生物质锅炉选型的比较分析.docx

新能源建设生物质锅炉选型的比较分析李广伟（南京电力设备质量性能检验中心， 江苏 南京 210031）摘 要： 对生物质电厂所用锅炉的种类，燃烧方式、主要特点等进行了分析、探讨，并通过对两种最常用的炉型对比分析， 为合理选择生物质锅炉提供参考。关键词： 生物质锅炉；炉排炉；循环流化床锅炉中图分类号： tk222文献标识码： a文章编号： 2095- 0802- (2012)08- 0045- 02the comparison of type selection for biomass boilerli guang-wei(nanjing electric equipment quality performance inspection center，nanjing 210031, jiangsu, china) abstract：the species, combustion way and main characteristics of biomass power plant boiler are analyzed and discussed. two kinds of the most popular furnace type are compared, which provide the reference for the biomass boiler choice.keywords: biomass boiler；grate furnace；circulating fluidized bed boiler稻、麦秸秆作为一类特定的生物质燃料，具有生物质燃料的一般性质：高挥发份、低灰份、热值低；元素组 成中高氧、低硫；着火温度低、热解迅速且焦炭反应活 性高。同时也具有自身特点：质轻软、疏松、体积能量密 度低；以钾为代表的碱金属以及氯的绝对含量高、性质 活跃；灰中硅元素的份额较大等。稻麦秸秆的上述特点 决定了其燃烧的特殊性，不但异于常规化石燃料，即使 和木材、蔗渣、稻壳等一般生物质燃料相比，其燃烧的组织原则也完全不一样。具体说来秸秆燃烧不但要适应常规生物质燃料的燃烧特点，还必须对秸秆高钾高 氯的特点予以充分的考虑，妥善处理这些无机物质带 来的低熔、结渣、沉积、高低温腐蚀以及聚团等问题。1.1层燃锅炉 层燃锅炉的燃烧方式历史最悠久，积累的经验也最多，除燃用煤以外在以往的燃用固体废弃物中也积 累了不少经验，有许多燃用固体废弃物成功的工程实 例可以借鉴。鉴于生物质燃料的特点，在设计中应考虑 以下问题：a) 生物质燃料易着火、燃尽时间短，应注意炉排和配风的选择，炉排设计应能有效的防止燃烧不充分和断火的发生；b) 炉排的设计应承受生物质燃料 在炉排上的暴燃及结焦；c) 炉拱的设计要适合生物质 燃料的燃烧特性；d) 根据生物质燃料的元素分析，受热 面的设计应能够承受有害物质的腐蚀。1.2 循环流化床秸秆燃烧技术的特点a) 燃烧效率高。循环流化床锅炉床内工质颗粒扰 动剧烈，气、固混合良好，床料和未燃尽的生物质半焦 之间存在强烈的相对运动，有利于生物质半焦颗粒的450引言由于大量使用化石燃料而引起的能源短缺和环境 恶化问题，生物质能已经在锅炉燃料中占据重要的地 位。中国作为农业大国，每年农作物秸秆年产量约为6.5108 t；薪柴和林业废弃物资源量中，可开发量每年 达到 6108 t 以上。每年因无法处理的剩余农作物秸秆在田间直接焚烧的超过 2108 t，这不仅浪费了资源，而且造成严重的空气污染 1。为实现可持续能源生 产和减少温室气体排放的目的，中国已于 2006 年 1 月 开始实施中华人民共和国可再生能源法，为生物质 能等可再生能源的广泛应用，提供制度和法律上保证2。 根据中国新能源和可再生能源发展纲要提出的目标， 至 2010 年，中国生物质能发电装机容量将超过 3 000 mw。1生物质锅炉发展现状直接燃烧水稻、小麦、玉米等农作物秸秆或树木枝 条等的生物质锅炉，是近几年开始发展起来的。由于生 物质的燃料特性所致，锅炉燃烧技术仍在探索之中。目 前国际上和国内常用的生物质锅炉有循环流化床锅炉 和炉排炉两大类 3，国内有循环流化床 cfb 锅炉、振动 炉排锅炉投运的先例，其中振动炉排锅炉有些是引进 国外技术。收稿日期：2012- 07- 09作者简介：李广伟，1983年生，男，河北衡水人，2008年毕业于西 安交通大学电厂热能专业，助理工程师。