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浅谈燃煤热电改造生物质热电技术的探讨
作者:2015全国热电产业交流年会论文集    发布于:2015-07-28 14:17:00    文字:【】【】【

浅谈燃煤热电改造生物质热电技术的探讨

——记安徽国祯生物质发电有限公司生物质热电技术改造

刘 影   李永华

安徽国祯生物质发电有限责任公司,邮编:236023

Anhui Guozhen Biomass Power Co., Ltd, PC: 236023

摘要:新建生物质电厂进行直燃或气化发电是实现生物质能利用的有效途径,但存在:基建投资大,需新征用土地,建设周期长等问题。本文通过实践证明对循环流化床(CFB)燃煤电站锅炉进行全燃生物质技术改造,是实现生物质直燃发电的一条短、平、快的便捷之。同时本技术对非电站锅炉利用生物质代替原煤,改烧生物质燃料,也具有重要借鉴意义。  

AbstractNew biomass power plant, the direct combustion or gasification power generation is an effective way to achieve the use of biomass energy, but the existence of a large investment in infrastructure, the need for new land acquisition, construction period and other issues. In this paper, we prove that it is a short, flat, fast and convenient way to realize the direct fired power generation by using the technology of the full combustion of the circulating fluidized bed (CFB) boiler. At the same time, this technology has important reference value for the use of biomass instead of raw coal, burning biomass fuel in the non power plant boiler.

关键词:   燃煤热电  生物质热电  锅炉  改造

Keywords: Coal fired thermal power   Biomass thermoelectric  Boiler  Reform

1  前言

以煤炭为主的能源消费结构及能源利用效率低下等因素使我国环境日益恶化,生态环境遭到破坏。生物质能的利用,可有效减少SO2排放形成的大气污染,实现温室气体零排放。

安徽发改“发改能源【2007】1359号文批复,安徽国祯生物质发电有限责任公司从200810月份开始,利用原有厂区,对公司原有的3×65t/h炉排燃煤锅炉进行了全燃生物质热电技术改造2009年6月份实现了第一台生物质锅炉改造后成功投运。 2010年4月和7月第二、三台锅炉完成了生物质发电技术改造。安徽国祯生物质发电有限责任公司实现了从燃煤到全燃生物质的根本转变,燃煤电厂成功升级为全燃生物质电厂。改造后每年消耗秸秆量约40万吨以上,年可上网绿色电力1.68亿千瓦时,供热量35万吨以上,节约标煤14万吨/年,减排二氧化碳约30万吨/年。在创造新的效益同时,减少农作物废弃物在处置过程中对周围环境的二次污染,另外生物质燃烧后的副产物灰渣作为生产土壤改良剂的原料,加之改造了烟气处理系统,采取了完善的环保措施,使各污染物达标排放。

安徽国祯生物质发电有限责任公司(见图1-1)全燃生物质热电工程于201012月份顺利通过安徽发改委组织的省、市有关部门参加的联合验收,至目前连续运行五年多的时间,运行情况稳定良好,达到了预期目标。

 

图1-1   安徽国祯生物质发电有限责任公司全貌

燃煤锅炉的基础上改造全燃生物质锅炉技改工程既节约了资金,又充分利用原有土地、资产,减少了资源浪费,同时还赢得宝贵的时间,这表明对燃煤锅炉改造全燃生物质锅炉,是实现生物质直燃发电的的便捷之

2  建设国祯特色的生物质发电技术

2.1  项目改造技术路线

安徽国祯生物质发电有限责任公司生物质发电技术改造经过多方调研、考察,综合设备适合燃料的特点,选择生物质流化床燃烧技术。 生物质燃烧技术根据其燃烧形式的不同,目前国内主要采用的有流化床燃烧方式,悬浮燃烧方式和振动炉排燃烧方式,其中较为普遍的是引进丹麦技术的水冷振动炉排燃烧方式。

经过深入了解,水冷振动炉排锅炉直接燃烧技术比较适合于生物质资源种类单一的燃料燃烧,属于层燃范畴,是一种高温燃烧类型锅炉,而生物质燃料碱金属含量较高,炉膛内存在远远超过碱金属灰熔点的高温区,容易产生后续受热面碱金属沉积和高温氯腐蚀,对于生物质原料物理特性、含水率、预处理程度变化的适应性较差,存在诸多燃烧和腐蚀问题。

流化床燃烧对生物质燃料具有较好的适应性以及炉内优越的气固相化学反应条件和物料循环,能够有效解决解决由于燃料差异对燃烧产生的影响和提高燃烧效率;由于流化床锅炉相对水冷振动炉排锅炉燃烧温度偏低,有效限制了NOx的生成,所以硫化床锅炉在污染物控制方面具有较好的优势。

