您好,欢迎来到生物质发电产业网!
 用户名: 密码: 验证码: 看不清?点击更换
您的当前位置: > 技术论文 > 正文
技术论文
水冷振动炉排锅炉在生物质直燃发电厂中的应用
盖东飞1  吕英胜2  王磊1  张建国1  宋举星1
(1山东电力工程咨询院有限公司, 济南  250013
2国能生物发电集团有限公司,北京 100083)

摘  要:我国是一个农业大国,生物质资源丰富,有效地利用生物质能是我国能源政策的重要组成部分。生物质直燃发电是生物质利用效率最高也是技术较成熟的利用方式之一,对水冷振动炉排炉在生物质直燃发电厂的应用进行了总结,并对生物质直燃发电技术的发展进行了展望。
关键词:生物质发电;水冷振动炉排;生物质锅炉

The Application of Water-cooled Vibrated Stock Boilers in Biomass Direct Combustion Power Plant

GAI Dong-fei1,Lv Yingsheng,WANG Lei1,ZHANG Jian-guo1,SONG Ju-xing1
(1Shandong Electric Power Consulting Institute Co.Ltd,Jinan  250013,China
2National Bio Energy Group Co.Ltd,Beijing  100083,China)

Abstract:China is an agricultural country and it is abundance in biomass. The effective utilizing biomass is the long-term energy layout of our country. Biomass direct combustion power plant is the most efficient and mature utilization. The article summarized the application of water-cooled vibrated stock fired boilers in biomass power plant,and show the prospect of the biomass power generated technology.
Key words:Biomass power plant;water-cooled vibrated stock fired boilers;biomass boiler

0 引言  
我国能源与环境面临着严峻挑战,开发和利用环境友好型的替代能源对我国能源结构调整及国民经济发展具有重大的战略意义。生物质能作为仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源,蕴藏量极大,涵盖传统的薪柴、农林作物、农林废弃物、食品加工和林产品加工的下脚料、城镇生活垃圾、人畜粪便、生活污水、湖底淤泥等形式。我国生物质能一直是农村的主要能源之一,农村生活用能61%仍靠传统直接燃烧方式利用生物质能,利用效率低于10%,而采用生物质发电技术,可将生物质能转化为高品质的电能,热效率可提高到35%~40%,既节约能源,又改善农村的居住环境,提高农民生活水平。
我国对生物质能的利用极为重视,连续在4个国家五年规划中将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目,在国家可再生能源中长期规划中,提出到2020年生物质发电总装机容量达到3000万千瓦的目标。自2010年7月1日国家规范农林生物质发电上网电价后,各发电企业对生物质能发电给予了更多的关注。
1 生物质直燃发电技术  
目前生物质发电技术主要有直接燃烧发电、混合燃烧发电、热解气化发电和沼气发电4个种类。其中混合燃烧发电因无法享受国家对新能源的扶持政策而受到抑制;气化发电及沼气发电规模小,过程复杂,而且造价和运行成本都较高,大规模的发电系统仍未成熟,一般发电规模在200kW以下;而生物质直燃发电技术已经基本成熟,在大规模下效率较高,单位投资也较合理。目前生物质直燃发电的关键技术包括原料的预处理技术、蒸汽锅炉的多种原料适用性技术、高效燃烧技术、低氮燃烧及烟囱防腐技术等。
采用直燃发电方式的生物质锅炉主要有循环流化床锅炉和层燃锅炉两种。循环流化床锅炉通过燃料破碎在炉内流化风流化后循环燃烧,燃料燃烧充分。相对于层燃锅炉,循环流化床生物质锅炉具有以下优点:
1) 燃烧稳定,而且燃烧效率高;
2) 低温燃烧不易结渣,NOX等污染物排放低;
3) 燃料适应性强,对带泥沙燃料的燃烧能很好的适应;
4) 锅炉无运动部件,事故率低;
5) 负荷可调节性大,可满足30%~110%的负荷运行需要。
但也存在以下不足:
1) 由于增加流化风机等特殊设备,厂用电要高于层燃锅炉;
2) 运行过程中需不定时添加沙子、高铝砖屑等床料,增加了运行成本;
3) 流化床锅炉对入炉燃料颗粒尺寸要求严格,需要增加燃料破碎等预处理工艺和设备;
4) 蓄热床料燃烧后产生的飞灰硬度较高,容易磨损锅炉受热面。
循环流化床最早主要是为解决燃煤机组烟气炉内脱硫的问题而在国内采用的,虽然近年开始尝试在生物质发电中应用,但很多技术问题仍未解决,由于循环流化床锅炉易掺煤燃烧,在CDM指标申请上难度相对较大。
层燃锅炉主要有往复炉排、水冷振动炉排及链条炉排等型式。层燃锅炉结构简单、操作方便、投资和运行费用相对较低,但存在燃料适应性不强、炉排与水冷壁之间密封不严、高温排渣不畅、污染物排放较高、锅炉运动部件容易产生故障、给料口等位置磨损严重等问题。
2 水冷振动炉排炉直燃发电技术
我院设计的生物质电厂主要有12MW、18MW及30MW三种装机方案,采用48t/h、75t/h及、130t/h3种成熟技术的高温高压炉型,,涵盖了黄色秸秆和灰色秸秆两种燃料,且1x30MW的装机方案效益最佳。
(1)灰色秸秆由于密度较大,长短不一,需破碎加工后采用散料形式输送至炉前的秸秆料仓中,经螺旋给料机将秸秆送入炉膛燃烧。
灰色秸秆直燃发电的工艺流程如图1所示。