2012 年第 8 期2012 年 8 月破碎和燃尽；燃料及床料在循环流化床系统回路中多次循环、反复地燃烧和反应，燃烧效率高；b) 燃料适应性广。循环流化床燃烧方式对燃料的 强适应性在燃煤和燃用各种废弃物的应用场合已得到 充分的体现，在秸秆燃烧中，也同样能适应秸秆原料在 种类、破碎条件、水分、杂质含量等方面的变动，维持良 好的燃烧组织；c) 低温燃烧特性。循环流化床锅炉炉膛内大量惰 性的床料和床料与燃料之间充分的混合使燃料燃烧放出的热量能均匀释放，不会在稀相区形成悬浮燃烧和 层燃燃烧所难以避免的局部高温；通过炉内受热面布 置可以较好地控制循环回路物料的温度水平，从而实 现对床层温度的控制，能够维持生物质在 700 左右表 1炉排炉和循环流化床的特点对照表渣要求低（高水分、高灰渣燃，。稳定燃烧，使秸杆燃尽后不易结渣，并有效地抑制 nox的生成。据国内专业院校有关研究资料介绍，这一燃烧温度还能缓解秸秆中碱金属的迁徙转移带来的床层聚 团、受热面沉积腐蚀、水冷壁熔渣等问题；d） 炉内脱酸特性。循环流化床锅炉传热传质工况 十分优越，通过炉内添加石灰石可以有效地去除烟气结焦；过热器等结焦，尾；中的 so ；据国内有关研究资料介绍，通过添加合适的2添加物也能够固集甚至转化秸秆原料带入炉内的碱金属，从而实现主动地控制碱的迁徙转化，从根本上缓解 进入尾部烟道的碱对后部受热面的危害 4。1.3两种燃烧方式比较 生物质燃料易于着火也易于燃尽，采用炉排炉运行中炉排基全部暴露在炉膛的热辐射下，因此目前国 内生物质锅炉制造厂一般采用耐高温的合金钢材料制 作链条炉排，也有些项目采用引进技术的振动炉排炉。 循环流化床秸秆燃烧技术得益于循环流化床燃烧方式固有的特点，专业院校的研究资料指出，这种锅炉在解决秸杆燃料中碱金属带来的低熔、结渣、沉积、高 低温腐蚀以及聚团等问题上比炉排炉燃烧有明显的优 势，能够在秸秆燃烧中发挥出独特的作用。1.4国内生物质电厂锅炉选型比较 目前国内各生物质电厂运行的锅炉主要有两种炉型：引进国外技术，国内消化吸收制造的炉排式锅炉和 国内自主开发的循环流化床锅炉。目前已建成和在建 项目有 90%以上是采用引进丹麦 bwe 技术制造的水 冷振动炉排式锅炉。下面将炉排炉和循环流化床的特点列表说明。2 结语从纯技术设计来说，炉排炉锅炉效率虽然低于流 化床约 3%4%，但厂用电的减少基本可弥补相对低的 锅炉效率，炉排炉综合运行指标占优；从燃料适应性来 说，明显流化床锅炉占优。锅炉的选型应以燃料构成和 收集管理作为唯一依据。若燃料能保证电厂用量，在燃46失约 2%。，吹灰器。（下转 78 页）主要指标炉排锅炉循环流化床锅炉燃料适应性对不同种类燃料适应性差；要 求水分20%，高水分、高灰渣 燃料适应性差；适宜软硬秸 秆，对稻壳适应性差。燃料适应性强，不同种类燃料均可燃烧。对燃料水分、灰料可适应）；适宜软硬秸秆 对稻壳适应性差。燃料要 求粒度对燃料破碎粒度要求低（不阻塞能送入即可，一般10 cm）。如若解决进料问题，软质秸杆不用破碎，对燃烧无影响。对燃料破碎粒度要求严格（宜 5 cm 左右，一般8 cm）。所有秸秆须破碎燃烧组织一次风一般为分仓送风，一次风占总风量的 50%，二次风约占总 风量的 50%，炉膛出口过量空气 系数较大。由于炉膛便于采用缩 腰结构，可更有效组织烟气的漩涡运动和发送烟气充满程度，可 延长挥发份和小颗粒的停留时 间，提高锅炉效率。采用低倍率循环，二次风 约占总风量的 60%，炉膛 出口过量空气系数稍小 由于炉膛较大，二次风效 果比炉排炉差一些。床面积炉 排 面 积 热 负 荷 燃 煤 为 0.6mw1.1 mw ，生物质锅炉可达 1.3 mw1.8 mw ，炉排面积大。流化床面积热负荷燃煤 锅 炉 可 达 2.0 mw2.8mw，生物质锅炉需要的 床面积较小。年运行时间故障率低。故障率表现在炉排 振动设备故障；炉排、过热器 等结焦，尾部积灰；高温管道 腐蚀等。年运行时间7 000 h。故障率高于炉排炉。故障 率表现在床上、返料器易部积灰；高温管道腐蚀 磨损问题等。年运行时 间6 000 h。操作控 制要求操作控制要求低。主要控制炉 排燃烧温度。操作控制高于振动炉排 炉。主要控制床温和返料 器温度。需添加床料。炉膛出口过量系数设 计 1.351.45， 实 际 运 行1.41.5，排烟热损失大。设计 1.21.5，实际运行1.251.3，排烟热损失小。机械燃 烧损失灰和渣的机械不完全燃烧损失均大于流化床锅炉。渣的机械损失5%。