摘要：随着化石燃料消耗总量的不断增加，全球环保要求的不断提高，可再生清洁能源的开发利用逐渐被重视，生物质、太阳能、风能、水能等普遍存在、清洁持续的可再生能源广泛应用于发电工程中。生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量，是一种绿色可再生能源，为节能减排、城市垃圾处理、资源综合利用、社会主义新农村建设和电源结构调整作出了重要贡献。近期国家出台了一系列与生物质能源产业相关的政策文件，并对生物质能发电中生物质利用达到一定量的进行补贴，尽管生物质能发电已较早应用，但与欧美等农业发达国家相比，我国生物质能技术的研发能力总体还比较落后，正处于发展阶段，生物质电站在燃料输送系统设计、调试优化等方面存在较多问题亟待解决。因此本文对生物质发电工程燃料输送系统的优化进行了分析。
关键词：生物质；发电工程；燃料输送；系统优化
1 引言
生物质发电作为新能源产业，一方面，在国内的发展尚处于起步阶段，技术设备有待升级，多数还依赖进口，影响了整个产业的发展；当前，锅炉本体及其他辅机均实现了国产化，电站生物质的预处理和输送系统仍存在较多问题。另一方面，由于生物质燃料具有密度小、体积大、种类多样、各种燃料热值不一、含水量不同等特性，对生物质燃料的输送系统提出了更高的要求；如何根据不同燃料成分选择可行的工艺流程关系到项目建成后机组的稳定可靠运行。为适应我国同一生物质锅炉必须燃烧多种秸秆的现状，对国外引进设备，存在进一步技术改造的问题。
2 国内生物质能发电技术现状
国内生物质发电主要技术有：生物质直接燃烧发电、生物质与燃煤混合燃烧发电、生物质气化发电、沼气发电及垃圾发电等，其中前两种为当前主流生物质发电形式，下面对这两种技术进行简要介绍。
2.1 生物质直接燃烧发电
生物质直接燃烧发电的基本原理是生物质燃料进入生物质锅炉后直接燃烧，利用其燃烧热能产生蒸汽，蒸汽进入汽轮机做功后带动发电机进行发电，其原理与燃煤火力发电基本类似，生物质直接燃烧方式包括循环流化床燃烧和固定床燃烧两种。循环流化床燃烧应先将大颗粒生物质燃料粉碎至流化要求粒度，其燃烧效率和强度相对较高；固定床燃烧对生物质燃料的预处理要求较低，生物质无须处理或简单处理即可进入炉内燃烧。生物质直燃发电优点：对燃料适应性好；对燃料颗粒度要求低；易于不同生物质间的掺烧；发电量易于计量，便于取得政策补贴。生物质直燃发电缺点：燃烧效率低；热电转化效率低；机组容量小；环保排放指标高；锅炉产生结渣和腐蚀。
2.2 生物质与燃煤混合燃烧发电
生物质与燃煤在炉外或炉内混合后进行燃烧，产生蒸汽后在汽轮机内做功，混合燃烧技术方案较多，其中共磨方案最为简单。典型工艺流程：生物质燃料在输煤皮带上与燃煤预混后进入磨煤机，经磨煤机磨制后的混合煤粉由煤粉管道输送至锅炉进行燃烧，此种方式对生物质的颗粒度要求较高，否则会影响制粉系统的正常运行；第二种是共管方案，对生物质燃料进行单独破碎后输送至磨煤机出口煤粉管道中，与煤粉混合后进入锅炉燃烧，该方案控制系统和现场管道布置复杂，应用案例较少；第三种是独立喷燃方案，对生物质燃料进行单独粉碎后，直接送入锅炉生物质燃烧器中进行燃烧，早期大容量机组大多采用此方案进行生物质燃料掺烧。生物质燃料直接与燃煤混烧的优点是，掺配系统简单，机组运行方式不受生物质燃料掺配量的影响。存在的问题如下：生物质掺烧量难以计量，生物质电量难以确定；根据与煤掺混方式不同，对掺烧的生物质要求较高，大多要进行预处理；生物质燃料引起锅炉结渣和腐蚀；生物质中碱金属容易污染脱硝催化剂；影响粉煤灰品质。
3 生物质发电工程燃料输送系统分析
3.1 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，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。仓底行走送料机安装在堆料场的底部，通过旋转的螺旋体叶片把堆料场的燃料定量取出，同时配有行走机构，能够沿堆料场长度方向行走取料；主传动及行走机构采用变频调速，从而满足设备负载启动及根据锅炉需要定量取料的要求，并根据料仓料位的高低来调整设备的行走速度。
堆料场及仓底行走送料机安装断面如图1所示。堆场底部标高可设计为0m，运输车辆可开到堆料场直接卸料，再由装载机或抓吊机堆高；堆场底部标高也可设计为负几米，运输车辆可开到堆料场侧面卸料；堆料场长度和宽度可根据储料量及厂区需要布置。
图1 堆料场及仓底行走送料机安装图
3.2 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；由生物质能燃料特性所决定的炉前料仓仅可作为分料缓冲仓使用，不能作为储料仓，锅炉采用多个入料口，因此，炉前料仓一般设计成矩形，根据入料口数量，在仓底安装数台固定分料机，按照锅炉负荷的需要，将料仓内的生物质燃料均匀地分流到各个炉前螺旋给料机内。在主厂房高度受限的情况下，可不设置移动配料输送机，在炉前料仓的上半部设置板式均料器或螺旋均料器，通过不断地回转，将上游来的燃料均匀地卸载到料仓内，再通过变频调速的固定分料机的转速调整分料量，从而满足锅炉负载的要求。
