摘要：使用生物质作为火力发电的能源具有较大的现实意义，生物质发电的关键问题就是有效地解决燃料输送系统中的输送方法是否可靠。针对目前我国生物质能发电工程燃料输送系统大多工艺布置不合理，本文介绍了2种生物质能燃料输送系统的工艺流程以及生物质直燃发电技术的原理及其设备的工作过程，着重讨论了生物质锅炉燃烧过程中的燃料收集和存储、送料堵塞以及受热面结焦等问题，分析了燃料性质、一次风、二次风、炉排振动等因素对锅炉燃烧的影响，并在此基础上提出了优化运行和提高锅炉效率的改进措施。本文介绍典型的灰色秸秆工艺流程和典型的黄色秸秆工艺流程，这种工艺流程和设备结构能够实现系统连续、可靠运行，已被推广应用。
关键词：生物质发电；燃料特性；燃烧分析；燃料；输送系统；工艺流程
0引言
能源问题已经成为21世纪制约我国经济增长和社会可持续发展的主要因素之一，由于常规能源资源短缺和利用中严重的环境污染，我国必须转向大力开发风能、太阳能、生物质能等可再生清洁能源。在可再生能源中生物质能源由于具有资源丰富、可再生且分布地域广、可实现CO2零排放、大气污染物排放少等优点，被认为是 21 世纪最有前途的绿色可再生能源之一。我国《可再生能源中长期发展规划纲要》(2006～2020)指出，到2020年我国生物质发电机组装机容量达到30000 MW，生物质成型燃料5000万吨，将生物质秸秆发电和秸秆成型燃料确定为秸秆能源利用重点技术。
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四类。利用生物质直接燃烧发电技术建设大型直燃并网发电厂，单机容量达 10～25 MW，可以将热效率提高到 90%以上，规模大、效率高，同时环保效益突出。但是生物质发电技术还不成熟，锅炉效率偏低，运行优化还有待提高。本文介绍了生物质发电技术的原理和设备，着重分析了燃烧中出现的问题以及影响燃烧的因素，提出了改进优化运行和提高锅炉效率的措施，并对其发展趋势做出展望。
1 生物质直燃发电原理及设备
生物质直接燃烧发电技术是将生物质直接送往锅炉中燃烧，产生的高温、高压蒸汽推动蒸汽轮机做功，最后带动发电机产生清洁高效的电能。
生物质直燃发电厂一般常见的单机装机容量为 12 MW或者 25 MW，对应的锅炉蒸发量在 75 t/h 和 130 t/h 等级，其中炉排层燃技术较为成熟。
国内目前确定的生物质发电项目，炉型基本上以丹麦水冷振动炉排、国内锅炉厂家开发的水冷振动炉排炉为主。生物质锅炉燃烧设备与常规燃煤锅炉有较大的区别，它是由给料机、炉膛、水冷振动炉排、一二次风管、抛料机等设备组成。为了防止炉膛正压时出现回火现象，一般在给料机出口处安装有防火快速门，而且在全部给料系统内设有多处密封门、消防安全挡板和消防水喷淋设施。炉排多为振动炉排，振动炉排动作较小，活动时间短，设备的可靠性和自动化水平高，维护量远远小于往复式炉排及链条式炉排。空气预热器与燃煤电厂不同，它是一个独立的系统。给水在送往省煤器之前，设置一条旁路流经空气预热器和烟气冷却器进行热交换。流经空气预热器时冷空气被给水加热，给水被冷却；流经烟气冷却器时给水被加热，烟气被冷却。其他系统和设备与同规模的常规燃煤电厂相似。另外，由于生物质中 N 和 S 元素含量较少，无需配备昂贵的脱硫装置。生物质发电系统工作过程如图 1 所示。
图 1生物质直燃发电系统示意图
1.1 生物质的燃烧流程
运到发电厂的生物质原料经过破碎、分选等预处理后放到原料储存仓 1，然后由原料输送装置送到给料机 22，然后送进炉排 6 在炉膛 2 内开始燃烧，燃料的化学能转变成烟气的热能。烟气经炉膛进入水平烟道和尾部烟道，在流动中完成换热过程。
1.2 锅炉的烟风流程
送风机 21 将冷空气送入空气预热器 10 中，加热后的空气分为两路，一路（二次风）直接送入炉膛，主要用来混合、扰动和强化燃烧，另一路（一次风）进入炉底一次风斗，经水冷振动炉排上方布风板上的小孔进入炉膛与燃料混合，提供燃烧需要的氧气。高温烟气在炉膛内主要以辐射换热的方式将热量传递给炉膛四周的水冷壁，在炉膛上部和水平烟道处将热量传递给过热器7、省煤器8和烟气冷却器 9，然后流经除尘器11将携带的飞灰除去，比较洁净的烟气由引风机12送往烟囱13排入大气中。