图1 灰色秸秆直燃发电工艺流程
1-炉前给料仓、2-计量单元、3-给料机 4-振动炉排、5-燃烧室 6-布袋除尘器 7-引风机、8-送风机、9-空气预热器、10-烟气冷却器 11-省煤器、12-二级过热器、13-三级过热器、14-四级过热器、15-一级过热器 16-发电机17-冷凝器、18-给水箱、19-循环水来水、20-汽包
图1中锅炉炉膛前墙设计有2~6个给料口,螺旋给料机将散料输送至炉前给料仓,通过播料器把燃料送入炉膛,播料风将燃料抛至炉膛后部落在炉排上,在高温烟气和一次风的作用逐步预热、干燥、着火、燃烧。燃料边燃烧边向炉排前部运动,直至燃尽,最后灰渣落入炉前的出渣口。
黄色秸秆燃料一般体积大、重量轻、密度小,为满足锅炉燃烧发热量,保证单位时间内的上料量,需要打捆至规定的体积和重量后输送至炉膛内燃烧。在收、储、运等燃料供应系统诸环节,以黄色秸秆为燃料的生物质直燃发电机组要比以灰色秸秆为燃料的生物质发电机组技术复杂程度和难度大得多。在我国北方地区的农作物一年两熟,黄色秸秆收获季节较短,必须在较短时间内收购、存储。
黄色秸秆锅炉直燃发电的工艺流程如图2所示。

图2 黄色秸秆锅炉直燃发电工艺流程
1-链式输送机、2-密封门、3-计量单元、4-破碎机 5-防火门 6-给料机 7-水冷套 8-振动炉排 9-捞渣输送机 10-燃烧室 11-空气预热器、12-引风机、13-送风机、14-取风口、15-空气预热器、16-热风 17-给水箱、18-汽包、19-省煤器20、21、22-一二三级过热器 23-减温水、24-主蒸汽、25-空气冷凝器、26-烟气冷却器 27-烟气预除尘分离器 28-布袋除尘器 29-木屑料仓、30-木屑、31-秸秆存储仓 32-灰处理设备 33-点火油

黄色秸秆锅炉采用整包输送给料技术,燃料形状为一定尺寸的秸秆包。根据燃料类型,一般炉前采用链式输料系统,破碎机散包,给料机喂料。锅炉炉膛前墙设计有2-4个给料口,通过给料螺旋把燃料送入炉膛,落在炉排上。振动炉排由振动机构、风室、支撑件和水冷炉排组成,水冷炉排为全膜式壁结构,其鳍片上开有很多小孔。由于秸秆着火温度低、挥发分高,在燃料的给入阶段一次风由水冷炉排上的小孔进入炉膛,为燃烧提供所需的氧。
燃料由给料机送到炉排前部,在此处由于高温烟气和一次风的作用逐步预热、干燥、着火、燃烧。随着振动机构的工作,燃料边燃烧边向炉排后部运动,直至燃尽,最后灰渣落入出渣口。
在炉膛下部,前后墙各布置有许多二次风口,这些二次风约占总风量的70%。二次风搅拌炉内气体使炉内烟气产生旋涡,延长悬浮的飞灰及飞灰可燃物在炉内的行程,使飞灰及飞灰可燃物进一步降低,有利于提高锅炉热效率,降低锅炉初始排烟浓度。
从图1、图2中可以看到,灰色秸秆和黄色秸秆锅炉振动炉排倾斜方向是不一样的,灰秆燃料采用播料风抛料方式送入振动炉排后部,然后振动向前使燃料燃尽,而黄秆燃料采用螺旋给料机将燃料挤入炉膛前部,然后逐渐向炉后运动,使燃料燃尽;灰秆锅炉空预器预热采用低压给水及高压给水两级加热,以防止氯离子低温腐蚀空预器,而黄秆锅炉空预器只有高压给水一级加热。灰秆锅炉的本体结构如图3所示。

