1、前言
連云港某生物質發電有限公司是某集團控股有限公司投資興建的環保型熱電聯產企業，公司地處江蘇省連云港市贛榆縣經濟開發區內。項目設計規模為三爐二機，一期工程為二爐二機，主要設備選型為二臺15MW抽凝式汽輪發電機組，配套二臺75T/H循環流化床鍋爐，機組于2005年7月投產發電，同年10月實現了對熱用戶供熱，富通新能源專業生產銷售
生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒
木屑顆粒機、
秸稈顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，生物質顆粒燃料如下圖所示：
以煤炭為主的能源消費結構及能源利用效率低下等因素使我國環境惡化日益嚴重，生態遭到破壞，S02、C02排放量分別列世界第一、第二位，造成的經濟損失約占GDP總量的3%～7%。然而我國生物質能資源非常豐富，椐初步統計，我國生物質能如用以代替煤炭發電，近期可相當5億噸標煤，遠期可相當10億噸標煤以上。
連云港某生物質發電有限公司從09年初開始，利用原有工廠廠區，對公司原有的2臺75T/H循環流化床燃煤鍋爐（CFB鍋爐）進行了全燃生物質技術改造。經過8個月努力，實現了企業從燃煤到全燃生物質的根本轉變，燃煤電廠成功升級為全燃生物質電廠。目前連續運行已超過4年時間，運行情況穩定良好，達到了預期目標。
一、全燃技術改造的可行性
連云港某發電有限公司地處連云港市贛榆縣，贛榆縣是一個農業生態縣，生物質資源非常豐富，全縣85萬畝耕地面積，年產各種秸稈類生物質資源總量達到80萬噸，扣除各種減量因素及農民自用量后，仍有40萬噸左右的生物質資源可以供綜合利用。同時連云港某生物質發電有限公司前階段，在循環流化床鍋爐大比例(≥80%)摻燒生物質秸稈運行方面已摸索出較成熟經驗，因此對循環硫化床燃煤鍋爐進行全燃生物質改造是可能的。
1、生物質燃料的特性
北京國家煤炭質量監督檢驗中心對連云港及周邊送檢生物質樣品的化驗結果，見表1所示：
|
種類 |
工業分析成分 % |
元素組成 % |
低位熱值KJ/Kg |
|
水分 |
灰分 |
揮發分 |
固定炭 |
H |
C |
S |
N |
P |
K2O |
|
雜草 |
5.43 |
9.4 |
68.27 |
16.40 |
5.24 |
41.00 |
0.22 |
1.59 |
1.68 |
13.60 |
16204 |
|
豆秸 |
5.10 |
3.13 |
74.56 |
17.12 |
5.81 |
44.79 |
0.11 |
5.85 |
2.86 |
16.33 |
16157 |
|
稻草 |
3.61 |
12.20 |
67.80 |
16.39 |
5.30 |
48.30 |
0.09 |
0.81 |
0.15 |
9.93 |
17636 |
|
稻殼 |
5.62 |
17.82 |
62.61 |
13.95 |
6.20 |
49.40 |
0.40 |
0.30 |
- |
0.60-1.60 |
16017 |
|
玉米秸 |
6.10 |
4.70 |
76.00 |
13.20 |
6.00 |
49.30 |
0.11 |
0.70 |
2.60 |
13.80 |
17746 |
|
玉米芯 |
4.87 |
5.93 |
71.95 |
17.25 |
6.00 |
47.20 |
0.01 |
0.48 |
- |
- |
17730 |
|
高梁秸 |
4.71 |
8.91 |
68.90 |
17.48 |
6.09 |
48.63 |
0.01 |
0.36 |
