1.1.2純棉秸稈最高穩(wěn)定負(fù)荷08年國(guó)能威縣項(xiàng)目棉秸稈收購(gòu)質(zhì)量有較大提高,但機(jī)組純燒棉秸稈最高穩(wěn)定負(fù)荷也僅23MW,必須摻燒大量綜合燃料才能穩(wěn)定接帶30MW負(fù)荷。1.1.3不同的輸送能力總結(jié)2)輸料機(jī)(2臺(tái))3)配料機(jī)(2臺(tái))4)給料機(jī)(6臺(tái))1.2項(xiàng)目基礎(chǔ)2008年2月20日國(guó)能集團(tuán)公司對(duì)威縣公司的設(shè)備改造提出了要求:1.2.1煤基鍋爐發(fā)電能力在純燒棉秸稈情況下給料系統(tǒng)達(dá)到80%額定出力時(shí),鍋爐出力能穩(wěn)定地滿足汽輪發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷(30MW)的要求;同時(shí),改造方案應(yīng)滿足安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)等要求。1.2.2表中顯示了棉稻草的燃料性質(zhì)1.3給料系統(tǒng)改造的總承包工程從爐前料倉(cāng)至鍋爐爐膛進(jìn)料口,國(guó)能威縣項(xiàng)目130t/h灰色秸稈鍋爐給料系統(tǒng)改造的總承包工程,包括技術(shù)方案制定、施工圖設(shè)計(jì)、設(shè)備采購(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)安裝、系統(tǒng)調(diào)試、性能試驗(yàn)等工作。2.問(wèn)題的分析和評(píng)價(jià)2.1供應(yīng)不足，設(shè)備嚴(yán)重偏離合理運(yùn)行的先決條件2.1.1主要設(shè)備運(yùn)行情況國(guó)能威縣項(xiàng)目取料機(jī)電機(jī)功率為30KW,額定工作電流為58A,而長(zhǎng)期以來(lái)運(yùn)行工作電流僅13~17A左右,低于三分之一額定電流,即取料機(jī)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離正常運(yùn)行工況,同時(shí)取料機(jī)工作頻率已達(dá)最大的77Hz。經(jīng)對(duì)其他項(xiàng)目的了解,情況基本一致,爐前給料系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備工作狀況大體如下表:其中,威縣公司配料機(jī)電機(jī)已于07年初由7.5KW更換為15KW,#1、#2配料機(jī)工作電流分別為13.3A和13.1A。由上述數(shù)據(jù)分析可知:取料機(jī)負(fù)荷嚴(yán)重不足,輸、配、給料機(jī)負(fù)荷均不太足。取料機(jī)取料量嚴(yán)重不足的原因在于棉花秸稈體積密度太小,僅120kg/m3,嚴(yán)重偏離原先的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),負(fù)載過(guò)小,取料螺旋容腔體積不足。2.1.2燃料供應(yīng)不足。由于進(jìn)給罐和爐的兩端容易堵塞在實(shí)際運(yùn)行中,#3、#4給料機(jī)燃料過(guò)多,#2、#5給料機(jī)燃料較少,而#1、#6給料機(jī)基本沒有燃料,致使燃料分布極不均勻。2.1.3堵料時(shí)常堵料給料機(jī)頭部至落料管膨脹節(jié)為天園地方緊急變徑收口過(guò)渡結(jié)構(gòu),燃料在此處經(jīng)常堵料。落料口軸向尺寸與螺旋葉片螺距不匹配,給料機(jī)螺旋葉片最大螺距為500mm,而給料機(jī)頭部落料口沿軸向尺寸僅400mm,成團(tuán)棉桿經(jīng)過(guò)時(shí),容易發(fā)生擠料和堵料,造成給料機(jī)跳閘。