到目前为止,用于生物质焚烧发电的锅炉及燃料输送系统的技术和设备绝大部分制约我国生物质发电事业高效益、低投入、快速发展的瓶颈。我公司生物质发电是一个在原燃煤热电联产基础上改造的,属于“嵌入式”生物质电厂,工程改建难度很大。目前国内缺少针对燃煤热电企业改造全然生物质热电成功案例,很多改造方案根据现场实际情况设计优化,

燃煤链条锅炉改为全燃生物质的流化床锅炉,改造过程异常艰难,通过多次现场核对,多次召开不同层次技术研讨会,该锅炉设计专家杨文博士多次到现场进行实地考察,经过实际论证多项技术研讨成果是国内尚属首例。在各方的共同努力下,安徽国祯生物质发电有限公司燃煤链条锅炉改造为全燃生物质的流化床锅炉,大胆优化设计方案,建设了国祯特色的生物质发电技术。

 2.2  项目改造的主要内容

(1) 锅炉本体。基本保持原有锅炉房的总体布局不变;将链条炉排拆除更改为流化床布风板结构;更换原锅炉水冷壁、空气预热器、过热器和省煤器,增加蒸发器,对炉膛水冷壁受热面及空气预热器进行更换改造。(2) 配套辅机。改造引风系统,送风系统,更换引风机及一次风机,增加二次风机。(3) 电气和控制系统。根据锅炉改造情况,对电气系统适当改造,并将原热工控制系统由DAS系统改为DCS系统。(4) 灰渣处理系统。将湿式除灰改为干式除灰,增加气力输灰系统,建设两座容积为1000m3灰库。(5) 烟气处理系统。将现有水膜除尘器改为布袋式除尘器。改造后布袋除尘器除尘效率可达99.9%以上,烟气中SO2NOx和烟尘排放水平均达到国内先进水平。6)储料、输料、上料和给料系统。根据生物质燃料密度小、体积大的特性,为满足三台生物质燃料的消耗,保持适当库存燃料量,在厂区内建设三座生物质料棚,总建筑面积7200㎡。同时增建两套燃料输送系统,新建炉前给料系统。7)消防设施。根据消防规范要求,增建部分消防水系统,新建消防炮,增加消防栓,并配备足够的灭火器,消防通道符合要求。8)环保设施。除烟气处理系统改为布袋式除尘器,改建除灰系统,新建灰库外,还在所有料库靠厂界一侧加装了防尘设施,在生物质送料车通道北侧加装了长近百米,高7米的隔音墙,防尘和隔音效果显著。(9) 其它。新建全厂监控系统,提高了消防管理和安全保卫管理水平。

2.3  项目投资情况

技改项目新增固定资产投资为8340.06万元,其中流动资金369.49万元。安徽国祯生物质发电有限责任公司将自筹资金2540.06万元,申请银行贷款5838万元。

项目实际竣工财务决算审计额(皖智会[2011]0248号)8088.44万元。

2.4  项目实施过程

(1)原燃煤锅炉的拆除。在省、市发改委的监督下,2008827#3链条锅炉开始拆除,916日原燃煤链条锅炉开始拆除,项目改造工作正式开始。(2)一期锅炉改造及配套设施建设。20091月底一期#3生物质锅炉开始改建,2009415#3生物质锅炉通过整体水压试验,200966日点火烘炉,并建成配套的储料、上料、输料和给料系统,以及相应的环保和消防设施,2009618日正式投运。(3)二期锅炉改造及配套设施建设。2009923日二期#2 、#1生物质锅炉开始改建,201011#2生物质锅炉通过整体水压试验,2010318日烘炉,2010423日正式投运;2010415#1生物质锅炉通过整体水压试验,2010618日烘炉,并建成配套的储料、上料、输料和给料系统,以及相应的环保和消防设施,201075日正式投运。(4)公司于2010年更名为安徽国祯生物质发电有限责任公司,实现了由燃煤热电厂向生物质热电联产的蜕变。

