作者：李建鋒
0、引言
我國(guó)每年大約生產(chǎn)6.5億～7億t秸稈，折合標(biāo)準(zhǔn)煤3.0億～3.5億t，目前，對(duì)秸稈大規(guī)模能源化利用的主要途徑是建設(shè)小型生物質(zhì)直燃電站。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)大概有170多個(gè)生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目獲得核準(zhǔn)，已經(jīng)有超過50個(gè)項(xiàng)目投入運(yùn)行。大規(guī)模的生物質(zhì)直燃電站的建設(shè)投運(yùn)，替代了化石（煤炭、石油）燃料、減少了二氧化碳和其他有害氣體排放、改善大氣生態(tài)環(huán)境、降低了秸稈露天焚燒，更積極的作用是惠及三農(nóng)，改善農(nóng)村環(huán)境，支援新農(nóng)村建設(shè)，具有明顯的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。
目前小型生物質(zhì)直燃電站建設(shè)投資成本高，而且運(yùn)行中還面臨著秸稈熱量利用效率低、燃料供應(yīng)困難等問題。因此，小型的生物質(zhì)直燃電站需要國(guó)家每年投入大量的補(bǔ)貼。除了直燃發(fā)電，農(nóng)作物秸稈沼氣化發(fā)電可能是更好的方式，也是更加生態(tài)化的技術(shù)發(fā)展路線．但是面臨著單位投資巨大的問題。因此，為了更好地開發(fā)利用生物質(zhì)資源，尤其是秸稈資源．利用現(xiàn)有的火電廠進(jìn)行混燒是更為現(xiàn)實(shí)的選擇。
利用現(xiàn)有的火力發(fā)電廠，特別是循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組進(jìn)行生物質(zhì)一燃煤混燒發(fā)電具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：(1)改造投資小，基本不需對(duì)鍋爐本身進(jìn)行改造；(2)混燒比例靈活，從原理上來看在流化床鍋爐機(jī)組上生物質(zhì)可以與煤以任何比例進(jìn)行混燒：(3)對(duì)生物質(zhì)的種類幾乎沒有任何限制；(4)入爐方式靈活，既可以粒化后與燃煤直接混合后入爐，也可以切成小段用二次風(fēng)或者返料風(fēng)單獨(dú)吹入爐膛：(5)因?yàn)榱骰插仩t的燃燒溫度較低，所以即使不加裝脫硝裝置，混燒中NO。排放濃度也很低；(6)熱利用效率較高，與大機(jī)組相同；(7)因?yàn)槲覈?guó)流化床鍋爐機(jī)組數(shù)量較多，分布區(qū)域較廣，所以在流化床鍋爐機(jī)組上開展混燒具有更大的覆蓋范圍；(8)隨著煤炭?jī)r(jià)格日益增高．混燒秸稈能夠直接降低燃料成本，同時(shí)如果做成CDM項(xiàng)目，就可以進(jìn)一步增加電廠收益。不過，由于生物質(zhì)秸稈的堿金屬含量較高，灰熔點(diǎn)較低，在與燃煤混燒時(shí)，對(duì)于鍋爐的運(yùn)行參數(shù)有何影響需要認(rèn)真的研究。
但是，目前我國(guó)除十里泉電廠開展了煤粉鍋爐混燒之外，生物質(zhì)與燃煤的混燒更多的是處在實(shí)驗(yàn)研究階段。在現(xiàn)有的大中型流化床鍋爐機(jī)組上還沒有開展長(zhǎng)期混燒的報(bào)告。因此，為了充分研究秸稈燃煤混燒對(duì)流化床鍋爐機(jī)組的燃料輸送、燃燒過程、返料器運(yùn)行以及污染物排放等因素綜合影響，全國(guó)電力行業(yè)CFB機(jī)組技術(shù)交流服務(wù)協(xié)作網(wǎng)、清華大學(xué)以及洛陽(yáng)龍羽宜電有限公司聯(lián)合在260 t/h循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組上開展了混燒工業(yè)試驗(yàn)研究。
1、混燒電廠情況介紹
1.1 混燒機(jī)組參數(shù)
混燒鍋爐的型號(hào)為DG-260/9.81-2型循環(huán)流化床鍋爐，單汽包、自然循環(huán)、循環(huán)流化床燃燒方式，半露天布置，機(jī)組部分參數(shù)如表1所示。
1.2電廠周圍環(huán)境
該電廠位于河南省洛陽(yáng)市，地處農(nóng)業(yè)區(qū)，周圍秸稈資源豐富。電廠周圍30 km范圍內(nèi)年產(chǎn)秸稈量在40萬t以上。主要作物種類及產(chǎn)量如表2所示。由于玉米秸稈產(chǎn)量最多．本次試驗(yàn)以玉米秸稈和燃煤混燒為研究對(duì)象。
2、試驗(yàn)過程
鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定在85%時(shí)．分3個(gè)時(shí)間段測(cè)試了玉米秸稈質(zhì)量比在10%、20%、30%條件下混燒對(duì)鍋爐運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)的影響，為了保讓測(cè)試精度，每個(gè)測(cè)試時(shí)間段為4h。
在混燒實(shí)驗(yàn)過程中．采取生物質(zhì)顆粒化后與燃煤直接混合的人爐方式．即生物質(zhì)通過專門的皮帶計(jì)量后直接輸送到給煤皮帶上。然后通過皮帶之間的接力與混合．最終將生物質(zhì)與燃煤送人鍋爐煤倉(cāng)。
測(cè)試各取樣點(diǎn)如表3所示．主要測(cè)試儀器及其性能如表4所示。
3、測(cè)試結(jié)果與分析
3.1燃料成分