2.2給料系統(tǒng)的能量生物質(zhì)發(fā)電原料為秸稈,其特點(diǎn)是密度小、體積大,單位體積熱值低。威縣原先給料系統(tǒng)由于提供給設(shè)計(jì)的體積密度和熱值偏差,導(dǎo)致不僅秸稈取料量不足,而且取、輸、配、給料機(jī)都出現(xiàn)了“大馬拉小車”現(xiàn)象,一方面秸稈量不足,單位時(shí)間內(nèi)送入爐膛的熱量不足,另一方面,各個(gè)電機(jī)工作電流都嚴(yán)重偏低,有勁使不上。給料系統(tǒng)的本質(zhì)是在單位時(shí)間內(nèi)均勻送入爐膛的總熱量要滿足鍋爐滿負(fù)荷燃燒的需要。對(duì)秸稈來(lái)講,由于體積密度小,單位體積內(nèi)熱值低,因而應(yīng)以單位時(shí)間內(nèi)體積輸送量來(lái)設(shè)計(jì)和校核給料系統(tǒng)的能力。2.3由于機(jī)組高負(fù)荷，必要的棉稻草量2.3.1燃料消耗量和輸送體積量威縣公司鍋爐燃用低位發(fā)熱量為2000~2500kcal/kg的棉花秸稈,在額定工況、額定負(fù)荷(130t/h蒸發(fā)量)下燃料消耗量為35.8~44.7t/h,按120kg/m3核算,必需輸送體積量為298~372.5m3/h。按照技改要求,爐前給料系統(tǒng)80%的額定出力即應(yīng)滿足鍋爐滿負(fù)荷時(shí)的燃料需求量,棉秸稈按120kg/m3,經(jīng)計(jì)算可得到,爐前給料系統(tǒng)的燃料輸送量應(yīng)該在372~465.6m3/h的范圍內(nèi)。2.3.2按機(jī)組固定工況區(qū)分棉秸稈與機(jī)組秸稈。據(jù)機(jī)組本次改造前,給料系統(tǒng)中取料機(jī)已按77Hz最大工況運(yùn)行,給料機(jī)中僅#3、#4給料機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行,#2、#5給料機(jī)負(fù)荷率不足50%,#1、#6給料機(jī)處于空負(fù)荷狀態(tài),此時(shí)機(jī)組純燒棉秸稈負(fù)荷最高為25MW左右(非穩(wěn)定狀態(tài))。按照鍋爐熱平衡推算,機(jī)組帶30MW時(shí)的棉秸稈必需量應(yīng)至少為目前秸稈量的30/25=1.2倍。根據(jù)其他項(xiàng)目機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況及汽輪機(jī)廠家熱力計(jì)算書,機(jī)組帶30MW負(fù)荷僅需額定參數(shù)的主蒸汽量120t/h。且根據(jù)威縣公司一年多來(lái)對(duì)棉秸稈收到基低位熱值的跟蹤分析,最低數(shù)值都在10000kj/kg以上。故機(jī)組純燒棉秸稈帶30MW負(fù)荷實(shí)際棉秸稈需求量應(yīng)當(dāng)小于372.5m3/h,更遠(yuǎn)小于465.6m3/h,估計(jì)應(yīng)在350m3/h左右,比原給料系統(tǒng)額定出力280m3/h大70m3/h左右,350/280=1.25倍,與上述數(shù)據(jù)基本吻合,考慮棉秸稈較強(qiáng)的粘連性,應(yīng)將改造后給料系統(tǒng)的輸送能力予以進(jìn)一步的適當(dāng)放大。2.4體積輸送能力按照2.3.1推算,機(jī)組滿負(fù)荷即30MW時(shí),需額定主蒸汽量約120t/h,消耗純棉秸稈量約為264.4~330.1m3/h,機(jī)組帶25MW負(fù)荷時(shí)消耗純棉秸稈量約為220.3~275.1m3/h。取料機(jī)體積輸送能力肯定嚴(yán)重不足。