50 MW生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐摻燒甘蔗渣技術(shù)分析與總結(jié)

摘要：摻燒甘蔗渣是直燃生物質(zhì)鍋爐的燃燒技術(shù)之一，現(xiàn)根據(jù)某生物質(zhì)電廠3個(gè)月的甘蔗渣摻燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中的工況進(jìn)行分析和總結(jié)，找出了摻燒甘蔗渣存在的問題和不足，并根據(jù)這些問題和不足提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：摻燒;甘蔗渣;結(jié)焦;比例;參數(shù)控制

中圖分類號(hào)：TK62? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）05-0076-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.05.021

引言

某生物質(zhì)電廠的鍋爐型號(hào)是HX220/9.8-Ⅳ1，是高溫高壓、單汽包、汽水自然循環(huán)、平衡通風(fēng)鍋爐，露天布置;鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù);循環(huán)物料分離采用絕熱式旋風(fēng)分離器。設(shè)計(jì)燃料是桉樹的皮、葉、根、枝，木材邊角料，甘蔗葉、渣，其他農(nóng)林廢棄物等。

1? ? 摻燒對(duì)鍋爐運(yùn)行工況的影響

根據(jù)甘蔗渣摻燒工作安排，2020年1月至3月進(jìn)行了甘蔗渣摻燒試驗(yàn)。從2020年1月20日起，#1爐開始配燒甘蔗渣，配燒比例從2%至10%逐步增長(zhǎng)，并保持10%配比運(yùn)行，這個(gè)階段，由于摻燒比例小，鍋爐參數(shù)正常，沒有發(fā)生明顯變化，機(jī)組負(fù)荷率100%;從1月25日起，#1爐配燒甘蔗渣比例逐漸提升，至2月2日，比例升至15%，此階段，#1爐出現(xiàn)某些床溫測(cè)點(diǎn)溫度偶爾偏高及低過入口煙溫輕微偏高的現(xiàn)象，負(fù)荷率100%，但隨著燃料混合更加均勻，床溫及低過入口煙溫都得到了控制，參數(shù)基本正常;從2月3日起，#1爐配燒甘蔗渣比例由15%逐漸提升至20%～30%，#1爐于2月13日穩(wěn)定在30%左右的比例配燒，#2爐從2月16日起穩(wěn)定在30%左右的比例配燒，此階段，兩臺(tái)爐的負(fù)荷率仍為100%以上，鍋爐的正常帶負(fù)荷能力未受影響，甘蔗渣配燒帶負(fù)荷效果良好，但大比例摻燒甘蔗渣導(dǎo)致鍋爐參數(shù)明顯發(fā)生變化，如表1、表2所示。

由表1、表2數(shù)據(jù)可見，隨著甘蔗渣摻燒時(shí)間延長(zhǎng)，特別是摻燒比例升至30%后，兩臺(tái)爐的低過區(qū)域壓差上升速度明顯加快，#1爐從1月31日的1.6 kPa上升到2月29日的2.92 kPa;#2爐1月31日為3.1 kPa，2月8日停機(jī)前為3.35 kPa?？疹A(yù)器壓差上升速度變化不大，#1爐1月31日為1.62 kPa，2月29日為1.82 kPa;#2爐1月31日為2.7 kPa，2月8日停爐前為2.95 kPa。

低溫過熱器入口煙溫隨著甘蔗渣配燒量的增加，有明顯的上升趨勢(shì)[1]。從歷史數(shù)據(jù)來看，自2月20日起，隨著時(shí)間積累，摻燒30%甘蔗渣的#1爐低過入口溫度超過690 ℃的次數(shù)及時(shí)間越來越多，低過壓差上升越來越快;2月份兩臺(tái)爐排煙溫度分別為#1爐148.61 ℃和#2爐136.89 ℃，#1爐排煙溫度比1月（129.86 ℃）上升約19 ℃，主要原因是#1爐配燒甘蔗渣比例較大，入爐燃料水分上升造成排煙溫度上升，#2爐排煙溫度不高是因?yàn)?月15日剛啟動(dòng)。

2? ? 大比例摻燒（甘蔗渣30%）對(duì)鍋爐安全運(yùn)行的影響

2020年3月1日，#1爐低過區(qū)域爆管，停爐后檢查發(fā)現(xiàn)爆管原因主要是低過區(qū)域積灰及結(jié)焦形成不均勻堵塞，在局部形成煙氣走廊，從而造成煙氣沖刷[2]。#1爐修復(fù)于3月7日并網(wǎng)成功，3月18日#1爐再次發(fā)生高過爆管停爐，3月19日設(shè)備部、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)部技術(shù)人員進(jìn)入#1爐內(nèi)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)整個(gè)高溫過熱器有2/3高度的屏與屏之間被灰渣結(jié)焦堵死，高溫過熱器僅存1/3的下部流動(dòng)空間容煙氣通過。現(xiàn)場(chǎng)堵焦情況如圖1所示。