4 优化建议分析
4.1 加强土地资源节约
对于生物质发电项目，将场外燃料收购站与电厂分设，可以利用不同地区小范围土地进行建设，能够节约土地资源，减小运输距离。采用单皮带运输系统可节约投资与厂用电。设置干料棚能够防止雨水集中季节燃料过于潮湿的问题。考虑到生物质发电项目需要较大的储存燃料的料场，不仅需要有足够的燃料来源，还必须保证适当的储存量。通过经济杠杆作用，能够促进生物质燃料的收购，同时，厂址应选在生物质燃料充足的地区，并且根据当地情况，再确定是否需要在场内设置生物质破碎装置。
4.2 黄色和灰色燃料输送技术结合
我国国土面积比较大，而生物质资源也比较多。因为以玉米秸秆等轻质燃料为基础的燃料不能满足需要，电厂的燃料收购问题会受到影响，它们通常只能购买几种燃料，这样一来成本会随之增加，而其它未被使用的生物质燃料会遭到浪费。如果想解决上述单一黄色燃料和灰色燃料输送的问题，提高生物质资源的适用性，就要把灰色燃料的输送和黄色燃料的输送相结合。事实上，这不仅是单纯的两套系统的结合，要按照现在的实践来进行混合。通常情况下，有两种方案可供选择，一种是在炉前实现混合，另一种是在系统里进行混合。这两种方案都有自身的长处和短处，第一种方案的投资成本比较高，但是它是单独设立的输送系统，效果会比较明显；第二种是通过转运站来进行燃料的融合，因此，一开始的投资并没有第一种方案高，输送机的长度也比较短。
4.3 燃料输送系统设计优化
优化生物质电站上料及给料系统设备选型及布置设计，稳定控制上料量，提高燃料供应系统稳定性；同时，优化各系统辅助设备选型配置，提高机组整体稳定性。针对生物质锅炉燃料系统容易出现堵料、棚料，沿路膛宽度供料不均匀的特点，多方面进行调研，合理做好燃料系统选型及布置设计，保证燃料供应的连续性、均匀性、稳定性，为锅炉合理组织燃烧创造有利的先决条件；针对生物质电站尤其是生物质锅炉燃烧、换热、排放等方面的特点，优化各系统设备选型，提高机组整体稳定性及经济性。
4.4 燃料输送系统调试运行问题分析与优化处理
生物质电站燃烧调整过程中，经常遇到流化不良、返料不畅、因燃料给料量波动引起的炉膛负压波动和氧量波动等问题。应认真分析可能引起流化不良的原因，做好源头控制，如：布风板设计、施工、安装过程控制，保证布风板均匀性；借助实验方法确定床料粒径分布尺寸及床层厚度。对返料系统进行设计优化，合理进行返料风机选型。通过燃料输送系统的优化，尽量避免燃料瞬时供应量的波动；燃料量波动时通过调节炉前给料系统转速等方式迅速使燃料量恢复到该工况下的正常燃料需求；同时，通过调节二次风量和引风机负荷的途径，迅速使氧量和炉膛负压恢复到正常范围之内。
燃料发热量、燃料量稳定性控制，燃料流量计量及自动调整控制。生物质锅炉燃料可以采用单一生物质燃料或不同生物质燃料掺烧，合理控制掺烧比例，保证燃料发热量相对稳定；城市垃圾焚烧锅炉，燃料热值波动大，适当增加化验热值频次，并经常总结经验，努力保证燃料发热量稳定；通过调研合理设计燃料称重计量系统，保证燃料计量的可靠性，在此基础上通过逻辑连锁实现锅炉入炉燃料总量的自动调整控制，以及各个给料点平衡给料的自动调整控制。
在燃料稳定的情况下进行上料及制料系统优化调整试验、锅炉燃烧优化调整试验，进一步分析影响因素，提高机组稳定性、经济性。在燃料稳定和计量可靠的前提下，合理调整燃料量和风量搭配，以及不同负荷条件下的一、二次风配比，保证合适的过量系数，可提高锅炉效率，提高机组运行的稳定性、经济性。
5 结语
综上所述，随着新技术、新工艺的应用，设备功能不断完善，生物质电厂燃料输送系统的各个环节必将得到改进和完善，生物质发电工程和燃煤燃油发电工程的原理比较相似，分析其不同点，主要是燃料的不同。对于生物质发电工程来说，其燃料主要是生物质，燃料的流动性不强，比例比较低，体积也比较大，而颗粒也不规则。合理调整燃料输送系统优化配置，有利于保证生物质电站机组安全、稳定运行。随着技术的不断发展，生物质燃料系统输送方式必将更加合理高效。
参考文献：
[1]王琳娜．燃煤生物质耦合发电技术简介[J].环保科技，2017，（6）：61－64．
[2]刘炳池，陆王琳．大容量煤粉锅炉生物质混燃技术探讨[J].新能源及工艺，2013，6（12）：36－41．
[3]张建安，刘德华.生物质能源利用技术［M］.北京：化学工业出版社，2009（01）：1-3.
论文作者:赵建亮
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/15
标签：燃料论文; 生物论文; 料场论文; 锅炉论文; 生物质能论文; 输送系统论文; 秸秆论文; 《基层建设》2019年第24期论文;