取料機(jī)螺旋處于爐前料倉(cāng)內(nèi),開式螺旋,始終為滿填充狀態(tài),其銘牌出力140m3/h,應(yīng)為最大體積輸送能力,沒有任何余量,故盡管電機(jī)功率余量較大,但在機(jī)組25MW負(fù)荷時(shí)2臺(tái)取料機(jī)體積輸送能力已達(dá)其極限,再加上棉秸稈粉碎質(zhì)量變化,此狀態(tài)下的取料機(jī)所保證的最大穩(wěn)定負(fù)荷必然低于25MW。輸、配、給料機(jī)體積輸送能力需進(jìn)一步驗(yàn)證。這幾個(gè)螺旋均為實(shí)體面型閉式螺旋,其體積輸送能力需從實(shí)際運(yùn)行中觀測(cè)。從一年多的運(yùn)行觀察,在機(jī)組25MW負(fù)荷時(shí),#3、#4給料機(jī)緩沖料箱中始終滿倉(cāng),即處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),#2、#5給料機(jī)負(fù)荷率不足20%,#1、#6給料機(jī)處于空負(fù)荷狀態(tài),但#3、#4給料機(jī)螺旋本身運(yùn)行從未發(fā)生螺旋內(nèi)部無(wú)法輸送問(wèn)題,故單臺(tái)給料機(jī)體積輸送量已達(dá)(220.3~275.1)/3=73.4~91.7m3/h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其銘牌體積輸送量。3.改革方案和實(shí)施3.1增容方案確定根據(jù)上述分析和判斷,威縣項(xiàng)目機(jī)組純燒棉秸稈負(fù)荷不高的原因在于取料量嚴(yán)重不足,取料機(jī)取料量不足的原因在于體積輸送能力不足,而非電機(jī)功率問(wèn)題,故增容方案首先為增大取料機(jī)螺旋直徑。輸、配、給料機(jī)在增大填充系數(shù)后的體積輸送能力有待考驗(yàn)。所以首先增大取料機(jī)取料能力不僅可能破解純燒棉秸稈帶高負(fù)荷問(wèn)題,而且也是校核后續(xù)輸、配、給料機(jī)體積輸送能力的有效手段。3.1.1提取料螺旋體積輸送量1)增大取料機(jī)螺旋直徑120mm取料機(jī)螺旋直徑增大120mm后取料量核算:取料機(jī)螺旋為變螺距、變直徑螺旋,最大直徑550mm,最小直徑450mm,螺旋軸直徑219mm,由于爐前料倉(cāng)中始終為充滿料狀態(tài),因而最終取料螺旋體積輸送量的決定因素為最靠近取料機(jī)出料口處螺旋的最大直徑。由于受取料機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)限制,增大螺旋直徑的部位只能選擇在距出料口1.5個(gè)螺距之前,此處為整個(gè)螺旋直徑最大處(550mm),則增大螺旋直徑120mm后,相同轉(zhuǎn)速下取料量增大為:2)在原先拆掉出料口蓋板的前提下,再沿取料機(jī)螺旋出料口兩側(cè)方向各擴(kuò)大200mm,并將割下的鋼板焊接到切割后的出料口邊緣起到加固作用。3.1.2管輸距離的影響1)沿軸向方向割去螺旋下筒體150mm,落料口軸向尺寸增大到550mm,使之大于螺旋螺距,同時(shí)保證落料管盡量垂直。2)將伸縮節(jié)和氣動(dòng)插板門下移,目的是增加落料口與插板門的距離,減緩變徑收口的急劇程度,增大燃料在其中的落料高度,保證落料管的垂直度,氣動(dòng)插板門下移400mm;為減少其它設(shè)備的改動(dòng),將伸縮節(jié)與插板門對(duì)換位置,伸縮節(jié)安裝在原落料管的拐彎處。3.2物料填充系數(shù)一般手冊(cè)介紹螺旋輸送機(jī)輸送量計(jì)算公式為:Q:輸送質(zhì)量,t/h;d:螺旋的直徑,m;s:螺距,m;對(duì)于葉片和成型式螺旋,s=1.2d;n:螺旋轉(zhuǎn)速,rpm;ρ:物料的堆積密度,t/m3;c:傾斜系數(shù),查表可得;準(zhǔn):物料的填充系數(shù)。