1.12 |
13.60 |
15066 |
|
棉秸 |
6.78 |
3.97 |
68.54 |
20.71 |
5.70 |
49.80 |
0.22 |
0.69 |
-2.10 |
24.70 |
18089 |
|
麥秸 |
4.39 |
8.90 |
67.36 |
19.32 |
6.20 |
49.60 |
0.07 |
0.61 |
0.33 |
20.40 |
18532 |
|
花生殼 |
7.88 |
1.60 |
68.10 |
22.42 |
6.70 |
54.90 |
0.10 |
1.37 |
|
|
21417 |
|
杉木 |
3.27 |
0.74 |
81.20 |
14.79 |
6.00 |
51.40 |
0.03 |
0.06 |
|
|
19194 |
|
櫸木 |
5.90 |
0.60 |
79.00 |
14.50 |
6.20 |
49.70 |
0.01 |
0.28 |
|
|
18077 |
|
松木 |
6.00 |
0.40 |
79.60 |
17.00 |
6.00 |
51.00 |
0.00 |
0.08 |
|
|
19045 |
|
紅木 |
|
|
|
|
6.00 |
50.80 |
0.03 |
0.05 |
|
|
19485 |
|
楊木 |
6.70 |
1.50 |
80.30 |
11.50 |
6.00 |
51.60 |
0.02 |
0.60 |
|
|
17933 |
|
柳木 |
3.50 |
1.60 |
78.00 |
16.90 |
5.90 |
49.50 |
0.04 |
0.42 |
|
|
18625 |
|
樺木 |
11.10 |
0.30 |
70.00 |
18.60 |
6.10 |
49.00 |
0.00 |
0.10 |
|
|
18413 |
|
楓木 |
5.60 |
3.60 |
74.20 |
16.60 |
6.10 |
51.3 |
0.00 |
0.25 |
|
|
18902 |
|
馬糞 |
6.43 |
21.85 |
58.99 |
12.82 |
5.35 |
37.25 |
0.17 |
1.40 |
1.02 |
3.14 |
14022 |
|
牛糞 |
6.46 |
32.40 |
48.72 |
12.52 |
5.46 |
32.07 |
0.22 |
1.41 |
1.71 |
3.84 |
11627 |
|
煙煤 |
8.85 |
21.37 |
38.48 |
31.30 |
3.81 |
57.42 |
0.46 |
0.93 |
|
|
24300
|
通過上表分析，生物質成分組成、特性、產地、氣候及生產過程等變化很大，仍具有共性：
1.1工業分析送檢樣品很干水分較低，實際收購水分較大，從我們公司收購入爐情況看，水分有時會在40%左右。生物質的灰分一般較低，除稻殼和稻草在14%左右，其余都在6%以下；揮發份較高60%-80%，固定碳在10%～20%之間。
1.2元素分析
生物質應用基含碳在40%左右，氧量35%左右，氫5%左右，硫0.05%-0.2之間。生物質與煤炭對比，生物質為低炭燃料，屬于清潔能源，含硫量少、含氯量小、含灰量低，生物質中有害物質，硫、灰份等，僅為中質煙煤的1/10左右（煤炭含硫一般高于0.8%）。同時，生物質燃燒時C02的排放，和生物質生長時C02的吸收，構成自然界的碳循環，因此，生物質能的利用，可有效減少S02排放形成的大氣污染，并實現溫室氣體C02零排放。．
