生物質(zhì)發(fā)電廠燃料質(zhì)量管控和檢測方法

李 軍 韓 冰

（1.國網(wǎng)綜合能源服務(wù)集團有限公司，北京 100017；2.國能生物發(fā)電集團有限公司，北京 100017）

0 引言

面對日益嚴峻的能源和環(huán)境問題，開發(fā)利用可再生能源已經(jīng)成為國際社會保障能源安全、應(yīng)對氣候變化、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的共同選擇。生物質(zhì)能作為天然的重要可再生能源，具有資源可持續(xù)、利用方式多樣、能源產(chǎn)品多元和社會效益顯著等特點，而生物質(zhì)直燃發(fā)電是最直接、最高效的利用方式[2]。截至2018 年底，我國農(nóng)林生物質(zhì)直燃發(fā)電項目已達到321 家，并網(wǎng)裝機容量806 萬kW。發(fā)展生物質(zhì)直燃發(fā)電項目是響應(yīng)國家能源發(fā)展和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，切實履行央企社會責任的重要舉措，是實現(xiàn)節(jié)能減排，應(yīng)對大氣污染，推進生態(tài)文明建設(shè)，惠及農(nóng)業(yè)農(nóng)村農(nóng)民的有效載體。

生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)發(fā)展初期，缺少相關(guān)的電廠建設(shè)、運維、檢測等行業(yè)標準，缺乏有效的燃料質(zhì)量管控體制，摻雜使假和摻水摻土情況時有發(fā)生，嚴重制約了企業(yè)經(jīng)營效益和行業(yè)發(fā)展[3]。國能生物質(zhì)發(fā)電集團有限公司作為生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的領(lǐng)軍者，自2005 年成立以來，不斷探索和總結(jié)，逐步認識到燃料質(zhì)量對企業(yè)經(jīng)營效益的重要性，引導(dǎo)供應(yīng)商交售低水灰、高熱值、優(yōu)質(zhì)量的生物質(zhì)燃料，牢固樹立質(zhì)量“紅線”意識，加強燃料質(zhì)量全過程管控，不斷提高入廠和入爐熱值，發(fā)電原稈單逐年降低，企業(yè)經(jīng)營效益逐年向好。

1 生物質(zhì)燃料質(zhì)量管控要點

生物質(zhì)燃料屬于生物質(zhì)電廠穩(wěn)步發(fā)展的生命線，關(guān)系到電廠的盈利情況，因此應(yīng)該重視質(zhì)量控制的要點，采取合理的措施規(guī)范燃料的采購環(huán)節(jié)。電廠燃料經(jīng)營管理體現(xiàn)出極為明顯的綜合性特征，通過將多項工作落實到實處，使得經(jīng)營管理工作的成效更加明顯。

1.1 加強源頭質(zhì)量管控

質(zhì)檢人員要經(jīng)常和市場人員共同調(diào)研源頭燃料質(zhì)量情況，指導(dǎo)加工戶從源頭提高燃料質(zhì)量，將質(zhì)檢關(guān)口前移。源頭質(zhì)量控制主要針對原料收集、加工及分散存儲時的質(zhì)量控制和設(shè)備改進，在供應(yīng)商原料加工、存儲環(huán)節(jié)加強監(jiān)督和指導(dǎo)，引導(dǎo)供應(yīng)商交售優(yōu)質(zhì)燃料。加工前必須經(jīng)過市場人員現(xiàn)場驗收合格后方可加工；對交售質(zhì)量較差的供應(yīng)商，加強宣貫質(zhì)檢標準和質(zhì)量要求，不定期抽查監(jiān)督燃料質(zhì)量，杜絕摻雜使假行為。

1.2 嚴把入廠質(zhì)檢關(guān)

在相關(guān)工作實際開展的過程中，需要重視一些細節(jié)問題的落實情況，嚴把質(zhì)量關(guān)，將各個環(huán)節(jié)妥善的串聯(lián)起來，使得電廠運行更加穩(wěn)定，同時實現(xiàn)更加理想的發(fā)展目標。嚴格按照既定的質(zhì)檢標準和質(zhì)檢流程，進行廠內(nèi)燃料質(zhì)檢和扣除工作，確保公開、公平、公正。同時將廠內(nèi)質(zhì)檢不合格的燃料信息及時反饋給市場人員，及時指導(dǎo)供應(yīng)商進行調(diào)整，內(nèi)外結(jié)合共同管控燃料質(zhì)量。

