生物質(zhì)發(fā)電裝置爐前料倉技術(shù)改造

李文瑞 趙 楊 劉 凱

西安陜鼓動力股份有限公司工程技術(shù)分公司

0 前言

近年來，隨著國家對可再生能源產(chǎn)業(yè)的鼓勵支持，生物質(zhì)發(fā)電項目在中國開始出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來。可再生能源的開發(fā)利用，可增加能源供應(yīng)，改善能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，保護環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。目前，國內(nèi)生物質(zhì)利用的主要方式是發(fā)電。生物質(zhì)直燃發(fā)電是通過生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生蒸汽推動蒸汽機實現(xiàn)發(fā)電的技術(shù)[1]。現(xiàn)階段可供開發(fā)利用的生物質(zhì)資源主要有農(nóng)作物加工剩余物（如秸稈、稻殼）、薪柴、動物糞便、有機廢棄物和有機垃圾等生物質(zhì)廢棄物[2-3]。燃料種類、性能差異使得安全、穩(wěn)定的燃料供給系統(tǒng)，成為生物質(zhì)發(fā)電裝置對應(yīng)發(fā)電性能的核心問題。爐前料倉作為燃料輸送與供給系統(tǒng)之間的緩沖部分，主要起到應(yīng)對事故，進而不停爐、不停產(chǎn)的作用。在現(xiàn)有生物質(zhì)發(fā)電項目中，由于燃料流動性差，蓬松狀態(tài)下纖維質(zhì)帶來燃料在爐前料倉卡、堵料的問題[4]。本文對現(xiàn)有生物質(zhì)發(fā)電裝置中爐前料倉存在的問題進行理論分析，并提出通過取消爐前料倉，設(shè)置落料管的措施來解決這一問題，為生物質(zhì)發(fā)電裝置中燃料供給系統(tǒng)的安全運行提供借鑒作用。

1 生物質(zhì)發(fā)電現(xiàn)狀和裝置原理

1)生物質(zhì)發(fā)電現(xiàn)狀

與常規(guī)的能源發(fā)電模式相比，生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)生的污染雜質(zhì)更少，實際應(yīng)用價值更高。但是在存儲生物質(zhì)方面會具有較大難度，而且生物質(zhì)能源的質(zhì)量會受到外界環(huán)境的影響，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定的現(xiàn)象，所以通常電力企業(yè)更愿意將生物質(zhì)與其它燃燒物質(zhì)混合進行燃燒發(fā)電，以提高設(shè)備的運行穩(wěn)定性。另外，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)可以有效實現(xiàn)廢物二次利用，減少農(nóng)作物就地焚燒對環(huán)境的污染，開拓農(nóng)林業(yè)的收益途徑，提供更多的就業(yè)機會，是一種多贏的發(fā)電模式，所以應(yīng)當(dāng)深入研究該發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用范圍。相比較于發(fā)達國家而言，我國的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用起步較晚，技術(shù)水平還有待提高。

2)爐前料倉在生物質(zhì)發(fā)電裝置中的作用

一般生物質(zhì)發(fā)電裝置中物料供給能力遠大于鍋爐的最大燃料需求量，傳送帶在實際運行過程中存在較大的延時，物料輸配系統(tǒng)計量裝置精度低或少有計量裝置，傳送帶長距離輸送過程中工況環(huán)境的不確定性，都會使得生物質(zhì)發(fā)電過程中出現(xiàn)燃料供給的不穩(wěn)定問題，進而導(dǎo)致鍋爐實際燃燒工況波動，甚至不在設(shè)計工況下運行。而通過爐前料倉的設(shè)置，可以讓燃料先送入爐前料倉，此時配置一定精度的計量裝置，可以使物料穩(wěn)定進入爐膛，即實現(xiàn)鍋爐的穩(wěn)定燃燒，進而保證生物質(zhì)發(fā)電裝置的發(fā)電效率。

生物質(zhì)發(fā)電裝置中爐前料倉的設(shè)置，可以實現(xiàn)燃料供給不足時物料系統(tǒng)上料，燃料供給富裕時，物料輸送皮帶機降低運行速度，減小燃料供應(yīng)量，實現(xiàn)智能供料的同時降低燃料輸配系統(tǒng)的能耗。

2 生物質(zhì)發(fā)電裝置運行中存在的問題

1）卡、堵料問題

某公司生物質(zhì)發(fā)電項目中的水冷振動爐排鍋爐燃料供給，通過輸料皮帶送到爐頂后設(shè)置一個料倉作為爐前料倉，再通過分料口落至每臺爐前給料機，來實現(xiàn)供料。爐前料倉的設(shè)置，在帶來緩沖、分料、供料系統(tǒng)障礙不停爐等運行優(yōu)勢的同時，增加了發(fā)電項目的設(shè)備投資。

