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节能与改造 7 5 t ／ h燃煤锅炉成功转变为全燃生物质锅炉 文章编号 1 0 0 4 ． 8 7 7 4 2 0 1 1 0 5 ． 2 5 - 0 5 7 5 t ／ h燃煤锅炉成功转变 为全燃生物质锅炉 杨 华 宝应协鑫物质发电有限公司 ， 宝应 2 2 5 8 0 0 Re n o v a t i n g On e 7 5 t ／ h Co a l - fir e d Bo i l e r t o Bi o ma s s ． fir e d Bo i l e r YANG Hu a B a o y i n g Xi e x i n B i o ma s s E l e c t r i c p o w e r G e n e r a t i o n C o ．L t d ， B a o y i n g 2 2 5 8 0 0 ， C h i n a 摘 要 介绍一例循环流化床燃煤锅炉从掺烧 3 0 ％生物质到掺烧 8 0 ％生物质到最终改造 为全燃生物质锅炉的过程和主要改造内容， 对燃煤锅炉全燃生物质改造取得的成功经验和存在 的不足进行了认真的分析并且进行了完善。 关键词 循环流化床锅炉 ； 生物质； 掺烧； 混燃 ； 全燃； 改造 中图分类号 T K 2 2 9 ． 6 ； T K 2 2 9 ． 9 1 文献标识码 B 0 前言 近年来由于煤炭价格的飞涨， 以及国家加大了 节能减排 的力度 ， 对于燃煤热电厂严格按照 以热定 电的原则分配上网电量计划， 使很多热负荷不足的 电厂严重 出力不足 ， 经营连续亏损 ， 各热 电厂纷纷寻 找新的出路 。宝应协 鑫生物质发 电有 限公 司是 于 2 0 0 5年 4月投产的小热 电联产企业 ， 由于投产 以后 热负荷始终停 留在 l 5～ 2 0万 t ／ a ， 供热量偏低 ， 一直 受上网电量偏低的限制， 公司的经济效益较差 。近 年宝应协鑫公司通过对锅炉进行系列 的生物质改造 工程 ， 渡过 了一般小热电企业最困难的阶段 ， 实现公 作 者 简 介 杨 华 1 9 7 6一 ， 汉族 ， 江 苏扬州人， 宝应协鑫 生物质发 电有 限公 司副 总 经理 ， 工 程 师， 国家 一 级 建 造 师、 投 资 项 目管 理 师， 主要从事生物质 发电生产管理工作。 司转型和可持续发展 的目标。 1概况 宝应协鑫公 司安装 的 1 、 2 炉是济南某锅炉厂 设计开发的新一代高效、 低污染燃用煤泥、 矸石、 秸 秆混合燃料 的 7 5 t ／ h循环 流化床锅 炉。该锅炉为 自然循环水管锅炉 ， 采用 由蜗壳式旋风分离器组成 的循环燃烧系统 ， 炉膛为膜式水冷壁结构 ， 过热器分 高 、 低二级过热器， 中间设 喷水减温器， 尾部设二级 省煤器和一二次风预热器。表 1为锅炉主要设计参 数。锅炉设计燃料特性 煤泥 煤 如表 2 。 表 1 锅炉主要设计参数 燃煤 收稿 日期 2 0 1 1 -09 - 0 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 工业锅炉 2 0 1 1年第 5期 总第 1 2 9期 2 1 、 2 燃煤锅炉改造成全燃生物质锅炉的 步骤及主要内容 2 ． 1 2 0 0 6年 1 、 2 炉掺烧 3 O ％生物质技改 为了充分利用当地丰富的稻壳资源和锅炉设计 时可掺烧生物质的特点， 降低燃料成本， 增加企业经 济效益， 宝应公司于 2 0 0 5年 l O月至 2 0 0 6年 3月对 循环流化床锅炉进行 了掺烧生物质技改 。 