1.3 加強存儲和入爐質(zhì)量監(jiān)測

定期對料場存儲的燃料進行取樣化驗，監(jiān)測水分、灰分和熱值變化情況，高水分燃料不易堆大垛存儲，需通過翻垛、晾曬等制備手段實現(xiàn)降水。定期監(jiān)測料垛溫度，超過溫度限值需立刻采取拆垛等措施，避免發(fā)生燃料自燃。燃料摻配后需取樣化驗熱值，摻配料熱值達到要求后方可入爐摻燒。在上述工作落實的情況下，應(yīng)該重視相應(yīng)的質(zhì)量監(jiān)測細節(jié)，保證強化監(jiān)測的力度和管理的力度，實現(xiàn)相對理想的儲存計劃，確保燃料入爐的過程更加及時、到位。

1.4 積極發(fā)揮質(zhì)量監(jiān)督小組的作用

質(zhì)量監(jiān)督小組由電廠質(zhì)檢部以外的其他部門成員組成，監(jiān)督質(zhì)檢員的質(zhì)檢行為，起到全員質(zhì)檢的作用。因此應(yīng)該重視質(zhì)量監(jiān)督小組的重要性，在開展相關(guān)工作的時候，將質(zhì)量監(jiān)督小組的效力充分體現(xiàn)出來，保證質(zhì)量監(jiān)督工作的成效更加顯著。

1.5 嚴把“兩關(guān)”實現(xiàn)“三干”

嚴把“入廠質(zhì)量”和“入爐質(zhì)量”兩大關(guān)口，實現(xiàn)“收干、存干、燒干”，堅決杜絕高灰分燃料入廠、堅決杜絕高水分燃料入爐，降低對鍋爐設(shè)備可靠性的影響，提升機組運行的經(jīng)濟性。

2 主要的質(zhì)量檢測指標

準確判斷質(zhì)量檢測的指標，采取合理的措施開展具體的工作。影響機組發(fā)電效率的主要燃料質(zhì)量指標有：生物質(zhì)燃料的水分、灰分、熱值、粒度（長度）。

2.1 水分

水分是指燃料內(nèi)部所含水分與外部附著水分之和，即全水分。高水分燃料入廠，堆垛存儲易發(fā)生霉腐、碳化現(xiàn)象，造成熱值損失，嚴重的會引發(fā)燃料自燃；高水分燃料入爐，需要消耗一部分熱量將燃料烘干，然后才能燃燒，勢必會造成鍋爐熱量的損失浪費，降低機組運行的經(jīng)濟性。因此，生物質(zhì)發(fā)電項目要盡可能減少入廠和入爐燃料的水分。

2.2 灰分

灰分是指燃料的自然灰分和其他雜質(zhì)之和。自然灰分是生物質(zhì)燃料中固有的，需要嚴控的是夾雜在燃料中外在的土、沙、石等不可燃雜質(zhì)。土雜含量較高的燃料入爐后，會對鍋爐設(shè)備造成磨損，降低鍋爐運行的可靠性。因此，生物質(zhì)發(fā)電項目要盡可能地減少入廠和入爐燃料的灰分。

2.3 熱值

熱值是燃料的低位發(fā)熱量。熱值是反映燃料質(zhì)量的最直接指標。標準煤的熱值是7 000 kcal/kg，生物質(zhì)燃料的熱值低于燃煤，玉米秸稈的熱值約為2 700 kcal/kg，稻草和麥稈的熱值約為2 800 kcal/kg，蘆葦莖稈的熱值約為3 000 kcal/kg，稻殼、花生殼的熱值約為3 100 kcal/kg，濕樹皮的熱值約為2 100 kcal/kg。在平衡好燃料成本與經(jīng)營效益的情況下，生物質(zhì)發(fā)電項目要盡可能提高收購燃料的熱值。

2.4 粒度

粒度是指燃料加工破碎程度，一般用長度、直徑區(qū)分。粉碎粒度是廠內(nèi)質(zhì)檢的主要指標之一，質(zhì)檢單上設(shè)置了“扣長桿”扣除項，鼓勵加工戶盡可能降低加工粒度，通常要求在10 cm 以內(nèi)。長桿燃料尤其是粒度長的秸稈燃料（韌性大），易造成上給料系統(tǒng)的堵料、蓬料現(xiàn)象，影響機組正常穩(wěn)定運行。但同時，生物質(zhì)電廠禁止收購粒度小于3 mm 的粉狀燃料，如稻殼粉、竹粉、砂光粉、棉絨、羊絨和面粉廠麥糠等工農(nóng)業(yè)廢棄物，粉狀燃料易引發(fā)爆燃現(xiàn)象。