類似30 MW的生物質(zhì)發(fā)電項目組，料倉的體積均在300 m3及以上，此類方案在較大程度上保證爐前給料裝置的系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，容易造成爐前料倉的堵塞（功能性障礙），導(dǎo)致生物質(zhì)燃料無法進入爐膛實現(xiàn)燃燒，從而導(dǎo)致停爐、停機，發(fā)生重大生產(chǎn)事故。

2）爆炸安全性問題

爐前料倉作為儲集燃料的容器，其中存在較高濃度的空氣（助氧劑），燃料與氧氣接觸的過程，伴隨發(fā)生生物質(zhì)燃料在破碎過程中產(chǎn)生的粉塵經(jīng)由輸料皮帶輸配至爐前料倉中，使得爐前料倉總體或局部都具備可燃物和助氧劑的條件，由于濃度的分布不均必然導(dǎo)致一些區(qū)域處于爆炸極限，帶來爆炸安全性的問題。設(shè)備運行中的電弧、電火花都有可能導(dǎo)致容器內(nèi)爆燃現(xiàn)象的發(fā)生，存在因為壓力或溫度升高帶來的爆炸安全性問題（見圖1）。

圖1 爐前料倉改造前示意圖

3 生物質(zhì)發(fā)電裝置改造措施

爐前料倉在提高給料系統(tǒng)穩(wěn)定運行的同時，增加了項目實施中的投資成本，造成裝置運行過程中的安全隱患。通過取消爐前料倉，并設(shè)置每條皮帶對應(yīng)的給料管，通過重力落至對應(yīng)的每臺爐前給料機，實現(xiàn)系統(tǒng)的改進設(shè)計，從而實現(xiàn)安全可靠的給料方式，最終確保機組生產(chǎn)安全運行，節(jié)省總包單位投資成本。

結(jié)合類似燃煤發(fā)電項目經(jīng)驗，我方提出取消爐前料倉，實現(xiàn)一對一模式，每條輸送皮帶對應(yīng)一臺爐前給料機，直接將燃料通過溜料管自然落至爐前給料機，得到業(yè)主及設(shè)計單位的認可，并通過實際生產(chǎn)驗證，避免了其他項目遇到的堵料問題，同時節(jié)省投資，實現(xiàn)降本增效。

生物質(zhì)發(fā)電裝置中取消爐前料倉的布置方式具備以下優(yōu)點：

1)節(jié)省爐前大料倉的空間位置、節(jié)約投資。

2)減少燃料輸配環(huán)節(jié)，從過程中避免蓬松燃料纏繞堵塞問題。

3)增強給料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減小卡、堵料引起配料管路扭曲變形的影響[4]。

4)減少了燃料輸配系統(tǒng)電能消耗。

5)規(guī)避了可燃物混合助氧劑在有限空間中的爆燃安全性問題（見圖2）。

圖2 爐前料倉改造后示意圖

4 結(jié)論

生物質(zhì)發(fā)電是符合我國長期發(fā)展戰(zhàn)略部署的一種發(fā)電手段，該發(fā)電模式不僅可以有效提高清潔能源的利用率，而且還能對生態(tài)環(huán)境起到積極的保護效果，實現(xiàn)廢物循環(huán)利用，變廢為寶，拓寬發(fā)電渠道。新型可再生能源的開發(fā)利用目前成為世界能源消耗大國爭相進入的新“戰(zhàn)場”，生物能源作為綠色環(huán)保、清潔安全的可再生資源，不僅能緩解不可再生能源嚴(yán)重緊缺的局面，相比于燃煤發(fā)電，還能改善周圍環(huán)境質(zhì)量。

通過以上對生物質(zhì)發(fā)電裝置中爐前料倉的分析，可以看出，主要是由于生物質(zhì)燃料蓬松狀態(tài)下，流動性能較差從而導(dǎo)致爐前料倉的卡、堵料現(xiàn)象，燃料輸配環(huán)節(jié)的冗雜設(shè)置增加了項目投資的同時，提升了燃料輸配階段的故障發(fā)生率。同時燃料（含粉塵氣氛）和足夠濃度的助氧劑在有限空間里，增加了爐前料倉的爆炸可能性。通過對生物質(zhì)發(fā)電裝置系統(tǒng)的改進設(shè)計，實現(xiàn)安全可靠的給料方式，最終確保機組安全生產(chǎn)運行，節(jié)省總包單位投資成本。

通過取消爐前料倉可以解決燃料輸配堵塞的問題，同時規(guī)避燃料輸配環(huán)境的爆炸安全性問題，實現(xiàn)了設(shè)備節(jié)約、安全性保障，滿足系統(tǒng)設(shè)備的可靠給料，從而提升系統(tǒng)運行的安全性、可靠性，提高機組的經(jīng)濟效益。