1.3灰分分析生物質的灰分中堿金屬及氯在燃燒中會引起受熱面的結渣、積灰及腐蝕。通過4年的運行鍋爐的過熱器、省煤器管道表面結渣積灰非常嚴重，2個月需要停爐清理一次。旋風分離器因積灰通流面積降低需要停爐清理。
1.4發熱量及自然堆積密度生物質收到基地位發熱量一般在13-16MJ/Kg之間，與鍋爐設計煤種20. 3IMJ/Kg相比，發熱量低很多。生物質堆積密度較小，一般在120-160kg/m3之間，平均密度僅為煤炭的1/8。生物質的單位熱值密度比煤炭低的多，約為煤炭的1/10。由于生物質自身特點，生物質的入爐問題是改造的重點和難點之一。
1.5燃燒特性
2、生物質自身揮發份含量很高，而CFB鍋爐主要是通過內部蓄熱循環提高爐效。生物質在爐內燃燒時間短、循環倍率低是降低爐效的一個因素。
二、全燃生物質產生主要問題采取的對策：
2.1．結焦問題
生物質燃料的灰熔點低，玉米稈灰熔點DT 1100℃，麥稈灰熔點DT 940℃，棉花稈灰熔點DT 12200℃，樹枝灰熔點DT1500℃，在燃燒時很容易引起爐膛內部結焦，解決結焦問題的關鍵是控制好溫度。在運行中要注意在不影響鍋爐效率的情況下控制好鍋爐各個部分的溫度加以控制：采用合理的風帽結構，確保在運行過程中床層流化均勻；控制鍋爐床溫800～900℃左右，爐膛出口煙溫850～890℃左右，確保爐膛和布風板不結焦。
9.9．腐蝕問題
生物質燃料中的氯元素容易造成高溫腐蝕和低溫腐蝕。其中高溫腐蝕主要發生在水冷壁和過熱器處，其發生的條件有兩個：一是由煙氣溫度和介質溫度確定的工作點在腐蝕區，二是受熱面管子附件是還原區。低溫腐蝕主要在下級省煤器和空預器處，其發生的條件是管壁溫度低于酸露點溫度。針對高、低溫腐蝕的情況，采取爐膛富氧燃燒、高溫過熱器最后兩排管子采用噴涂處理、采用適當的排煙溫度、空預器最后一排管組采用耐低溫腐蝕的考登鋼材料等解決。
2.3．高溫粘結灰問題
生物質燃料中含有較多的堿金屬，燃燒時容易在對流受熱面形成高溫粘結灰，堵塞煙道并引起積灰腐蝕，從而影響鍋爐的效率和使用可靠性。針對高溫粘結灰，可以采取及時補充循環物料，以加強內外循環沖刷作用、在過熱器等易積灰處布置吹灰器、人工定期停爐清理沖洗等來解決。通過4年的運行鍋爐的過熱器、省煤器管道表面結渣積灰非常嚴重，2個月需要停爐清理一次。
2.4．飛灰問題
改變二次風布局，降低煙氣上升速度，增加爐內循環，確保細的燃料顆粒一次燃盡，增加水冷壁的輻射熱交換，減少旋風分離器中二次燃燒份額，在控制旋風分離器中煙氣溫度的同時，確保旋風分離器不結焦分離效率得以保障。降低飛灰熱損失。
2.5分離問題
生物質全燃改造后由于燃料品種質的改變，分離器磨損已經不存在，由于生物質的灰熔點較低，在分離器內會發生粘結，在旋風分離器四周增加吹掃風通過運行時間斷擾動降低旋風分離器積灰，利用停爐進行清理可以解決此類問題。
三、 結語
生物質全燃改造實現了鍋爐改造的預期目標，系統運行正常，燃燒穩定，鍋爐的熱效率基本達到設計值。徐州電力試驗中心試驗報告認為：全燃生物質燃料時鍋爐排煙溫度及排煙氧量比純燃用煤及摻燒時有所升高，因此排煙損失比較大。由于受熱面沒有改動，循環流化床燃煤鍋爐進行全燃生物質改造后出力將有所下降，約下降為原來出力的80-85%左右。75T/H循環流化床燃煤鍋爐改燃生物質，出力約為60-65T/H左右。
09年9月完成l#、2#循環流化床燃煤鍋爐全燃生物質改造并全燃生物質運行發電，至今已4年多時間，運行狀況穩定良好。通過數年刻苦努力探索，系統和設備不斷修改完善，運行方式不斷調整優化，道路雖然曲折，但在燃煤鍋爐全燃生物質改造和運行方面也積累了豐富的經驗。
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