在鍋爐床層密相區(qū)內(nèi)襯上部的四周水冷壁面結(jié)焦比較嚴(yán)重，檢查焦塊為碳化物形成[3]，類似蜂孔型焦炭，焦塊易碎質(zhì)輕，內(nèi)部熔融現(xiàn)象不明顯，與高溫結(jié)焦特征不同，與甘蔗渣結(jié)灰的特性相似，如圖2所示。

此次高過爆管的原因?yàn)楦邷責(zé)熁以诟邷剡^熱器屏與屏之間大面積結(jié)焦，堵塞煙氣的正常流通，在高溫過熱器底部結(jié)焦量少的部位形成煙氣走廊，過量的煙灰沖刷磨損造成高溫過熱器多處管壁減薄、機(jī)械強(qiáng)度不足而爆管，究其根源是甘蔗渣使用比例過大，兩臺(tái)爐分別于2月13日和2月16日摻燒甘蔗渣量達(dá)到30%。根據(jù)燃運(yùn)分部的“每天燃料進(jìn)、耗、存統(tǒng)計(jì)表”，#1爐3月14日至18日甘蔗渣的平均使用比例達(dá)28.6%，如表3所示。

3月8日，#1機(jī)組在并網(wǎng)帶負(fù)荷一天后即開始配燒甘蔗渣，在開爐后的第二天（3月8日）下午就造成排渣口堵塞，在捅出的雜物中發(fā)現(xiàn)有黑色的類似甘蔗渣粘結(jié)形成的低溫焦塊。

3? ? 摻燒存在的問題和不足

（1）對(duì)甘蔗渣的燃燒特性認(rèn)識(shí)不足，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不深入，對(duì)大比例水分偏高（55%左右）的甘蔗渣入爐造成燃燒后移的后果估計(jì)不足，片面擴(kuò)大甘蔗渣摻燒比例。

（2）摻燒混料管理工作不細(xì)致，甘蔗渣摻配、混料均勻性不夠，料倉偶爾出現(xiàn)甘蔗渣分層現(xiàn)象，大量甘蔗渣短時(shí)間集中進(jìn)入鍋爐引起過熱器粘灰結(jié)焦，低過壓差上升過快。

（3）運(yùn)行人員對(duì)摻燃甘蔗渣的燃料調(diào)整經(jīng)驗(yàn)總結(jié)不夠，甘蔗渣屬于季節(jié)性燃料[3]，不利于運(yùn)行人員長(zhǎng)期摸索總結(jié)甘蔗渣燃燒調(diào)整經(jīng)驗(yàn)，未能形成成熟的針對(duì)甘蔗渣的調(diào)整經(jīng)驗(yàn)。

（4）沒有甘蔗渣燃燒特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)，按照日?？刂频拇矞?、排煙溫度、氧量對(duì)大量摻燒甘蔗渣的工況進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)出現(xiàn)結(jié)焦造成冷渣器堵塞、排煙溫度升高等情況時(shí)，未引起警覺和重視，未能及時(shí)采取正確的應(yīng)對(duì)措施。

（5）一、二次風(fēng)量搭配不夠科學(xué)合理，參數(shù)控制不到位，未能通過風(fēng)量調(diào)整控制床溫及爐膛出口煙溫等參數(shù)在理想范圍內(nèi)。

（6）兩臺(tái)機(jī)組技改后燃燒特性發(fā)生變化，床溫普遍增高，對(duì)于甘蔗渣摻燒有一定影響。

（7）配燒甘蔗渣時(shí)，大量打包甘蔗渣用的繩索沒有有效清理，導(dǎo)致纏繞給料設(shè)備引起的給料系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行異常情況較多，對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性有明顯影響。

4? ? 甘蔗渣配燒經(jīng)驗(yàn)及優(yōu)化建議

4.1? ? 甘蔗渣配燒經(jīng)驗(yàn)

甘蔗渣呈碎末狀，水分較高（濕），密度較輕，燃燒穩(wěn)定性差，比較耗氧，集中進(jìn)入高溫爐膛瞬間鍋爐正負(fù)壓波動(dòng)快速頻繁，燃燒容易后移;燃燒溫度稍高時(shí)容易結(jié)塊甚至結(jié)焦，粘黏受熱面，堵塞通流面;環(huán)保參數(shù)容易波動(dòng);包裝繩索容易纏繞，導(dǎo)致給料系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行異常，影響下料穩(wěn)定性等。