試驗(yàn)過程中所用燃料成分分析如表5所示，由于秸稈的含水量較大、堆放時(shí)間較長(zhǎng)，在堆放過程中產(chǎn)生了發(fā)酵現(xiàn)象．損失了一些熱量．秸稈的低位熱值僅有10.280 MJ/kg。
3.2 混燒對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響
在測(cè)試過程中．在不I—j比例的混燒量情況下，加入了秸稈以后．隨著秸稈加入量的增加，給煤量有增加的趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著秸稈比例的增加，混合燃料的熱值降低的緣故．此外，因?yàn)樯镔|(zhì)的揮發(fā)分較高，所以隨混燒比例增加，爐膛下部溫度有所降低，主要是底部燃燒放熱量降低導(dǎo)致的。這有利于床溫的控制．不過會(huì)導(dǎo)致底渣含碳量有所提高。此外，鍋爐的旋風(fēng)分離器出口溫度要高于爐膛出口煙氣溫度．這說明在鍋爐的旋風(fēng)分離器中存在著后燃現(xiàn)象，不過，這并不表明后燃現(xiàn)象與混燒相關(guān)。
3.3混燒對(duì)鍋爐效率的影響
在混燒過程中，因?yàn)榧尤肓藫]發(fā)分很高的生物質(zhì)．所以燃料的燃燒特性得到了較大的改善．鍋爐的飛灰中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，如圖1所示。隨著生物質(zhì)混燒比例的加大，爐床平均溫度略有降低．導(dǎo)致了鍋爐底渣中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的略微增加，使得鍋爐效率有輕微下降，如圖2所示。這說明，在混燒生物質(zhì)的過程中，鍋爐的一次風(fēng)配風(fēng)量要隨著生物質(zhì)含量的增加而適當(dāng)減少．在保證安全的情況下以維持床溫，以盡可能保持底渣古碳量不變．同時(shí)增加二次風(fēng)的風(fēng)量，增加爐膛上部揮發(fā)分的燃盡率。
3.4混燒對(duì)污染物排放的影響
圖3給出了不同工況下，爐膛出口處的so，濃度。生物質(zhì)中的含硫量遠(yuǎn)低于給煤，因此，隨著生物質(zhì)混燒比的增加．s0，的濃度是降低的，符合理論的預(yù)期。但降低的幅度高于混燒比例對(duì)應(yīng)的理論值，可能是生物質(zhì)灰中某些成分促進(jìn)了S02脫除，需要更深入地研究。因?yàn)樵撳仩t機(jī)組沒有采用石灰石爐內(nèi)脫硫的方式，所以爐膛出口的S02濃度很大。
表6中給出了鍋爐爐膛出口煙氣中NO和co的濃度，從表6中可以看出．隨著秸稈混燒比例的增加,NO的濃度變化沒有表現(xiàn)出明顯的升高或者降低，但是c0濃度的趨勢(shì)是降低的。從甲乙兩側(cè)co濃度的差異可以看出，該鍋爐在運(yùn)行過程中，存在著燃燒不平衡的現(xiàn)象，在所有工況下，乙側(cè)CO含量都明顯高于甲側(cè)．氧氣濃度也較低，表明爐膛乙側(cè)缺氧比較嚴(yán)重．可能是鍋爐兩側(cè)二次風(fēng)配風(fēng)偏差導(dǎo)致。
3.5對(duì)機(jī)組運(yùn)行可靠性的影響
在摻燒試驗(yàn)過程中．秸稈已經(jīng)采取了粒化處理，并沒有發(fā)生堵煤或者搭橋的現(xiàn)象。同時(shí)試驗(yàn)的時(shí)間較短．還沒有觀察到積灰或者堿金屬腐蝕現(xiàn)象。
另外．由于該鍋爐在運(yùn)行過程中．床溫一直處于較高的水平，最高處超過了1080℃，但在添加秸稈以后，隨著秸稈混燒量的增加，床溫降低，在摻燒30%的比例下，床溫降低到平均1000℃左右。因此，在整個(gè)試驗(yàn)期間沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。如果通過進(jìn)一步合理的分配一次風(fēng)和二次風(fēng)，控制床溫在合理的范圍內(nèi)．保證鍋爐機(jī)組長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行應(yīng)該是能夠?qū)崿F(xiàn)的。
4、結(jié)語
根據(jù)在某260 t/h循環(huán)流化床鍋爐上的混燒試驗(yàn)結(jié)果．可以得出如下主要結(jié)論：
(1)在260th循環(huán)流化床鍋爐秸稈混燒試驗(yàn)表明，在10%～30%的混燒比例范圍內(nèi)，鍋爐可以達(dá)到85%負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行，鍋爐效率以及各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)基本不變，飛厭中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，但鍋爐效率也略有降低。
(2)由于秸稈中硫含量較低，S02排放明顯降低。同時(shí)爐膛出口CO的排放濃度隨著混燒比例的增加呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)．說明混燒生物質(zhì)有利于提高鍋爐的燃燒效率。
(3)由于生物質(zhì)灰熔點(diǎn)低，運(yùn)行中床溫較高時(shí)，運(yùn)行結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)加大．混燒生物質(zhì)對(duì)于鍋爐運(yùn)行中可靠性的影響還需要長(zhǎng)期觀察和研究。
三門峽富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐、家庭用炊事鍋爐以及生產(chǎn)鍋爐燃燒使用的生物質(zhì)顆粒燃料。