螺旋輸送機(jī)對(duì)輸送粘連性強(qiáng)、易結(jié)塊的物料填充系數(shù)一般取為0.36,按改造前給料系統(tǒng)各臺(tái)螺旋輸送機(jī)的銘牌出力反推,廠家設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)也是按此填充系數(shù)所取。同時(shí),經(jīng)一年多的實(shí)際運(yùn)行情況看,各個(gè)螺旋本身未發(fā)生無(wú)法運(yùn)行輸送燃料的情況,故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì),在棉秸稈粉碎質(zhì)量基本保證情況下,各個(gè)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的燃料填充系數(shù)可達(dá)0.6,目前狀態(tài)下各設(shè)備輸送棉秸稈均有一定余量。3.3國(guó)能威縣項(xiàng)目公司成立專項(xiàng)會(huì)的必要性08年2月23日由國(guó)能生物技術(shù)咨詢公司主持,威縣公司、黃臺(tái)電廠運(yùn)營(yíng)部等單位相關(guān)人員在國(guó)能威縣項(xiàng)目公司召開了改造專題會(huì),并形成了會(huì)議紀(jì)要。3.3.1加工系統(tǒng)的改造取料機(jī)直徑增大200mm后跟改造前相比,取料量增大為:2月25日至3月1日期間,威縣項(xiàng)目公司對(duì)#2取料機(jī)進(jìn)行了改造,同時(shí)將#4、#5、#6給料機(jī)按方案一進(jìn)行料改造。3月2日進(jìn)行試轉(zhuǎn),取料機(jī)空載電流達(dá)到32A,取料量過(guò)多,導(dǎo)致取料機(jī)經(jīng)常過(guò)載和堵料跳閘,這說(shuō)明對(duì)取料機(jī)螺旋直徑增大過(guò)多,改造過(guò)大。3.3.2螺旋直徑的單因素試驗(yàn)根據(jù)第一次改造的情況,經(jīng)核算純燒棉秸稈使機(jī)組穩(wěn)定帶30MW負(fù)荷,取料機(jī)只需擴(kuò)大為改造前取料量的1.2倍以上即可。故采取對(duì)取料機(jī)螺旋直徑增大120mm,取料量增大1.58倍的方案,并對(duì)#1、#2、#3給料機(jī)按方案一進(jìn)行改造。此次改造于3月5日至3月11日期間實(shí)施,3月12日開機(jī)以后,純燒棉秸稈機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定維持在30MW以上,此時(shí)取料機(jī)調(diào)速頻率為最高工作頻率77Hz的50%左右,工作電流為22A左右,輸、配、給料機(jī)都正常,無(wú)堵塞現(xiàn)象,說(shuō)明改造取得了初步成功。4.系統(tǒng)運(yùn)行狀況分析3月20日,國(guó)能生物技術(shù)咨詢公司組織威縣項(xiàng)目公司進(jìn)行給料系統(tǒng)改造后純燒棉秸稈高負(fù)荷試驗(yàn),發(fā)電參數(shù)詳細(xì)情況如下表:給料系統(tǒng)詳細(xì)運(yùn)行狀況如下表(高負(fù)荷狀態(tài)):根據(jù)上述試驗(yàn)情況,分析結(jié)論如下:1)試驗(yàn)按預(yù)想目標(biāo)基本成功。2)此次改造,取料機(jī)工作電流有較大提升;3)蓬、堵料現(xiàn)象雖大幅度較少,仍時(shí)有發(fā)生,主要原因?yàn)槊藿斩捜剂现虚L(zhǎng)桿及團(tuán)狀物影響,但配料機(jī)一般跳閘后無(wú)需處理,再次啟動(dòng)即正常,僅發(fā)生1次堵實(shí)現(xiàn)象;4)只要勤操作勤調(diào)整,已具備30MW壓紅線運(yùn)行條件。5.結(jié)論和建