图3 某型灰色秸秆锅炉本体结构
3 水冷振动炉排锅炉的安装
炉排炉的安装方式要比循环流化床锅炉简单,采用的是自底部逐步安装的安装方式。锅炉水冷系统受热面由炉排、侧水冷壁、前水冷壁、后一、后二、后三水冷壁以及炉顶水冷壁组成。整个水冷壁受热面形成3个烟气通道,分别为炉膛、烟气通道二和三。集中下降管通过导向型球形支座支撑在基础上,在其上方通过引入管与侧墙下集箱连接,起加固作用,在集中下降管的中上部有两层导向装置。水冷壁两侧下集箱通过其下方的支座支撑在底部支撑装置上。两集箱之间有连接管,作为前后水冷壁的下集箱和连通集箱,这些集箱有一个膨胀中心,膨胀中心位于炉前下集箱中心,侧下集箱的支座与底部支撑装置之间可相对移动。水冷壁及其与之相连的其他部件、附件的重量通过侧下集箱传至底部支撑装置上。
根据锅炉大小,一般设置2~4副振动炉排,当任何一副炉排发生故障时,可以不停炉保持锅炉稳定运行。水冷振动炉排中间采用迷宫式密封,密封内部填充耐高温填充物。由于炉排为运动部件,炉排侧面与锅炉左右侧墙及前墙在安装过程中需要保持一定的间隙。如果锅炉炉排安装不当,间隙调整不合适,炉排的周期振动会收到影响,并将能量传递到炉体上,造成锅炉漏风、水冷壁管爆管、炉体晃动、炉膛负压波动大、排污管破裂等问题。因此锅炉炉排的安装及锅炉密封性能对锅炉安全运行十分重要。
在锅炉安装中,一般在找正炉膛中心线后,先安装汽水管道,再进行水冷壁刚性梁的安装连接,最后再确定炉排的安装基准。在安装炉排之前,需要计算锅炉四侧水冷壁向下及向外膨胀的数值,确定振动炉排前后联箱的标高然后进行钢支撑固定及焊接作业。钢支撑焊接完成后根据炉膛在自由状态下的纵横中心线确定炉排的中心线位置,保证炉排中心线与炉膛中心线重合,同时满足炉排与炉膛四壁的间隙要求。在炉排找正后,安装炉排密封件,最后再对炉排及支撑钢结构进行对焊。
4 生物质直燃发电项目运营中的主要问题
生物质锅炉燃料物理特性及上料方式不同于普通的燃煤锅炉,秸秆上料过程中,由于秸秆较长、潮湿、缠绕性强等原因,在调试和试运行期间经常出现卡料、堵料、燃料打滑、炉前给料系统落料管下料不畅等问题,造成锅炉运行不稳定;有些秸秆收集后发现灰分含量较高,在锅炉给料过程中对锅炉给料口及炉膛等部位磨损较严重;大部分生物质锅炉均存在各级受热面的积灰、过热器结渣的问题,随着运行时间的延长如果不及时处理都会降低生物质锅炉的传热性能。
5 生物质直燃发电的前景
我国生物质直燃发电在短短的几年内从无到有,从引进国外技术到收购国外技术母体丹麦BWE公司,发展规模越来越大,技术能力也突飞猛进,从只能燃烧单一燃料的生物质锅炉到目前可实现多种生物质燃料混烧的生物质锅炉,生物质直燃发电技术已经日趋成熟,并向多元化方向发展,例如在非洲等国家甜高粱种植区域正逐渐兴起甜高粱制取乙醇,其糟渣混合其他生物质燃料直燃发电;在城市近郊兴起的垃圾掺烧秸秆的生物质——垃圾混烧发电等发电方式。随着国家对节能减排要求的提高和相关激励政策的调整,生物质资源的开发和利用,特别是直燃发电技术将会进一步发展,并展现广阔的前景。

参考文献
1.中国电力科学研究院生物质能研究室 生物质能及其发电技术[M]  北京:中国电力出版社 2007.10
2.白兆兴 生物质锅炉技术现状及存在问题[J]  工业锅炉  2008.2 29~32
3.陈浩  生物质发电秸秆锅炉振动炉排安装技术[J]  青海电力  2010.3 19~21
4.叶雯 水冷振动炉排秸秆直燃锅炉的研发与应用[J]  工业锅炉  2009.3  1~4

作者简介
盖东飞,男,1976年,山东莱阳人,1998年毕业于四川大学流体传动及控制专业,工程师,主要从事火电厂设计工作。
Copyright ◎ 2014 www.powercec.cn All rights reserved.生物质发电产业网 版权所有
客服电话:010-51298742 E-mail:cec@powercec.cn 常年法律顾问:朱胤丞律师
中华人民共和国电信与信息服务业经营许可证: 京ICP证080402号  京ICP备11040877号  技术支持:佳誉网络
互联网
报警服务