3  改造过程中解决的难题

3.1  完善了燃料上料、输料和给料系统

    生物质燃料如破碎不完全,燃料在上料、输送、给料过程中很可能会产生缠绕、堵料、搭桥、漏料现象,直接影响到锅炉连续、稳定运行。生物质燃料的种类是多种多样的秸秆包括玉米秸秆、小麦秆、稻草、油料作物秸秆、豆麦作物秸秆、杂粮秸秆、棉花秆以及一些林业废弃物等等,这些秸秆都具有不同的内在纤维结构,且流动性差。生物质锅炉上料、输料、给料系统要针对生物质秸秆的特性设计,以满足锅炉连续、稳定、均匀给料。根据近几年专家们的研究,采用螺旋输送生物质燃料已是目前生物质锅炉比较可靠、稳定的上料和给料方式。2009年6月,我公司完成第一台(#3锅炉)生物质锅炉改建完成并投产发电。料场上料、皮带输料、锅炉炉侧给料系统技术上存在很多不成熟的地方,断料、堵料、漏料现象时常发生,不仅增加了大量的劳务费用,制约着#3生物质锅炉的出力,还给上料、输料、给料过程带来诸多不安全因素。为解决以上问题,公司多次组织QC小组,不断改造完善上料、输料、给料系统,最终依然没有达到预期效果。为使二期(#1、#2锅炉)改造后,料场上料、皮带输料、锅炉给料系统能适应各种生物质燃料,解决料仓内堵料、搭桥、漏料现象。公司领导亲自带领相关人员多次对同类型的生物质电厂考察和了解,汇集众家之长,在2009年12月份确定了二期技改料场上料、输料和锅炉给料的方案。一期料场两个给料口设计上料流程是:装载机—料箅—地坑落料管—输料皮带。这种给料方法,运行中经常出现两种现象。一是,对流动性好的成型燃料(如稻壳、花生壳、压块等)装载机推入给料口后,大量燃料会直接进入下部输料皮带,造成输料皮带瞬间超负荷,甚至会将大量燃料压实在皮带上部,被迫停运。二是,对加工燃料(如树皮、玉米秸、麦秸等),长度在150㎜左右,会造成下料困难,大量的秸秆燃料蓬在给料口上方,需要人工协助捅捣,这样不仅造成间断给料,使输料设备运行时间增长,装载机油耗和输料系统电耗增加,还会增加上料过程不安全因素和人工费用。为解决以上弊端,实现料场上料连续、稳定、高效运行,优化了原料场上料方式,采用了地下多级螺旋给料,即方便了铲车上料又控制了上料量,每次上料时间由原来的2小时缩短为40分钟,大大提高了上料效率,降低了各项单耗。 在燃料输送过程中,为防止较长的秸秆(如树皮、玉米秸等)在皮带转角落料管中堵塞,保证了两条皮带之间的落料高度。从目前锅炉燃烧多元化生物质燃料实际运行情况看来,生物质料仓内塔桥、堵料、漏料现象很严重,它直接威胁着锅炉连续稳定运行。为解决锅炉给料问题,在改造的道路上技术人员经过孜孜不倦地探索,在2010年4月在锅炉两侧不足50平方的场地分层次布置了两台锅炉的多级螺旋给料设备,此螺旋给料方案经过近半年的运行检验,能满足较长生物质燃料(软质秸秆300mm,硬质秸秆150mm)的正常给料。彻底解决了生物质锅炉堵料、搭桥、漏料问题,同时也提高了锅炉给料系统长期安全稳定运行。具体流程如下:A流程安装于#1锅炉左侧和#2锅炉右侧:皮带机→炉侧料仓→螺旋卸料机→皮带输送→螺旋分料机→防火门→风送溜管。B流程安装于#1锅炉右侧:皮带机→炉侧料仓→螺旋卸料机→皮带输送机→防火门→风送溜管。C流程安装于#3锅炉左侧和#2锅炉左侧:皮带机→炉侧料仓→螺旋卸料机→螺旋输送机→星型给料机→防火门→风送溜管。D流程安装于#3炉右侧:皮带机→炉侧料仓→螺旋卸料机→螺旋输送机→螺旋分料机→星型给料机→防火门→风送溜管。每台锅炉炉侧设有两座分配料仓,每座料仓分别对应锅炉两个给料口。主要起到分配、缓冲、平衡作用。料仓采用倒锥形结构,防止物料在仓内搭桥。在料仓上部安装了灭火喷咀、检查门,吸尘接口等。在料仓的底部装有螺旋卸料机,每座料仓配有四根卸料螺旋,卸料螺旋以及机壳底板采用特殊结构,可以防止螺旋卡转堵料。每根螺旋采用单独的驱动装置,并且具备正反转功能,卸料螺旋采用变频调速,通过卸料螺旋控制锅炉的给料量。在每套卸料螺旋的出口下方安装一台皮带输送机或螺旋输送机,将物料转运到螺旋分料机(螺旋分料机有两个落料口分别对应锅炉的两个进料口)或星型给料机的入料口。在分料螺旋或星型给料机的两个出料口各装有一个电动防火门,在特殊情况下(如风机停机,给料口需长期停用、燃烧不稳出现正压、回火等)可以关闭防火门,同时星型给料机也起到防止锅炉突然正压高温火焰和烟气喷入料仓。防火门下部与锅炉的进料溜管连接,在溜管中燃料依靠重力和助推风将燃料送入炉膛。

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