渣的机械不完全燃烧损锅炉效率一般在 8386%左右。一般可达 87%以上。辅机电耗低高锅炉点火采用人工点火，非常简单。采用床下油点火。油点火要求高，且需上轻油站设施增加投资约 40104 元。锅炉综合 运行费用电耗低，燃料破碎要求低，采 用人工点火，操作控制要求 低，故运行费用低。电耗高，燃料破碎要求高 采用油点火，操作控制要 求高，故运行费用高。锅炉出 口灰量灰渣比约 6:4。出口灰量低，对 除尘器效率要求稍低。灰渣比约 8:2。出口灰量高 对除尘器效率要求高。锅炉及配 套辅机综 合造价锅炉价略高，辅机价低，无需 轻油站设施，综合造价略高。锅炉价低，辅机价高，需轻 油站设施，综合造价略低。燃料处 理系统较复杂。很复杂。过热器管 壁结焦性炉膛出口烟温在 860 左右 屏式对流过热器采用纵向冲刷，设置吹灰器。采取措施可 使炉膛出口温度在 820 ，主 要影响是锅炉造价增高。控制炉膛出口烟温，设置锅炉进料系统采用螺旋输送或液压推杆输送。采用螺旋输送或气力输送，同时需补充床料。过热器高温腐蚀（碱、金属、氯）存在，将高温过热器布置在烟温 700 区域，控制高温过热 器管壁温度，材质多用 tp347、 sus316 或者采用表面喷涂。存在，控制炉膛出口烟温 在 780 左右。除渣方式一般水力出渣或干渣。一般干渣。2012 年第 8 期2012 年 8 月锅炉负荷调 节 可 从 30% 110% 实 现 稳 定 燃 烧 ，60%110%负荷保证蒸汽参数；d) 环保性能好，通过向炉内添加石灰石，能显著降 低二氧化硫的排放，降低硫对设备的腐蚀及对环境的 污染，循环流化床锅炉属低温燃烧，又是分级送风，大 大降低氮氧化合物的排放，环保性能好，能够有效的保 护环境，提高居民的生活质量。2 改造方案2.1锅炉本体部分 此方案将采用近年发展起来的高倍率循环流化床对链条锅炉进行改造，改造后产品结构紧凑，锅炉本体 由锅筒、水冷系统、省煤器、空气预热器、钢架、平台扶 梯、炉墙、外护板、燃烧设备、给料装置、点火装置、分离返料装置等组成 2。锅炉仍系自然循环水管锅炉，炉膛采用全悬吊结 构，炉膛四周改为膜式水冷壁结构及省煤器区域均为 护板炉墙，锅炉采用分散下降管进水冷壁下集箱，为保 证水循环安全可靠，前、后及两侧水冷壁共分 4 个独立 回路。锅炉点火为床下点火方式。锅筒采用原锅炉锅筒。锅筒内部装置由旋风分离 器进行粗分离，顶部百叶窗进行细分离，并设有加药 管、排污管以及水位表、压力表、安全阀等附件。锅筒仍 采用支承结构，可自由膨胀。拆除原水冷壁和炉墙，布置成循环流化床锅炉的膜式壁结构，炉膛四周水冷壁采用全悬吊膜式结构。2.2 系统改造路线2.2.135 t/ h 以下蒸汽链条炉效果不良的原因分析 目前锅炉效果不良的原因如下：a) 从技术流派来看，均为单一的高循环倍率或者单一的低循环倍率,不 可避免存在着热效率低、磨损严重等问题；b) 从分离回 送系统来看，由于分离器选型不当，匹配不合理，造成 循环系统分离效率低，回送阀易结焦，使用寿命短，运 行稳定性差；c) 就锅炉改造而言，由于受到原有锅炉结 构，厂房尺寸的限制，为了提高锅炉的燃烧效率，延长细颗粒在炉内的停留时间，则需提高原有汽泡及厂房高度，改造费用高，周期长。因此，目前锅炉运行状况并 不理想，飞灰含碳量高，热效率低，磨损严重。2.2.135 t/ h 以下蒸汽链条炉技术改造方案针对上述 35 t/h 以下蒸汽链条炉存在的一些缺点 和不足，我们提出以下的改进方案：a) 采用循环流化床燃烧方式；b) 采用合理的回送系统，将被烟气携带出炉膛大 量的未燃烬的颗粒捕捉下来入炉回燃是该炉改造是否成功的关键；c) 合理布置炉膛受热面，给粉末颗粒创造良好的 燃烧条件，大部分蒸发受热面均溥了浇注料或挂砖，以 降低水炉膛水冷度；d) 增加二次风，在炉膛上部炉墙四角布置强旋二 次风，保证经颗粒在经过省煤器降温冷却之前得到充 分燃烧；e) 回送系统采取结焦措施，在高温分离物料仓内 布置水冷壁，降低锅炉结焦几率。3结语我国的大气污染、能源消耗尤其严重，特别是经济 欠发达的地区，大气污染指数已经严重超标，为了有效 的保障人们的居住和生存环境。为了有效的改善大气 污染的现状，最有效的方法就是从源头做起，就是对污 染源进行改造。因此过路的结构非常重要，本文尝试对 锅炉进行改造，改造后的锅炉预想可以基本达到设计 要求,而且启动方便、运行稳定、负荷调节性能好、煤种 适应性广。此种改造模式比新建一台同型号的锅炉可 节约资金约 20%。初步投资预