1.3锅炉的汽水流程
给水由给水泵19升压后，送到高压加热器 20 加热，经过空气预热器和烟气冷却器然后送到省煤器8中预热，受热后进入汽包5。分离后的水沿着下降管送到水冷壁管，吸收辐射热量，部分变为水蒸汽。汽水混合物上升进入汽包进行汽水分离，分离的水留在汽包中又一次下降，蒸汽则经过过热器等加热后变成饱和蒸汽送到汽轮机3进行做功。做功后的蒸汽经凝汽器14、凝结水泵16、低压加热器17和除氧器18，然后又经过给水泵和高加送进汽包。
1.4汽轮机和发电机系统
生物质发电厂的汽轮机和发电机设备与同规模的常规燃煤电厂的设备相同，目前较为常用的是高温高压单缸抽凝式汽轮机。
2生物质能燃料输送系统的典型工艺布置
目前，已建在建生物质能发电工程为降低一次性投资，纷纷简化燃料输送系统工艺，简化输送设备功能；这使燃料输送系统的可靠性运行、系统运行的稳定性受到严重影响。基于生物质能发电工程燃料输送系统需要连续、稳定、可靠地运行，经过近几年的研究，结合在建工程的运行经验，根据燃料种类的不同，推荐2种生物质能燃料输送系统的典型工艺布置。
2.1灰色秸秆燃料输送系统的典型工艺布置
灰色秸秆燃料输送系统（见图2），其工艺流程为：将从社会上收购破碎后的散料，运到电厂的矩形堆料场内， 由布置在堆场底部的仓底行走送料机将燃料取出经由带式输送机再将燃料送到主厂房内的配料机上，而后均匀分配到炉前料仓内，由布置在料仓底部的仓底固定分料机根据锅炉需要分配到各个炉前螺旋给料机内；在矩形堆料场的端部，布置备用螺旋给料机，可以将来料不通过矩形堆料场直接输送到前往主厂房的带式输送机上。
图2灰色秸秆燃料输送系统工艺流程
2.2黄色秸秆燃料输送系统的典型工艺布置
黄色秸秆燃料输送系统，其工艺流程为：先在电厂外将秸秆打包，用社会车辆运到电厂内的秸秆仓库中，由堆取包机将秸秆捆包码放到板式给料机上，然后进入切割机中，破碎后由带式输送机将燃料送到主厂房内的配料机上，均匀流入炉前料仓内， 由布置在料仓底部的仓底固定分料机根据锅炉需要分配到炉前螺旋给料机内。在前往主厂房的带式输送机的尾部，布置备用螺旋给料机，可以将灰色秸秆散料或稻壳、花生壳、甘蔗渣等燃料直接输送到前往主厂房的带式输送机上。
图3 黄色秸秆燃料输送系统工艺流程
3结论
生物质作为发电的能源，其意义是无可非议的，但其应用尚属初级阶段。目前还无成熟的燃料输送设计方法。本工程设计是根据已有工程的实际经验及与秸秆处理有关的设备厂家的设备制造水平，对秸秆的输送系统进行了探讨性设计，经过几年的设计实践，对生物发电厂输送系统设计有了一定的认识，对于设计中出现的一些问题进行了摸索，并制定了一些解决措施，大部分问题得到了解决。但是，由于技术水平所限，对于一部分问题目前仍然处于摸索阶段，许多问题还需要不断借鉴国内外生物发电的先进经验，依托各级科研部门的技术支持，进一步设计好秸秆燃料输送系统设计。
参考文献：
[1] 王风雷. 生物质能发电发展状况及炉前备料系统［J］. 起重运输机械，2007（5）：4-7.WANG Feng-lei. On development of biomaterial fueled power generation technology and boiler fuel preparing system ［J］. Hoisting and Conveying Machinery，2007（5）：4-7.
[2] 王风雷. 悬挂式直线移动螺旋取料机的开发［J］. 起重运输机械，2007（9）：33-34.WANG Feng-lei. Development of suspended straight-line movable spiral reclaimer［J］. Hoisting and Conveying Machinery，2007（9）：33-34.
论文作者:赖晓东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/28
标签：燃料论文; 生物论文; 秸秆论文; 生物质能论文; 炉膛论文; 输送系统论文; 锅炉论文; 《电力设备》2017年第33期论文;