4.2? ? 優(yōu)化建議

（1）甘蔗渣配燒比例：取決于所用甘蔗渣本身品質(zhì)（水分和熱值的高低，是否淋過雨）以及與什么燃料配燒，建議在保證合理的樹皮配燒量前提下，甘蔗渣盡量與木邊皮、干碎樹頭這些穩(wěn)定性較好的木質(zhì)類干料摻配使用，通過合理搭配使混配后入爐燃料整體水分穩(wěn)定在45%～50%，熱值穩(wěn)定在2 000～2 300 kJ/kg。

（2）混料必須做到24 h混合充分均勻，杜絕和避免短時(shí)間內(nèi)大量甘蔗渣進(jìn)入爐膛的不穩(wěn)定行為，建議在料場(chǎng)混料、上配料口區(qū)域加裝高清攝像頭，以實(shí)現(xiàn)錄像功能，同時(shí)聯(lián)網(wǎng)至值長(zhǎng)電腦及運(yùn)行部管理人員電腦，實(shí)現(xiàn)24 h實(shí)時(shí)監(jiān)控混料、上配料操作，出現(xiàn)問題時(shí)能通過錄像回放查找具體原因。

（3）機(jī)組剛啟動(dòng)期間沒有完全恢復(fù)外循環(huán)正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，不能急于配燒甘蔗渣燃料，建議帶滿負(fù)荷運(yùn)行72 h后才開始配燒。

（4）配燒甘蔗渣期間，嚴(yán)格按照部門要求控制氧量參數(shù)符合規(guī)定要求，嚴(yán)格控制鍋爐燃燒各溫度參數(shù)在規(guī)程規(guī)定范圍，建議主要參數(shù)控制為床溫最高不超過880 ℃，控制爐膛出口煙溫及返料器溫度不超過800 ℃，低過入口煙溫不超過680 ℃。參數(shù)超過以上范圍應(yīng)降負(fù)荷控制，并暫停配燒甘蔗渣。

（5）配燒甘蔗渣期間，建議保持爐膛床壓在9.0 kPa以上運(yùn)行，采取加大一次風(fēng)量（8.5～9.5萬m3/h），適當(dāng)節(jié)流二次風(fēng)門以降低二次風(fēng)量、提高二次風(fēng)壓的措施，使二次風(fēng)穿透性更強(qiáng)[4]，輔助控制燃燒達(dá)到較理想的床溫運(yùn)行。

（6）配燒甘蔗渣期間，建議每天置換一定的新床料，保持鍋爐床料有效性，在機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行（60天）后期，結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐流化態(tài)會(huì)逐步變差的特性，應(yīng)考慮減少甘蔗渣配燒量，維持整體燃燒穩(wěn)定性。

（7）配燒甘蔗渣期間，要始終對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的變化過程進(jìn)行分析，主要參數(shù)發(fā)生變化時(shí)要有警惕性，及時(shí)開展參數(shù)追蹤并分析清楚具體原因，及時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施。

（8）配燒甘蔗渣期間，出現(xiàn)低過壓差上升過快、過熱器溫度偏差增大或排煙溫度異常升高等情況時(shí)，建議適當(dāng)增加低過區(qū)域、高過區(qū)域吹灰次數(shù)，采取以上對(duì)應(yīng)措施仍然無法維持正常工況運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該停止配燒，結(jié)合運(yùn)行實(shí)際參數(shù)變化情況進(jìn)行專業(yè)分析，找出更好的配燒辦法后再繼續(xù)配燒。

（9）打包甘蔗渣所用的繩索必須采取有效措施盡量清理干凈，避免繩索纏繞給料設(shè)備引起給料頻繁異常。

5? ? 結(jié)語

入爐甘蔗渣的形狀、水分、密度、摻燒比例和混料是否均勻等都對(duì)鍋爐的床溫床壓、飛灰含量等有很大影響，因此在配燒甘蔗渣期間，要始終對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的變化過程進(jìn)行分析，并根據(jù)這些重要參數(shù)的變化做出相應(yīng)的運(yùn)行方式及混料方式的調(diào)整。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 檀勤良，潘昕昕，王瑞武，等.生物質(zhì)發(fā)電燃料供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)模式研究[M].北京：中國經(jīng)濟(jì)出版社，2017.

[2] 劉德昌，陳漢平，張世紅，等.循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行及事故處理[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3] 蘇余寧，伍征團(tuán)，余春江.75 t/h生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)帽沉積特性研究[J].熱力發(fā)電，2014，43（12）：77-81.

[4] 江姍姍.一種提高生物質(zhì)鍋爐效率的節(jié)能技術(shù)改造[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016（15）：121-122.

收稿日期：2021-12-28

作者簡(jiǎn)介：黃偉杰（1986—），男，廣東高州人，電力運(yùn)行工程師，研究方向：電力運(yùn)行。