3 常用的現(xiàn)場質(zhì)檢方法

燃料現(xiàn)場檢測主要包括3 個環(huán)節(jié)：車料進廠時的一檢環(huán)節(jié)，進廠卸車后的二檢環(huán)節(jié)以及取樣化驗環(huán)節(jié)[4]。

3.1 感官法

感官法是最直接簡便的傳統(tǒng)方法，通過眼觀、手感、鼻嗅來直觀地感受燃料質(zhì)量情況。眼觀，看送料車輛的車沿、車底是否有水漬或積土層，是否有虛方，粉碎粒度是否符合要求，顏色是否為正常自然色澤，是否有混摻、霉腐現(xiàn)象。手感，拍打送料車料周邊燃料觀察是否有沙土落下，感觸料車內(nèi)層燃料是否有發(fā)熱、發(fā)黏現(xiàn)象。鼻嗅，檢測燃料內(nèi)部是夠有酒糟味、臭味、霉腐等異味。感官法適合用在車料進廠時的一檢環(huán)節(jié)。

3.2 快速檢測法

快速檢測法是使用手持測水儀或者微波爐，對進廠燃料的水分進行快速檢測，提高對入廠燃料的監(jiān)控效率，迅速給出燃料質(zhì)量的初步判斷。適用于車料進廠時的一檢環(huán)節(jié)或者市場源頭調(diào)研環(huán)節(jié)。

3.3 容重法和單包重法

容重是指生物質(zhì)燃料在一定狀態(tài)下單位體積的重量，單位為t/m3（kg/包）。容重法的原理是相同車型的車輛運送同一品種的生物質(zhì)燃料，容重數(shù)值應(yīng)該在一定的區(qū)間范圍內(nèi)；否則容重值過大，則可能出現(xiàn)燃料水分或土雜含量超標。使用容重法首先需要建立“典型燃料品種、典型送料車輛的標準容重和凈重數(shù)據(jù)庫”，現(xiàn)場一檢人員對送料車輛進行量方，結(jié)合過磅計量數(shù)據(jù)估算出該車容重，根據(jù)標準數(shù)據(jù)庫進行扣除或拒收處理。

單包重法是針對秸稈成型包的容重法，需要建立“典型燃料品種、典型尺寸包型的標準單包重數(shù)據(jù)庫”，現(xiàn)場一檢人員點驗成型包包數(shù)，結(jié)合過磅計量數(shù)據(jù)計算出單包重，根據(jù)標準數(shù)據(jù)庫進行扣除或拒收處理。

容重法和單包重法適用于車料進廠時的一檢環(huán)節(jié)以及進廠卸車后的二檢環(huán)節(jié)。

3.4 現(xiàn)場篩分法

現(xiàn)場篩分法是利用振動篩、手工篩和滾筒篩等篩分工具，將一定量的燃料樣品進行現(xiàn)場土雜篩分，精確地計算出燃料中的土雜含量比例，依據(jù)篩分扣除標準進行現(xiàn)場扣除[5]?，F(xiàn)場篩分法質(zhì)檢扣除公開、公平、精確，減少了人為因素，扣除結(jié)果讓燃料供應(yīng)商更加信服，適用于進廠卸車后的二檢環(huán)節(jié)，可用于棉稈等土雜、渣末較多的品種。

4 取樣和化驗

4.1 取樣方法

取樣要具有代表性，不能舍棄樣品中的任何物質(zhì)；為了避免水分散失，取樣后應(yīng)立刻將樣品放入帶封口功能的取樣袋或取樣箱中，并盡快送至化驗室進行樣品化驗；在取樣過程中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常情況，應(yīng)立即通知質(zhì)檢部負責人到場處理。通常的取樣方法是：攤平后分層隨機挑選9 ～11 個點，用手或取樣工具進行取樣，取樣深度不低于30 cm，樣品總量不少于1 kg。

4.2 化驗方法

生物質(zhì)燃料的化驗指標包括水分、內(nèi)水、灰分、揮發(fā)分、固定碳、發(fā)熱量、飛灰和爐渣可燃物，其中的主要指標是水分、灰分和熱值?；瀮x器和方法沿用煤炭檢測標準方法。根據(jù)樣品的化驗結(jié)果和質(zhì)檢標準，進行相應(yīng)的質(zhì)檢扣除。

5 結(jié)語

燃料質(zhì)量把控是生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)管理的重要環(huán)節(jié)，要牢固樹立質(zhì)量“紅線”意識，加強燃料質(zhì)量全過程管控，確保優(yōu)質(zhì)燃料入廠和入爐，是生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)降低原稈單耗、提升經(jīng)營效益的基礎(chǔ)。