摘要：目前生物质直燃发电企业比较先进的高参数生物质直燃锅炉目前主要有两种炉型：水冷振动炉排炉与循环流化床锅炉，本文从燃料适应性、烟气治理方案、机组参数分析、技术经济分析方面对两种炉型进行了比较，共同行同业参考。
关键词：生物质锅炉；环保；经济效益
锅炉是生物质直燃电厂最核心的设备，锅炉选型涉及到对燃料的适应性、烟气排放要求、机组效率及全厂技术经济指标等，关系到电厂后期运营的成败。国内目前生物质直燃发电企业比较先进的生物质直燃锅炉目前主要有两种炉型：水冷振动炉排炉与循环流化床锅炉。
1.两种炉型分析
1.1生物质水冷振动炉排炉
燃用生物质的水冷振动炉排炉采用层燃燃烧方式，燃料在移动的炉排上实现燃烧，燃烧所需空气从下方透过炉排供应给上部燃料，燃料入炉后的燃烧时间可由炉排的振动来控制。该技术最早由丹麦的Bioener公司引进至国内，现有成熟产品主要以高温高压参数为主。以130t/h高温高压参数为例，该炉型相对循环流换床炉型本体造价较高、辅机电耗较低（全厂自用电7%-9%）、锅炉效率较低（85%-87%）、故障率较低。
1.2生物质循环流化床锅炉
燃用生物质的循环流化床锅炉技术由燃煤流化床技术改型而来，燃料进入炉膛后，通过流化风流化后与床料掺混和着火燃烧，夹带着大量细颗粒物料的烟气在炉膛出口以后的气固分离器中把所夹带的固体物料分离下来，烟气进入尾部受热面，而被分离器收集下来的物料通过返料器被送入主燃烧室循环再燃。现有成熟产品以高温高压及高温超高压带再热参数为主。以130t/h高温超高压带一次中间再热参数为例，该炉型相对水冷振动炉排炉型本体造价较低（造价相对于炉排锅炉降低约20%）、辅机电耗较高（全厂自用电8%-11%）、锅炉效率较高（88%-90%）、故障率相对较高。
2.两种炉型的燃料适应性
水冷振动炉排炉组织方式为通过调整炉排振动频率控制燃料在炉内的燃烧时间，对单一燃料或物性相近燃料燃烧时效率较好、燃尽程度较高，对燃料破碎粒度要求较低（一般要求燃料破碎粒度≤15cm），可适应黄色秸秆（小麦秸秆、玉米秸秆等）大量掺烧（国内运行的个别项目掺烧量可达到60～70%）。
循环流化床锅炉燃烧组织方式为燃料与热床料在流化状态下掺混燃烧，该炉型可适应多种燃料同时入炉掺烧，燃料适应性较强，燃烧效率好、燃尽程度高，对燃料破碎粒度要求较高（一般要求燃料破碎粒度≤10cm），黄色秸秆掺烧比例较低（目前国内最高掺烧比例在30%～40%）。
3.两种炉型烟气治理方案分析
生物质直燃电厂烟气排放标准目前执行《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223‐2011）。随着国家环保治理力度的加强，生物质发电行业烟气排放标准也越来越严格，为了避免因烟气排放而造成未来巨大的改造成本，建厂之初的锅炉选型尤为重要。
由于生物质燃料灰分含量相对较低，目前采用布袋除尘设备后，烟尘排放即可达标。而烟气中的二氧化硫的原始排放浓度一般与燃料含硫量有关，可采用干法或半干法脱硫技术实现达标排放。对于生物质直燃发电机组烟气中氮氧化物的排放值，在不同炉型上却表现出了明显的区别。生物质循环流化床锅炉采用了低温燃烧方式，氮氧化物原始排放值一般在100mg/Nm3以内；水冷振动炉排炉由于燃烧温度较高，氮氧化物原始排放值一般在200‐400mg/Nm3，如确保在达标范围内排放，需采用选择性非催化还原法（SNCR）+选择性催化还原法（SCR）脱销技术。目前低温SCR脱硝技术在新建垃圾焚烧发电项目中有少量应用业绩，在生物质直燃发电领域中尚无应用，因此技术的可靠性还有待进一步验证。
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4.机组参数分析
国内已经投运的生物质直燃发电机组参数有中温中压、次高温次高压、高温高压以及高温超高压再热参数。随着近年来燃料成本和人力成本的不断攀升，生物质直燃发电企业运营的盈利压力越来越大，提升机组效率逐渐成为各企业摆脱困境的一种有效手段。因此，近年来新建电厂更倾向于采用效率更有竞争力的高参数机组，特别对于30MW装机规模的机组，一般均采用高温高压参数或高温超高压再热参数。
高温高压参数锅炉为国内近年来新建生物质电厂的主流参数，以1×130t/h高温高压振动炉排炉+1×30MW汽轮发电机组为例（年运行小数为暂按7000计算），该参数机组全厂发电热效率在30.88%，厂用电率及线损10.5%，供电料耗1.41kg/kW.h，年发电量2.08×108kW.h/a，年供电量1.864×108kW.h/a。
高温超高压再热参数机组主要运用在流化床锅炉，国内近年新建生物质电厂有多家采用该参数锅炉，以1×130t/h高温超高压循环流换床锅炉+1×35MW汽轮发电机组为例（年运行小数为暂按7000计算），该参数机组全厂发电热效率在35.2%，厂用电率及线损9.5%，供电料耗1.23kg/kW.h，年发电量2.402×108kW.h/a，年供电量2.178×108kW.h/a。
通过上表中分析，高温超高压带再热机组相对于同等规模高温高压机组，全厂热效率相对提升13%，在相同的燃料消耗前提下，高温超高压带再热机组每年增加上网电量约3140万kwh，且目前国内高温超高压（带再热）生物质循环流化床锅炉及配套汽轮发电机组已有运行案例，技术安全可靠，能为生物质直燃发电企业能带来切实的收益。
5.技术经济分析
结合前文分析，现对以下两种装机方案进行技术经济指标对比：
方案一：1台130t/h高温高压水冷振动炉排炉+1台30MW凝汽式汽轮发电机组，采用SNCR+低温SCR脱硝方案。经测算，本方案投资总额在3.77亿元，年运营总成本在1.39亿元左右。
方案二：1台130t/h高温超高压带再热循环流化床锅炉+1台35MW凝汽式汽轮发电机组，采用SNCR脱硝方案。经测算，本方案投资总额在3.85亿元，年运营总成本在1.22亿元左右。
通过上述计算分析可见，装机方案一增加了一定的低温SCR系统的建设投资（约1600万），同时由于投入低温SCR还增加了大量运营成本（每年运行成本包括催化剂、蒸汽、还原剂、电费等约1300万），因此经济效益指标较差，不利于电厂的正常运营。装机方案二相对于方案一，增加了一定的建设投资，同时由于该机组采用更高参数带来了效益的提升和发电量的增加，每年经营收入也有了相应增加，经济效益指标最好，能提升电厂在今后生物质直燃发电市场中的竞争力。
6.结语
综上所述，在高参数生物质锅炉选型上，水冷振动炉排炉虽然在燃料适应性上有一定优势，但综合考虑到烟气排放达标的要求、机组效率及全厂技术经济指标，推荐采用高温超高压带再热循环流化床生物质锅炉机组，采用SNCR脱硝方案。同时，建议在锅炉设计时重点改进进料口尺寸、数量，以进一步提高循环流化床锅炉燃料适应性。
参考文献
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论文作者:张国强
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
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