本次技改锅炉本体未做任何改动， 主要是在 1 、 2 锅炉中间新上了一套生物质刮板输送 系统 如图 1 ， 所有生物质燃料均采用单 独输送、 直接 掺烧方 式 ， 即生物质入厂后经单独的输送系统输送 到炉前 ， 在输送风的作用下 由落煤管处送人炉膛进行燃烧 ， 该系统单炉掺烧稻壳达到 6 t／ h左右， 掺烧能力达 3 0 ％左右。生物质燃料特性如表 3 。 表 3 生物质燃料特性 图 1 1 、 2 锅炉掺烧 3 0 ％生物质上料系统 1 、 2 炉掺烧 3 0 ％生物质后 ， 锅炉 的负荷 、 热效 率及锅炉过热器、 省煤器等结灰 、 腐蚀基本没有任何 影响， 同时减少烟气二氧化硫的排放 。 2 ． 2 2 0 0 7年 1 、 2 锅炉掺烧 8 O ％生物质技改 为了使公司满足享受 国家对生物质发电电价补 贴政策的要求 ， 2 0 0 7年公 司新装一 台秸秆直燃锅炉 并将 已投运的 1 、 2 7 5 t ／ h燃煤循环流化床锅 炉改 造为掺烧 8 0 ％以上生物质的混燃锅炉， 从而使公司 由燃煤热电厂转变为生物质电厂。 1 1 、 2 锅炉掺烧 8 0 ％生物质改造 的主要 内 容 ①新增加二套生物质上料皮带， 可同 。时对 1 、 2 锅炉进行上料 ； ②在 1 、 2 锅炉煤仓南侧新建一座生物质料仓， 并在仓内布置一级给料机 ， 以便将生物质进行分配 ； 将原煤仓中间下煤 口封闭并且安装一 台二级给料 机 ； 拆除 】 1 I T I 标高层 的 2 给煤机并且安装一 台三 级螺旋给料机 如图2 ； 生 物 质料 仓 蝴给 料机 原煤仓 图2 掺烧 8 0 ％生物质炉前系统改造图 ③对炉本体秸秆进料口进行改造。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 节能与改造 7 5 t ／ h燃煤锅炉成功转变为全燃生物质锅炉 2 7 2 改造后运行情况 1 、 2 锅炉正 常运行 时的燃 料主要是高热值 的 神华煤炭 5 5 0 0 k c a l ／ k g 、 稻壳 3 0 0 0 k c a l ／ k g 、 棉 花杆、 树 皮 、 碎 杂 木 2 5 0 0 k c a l ／ k g 、 黄 色 秸 秆 2 5 0 0 k c a L ／ k g ， 人炉生物质质量较好 ， 人炉燃料水 分3 0 ％左右， 平均热值 3 3 0 0 k c a l／ k g 左右， 与设计 人炉燃料 的热值偏差不大 ， 锅炉平均负荷能够维持 在 7 0 t ／ h左 右 ， 所 以对锅炉负荷及锅炉热效率影响 均不大 ， 锅炉结灰和腐蚀的影响相对较小 。 2 ． 3 2 0 0 9年对 1 、 2 锅炉实施全燃生物质技改 根据国家政策规定混燃发电不能享受生物质发 电的各项优惠政策 ， 影响了公司的经济效益 ， 公司于 2 0 0 9年 6～ 8月又实施 了 1 、 2 锅 炉全燃生物质技 术改造。 1 1 、 2 锅炉全燃改造的主要 内容 见 图 3 图 3 炉前 给料 系统改造不意 图 ①拆除原炉前上煤系统 ， 包括拆除原煤仓 、 给煤 机等 ； ②新增生物质给料系统， 包括生物质料仓、 一级 螺旋卸料机 、 二级输料皮带 以及三级双螺旋 给料机 等 ； ③锅炉本体新增 2个生物 质给料 口， 封 闭原 3 个给煤 口； 增加吹灰器 、 防爆门、 罗茨风机、 返料风机 等 ； ④电除尘器前增加旋风分离器、 仓泵、 灰管等； ⑤改造控制系统， 包括监控系统和控制系统 D C S升级等。 2 改造后运行情况 7 5 t ／ h燃煤锅炉实施全燃技改后 ， 由于燃料 的 特性发生了巨大的变化 ， 再加上近年新上生物质 电 厂较多， 造成生物质资源紧张， 生物质质量下降， 入 炉燃料的平均水分在 4 0 ％左右 ， 平均热值 约 2 0 0 0 k c a L ／ k g 。入炉燃料与设计值偏差过大 ， 带负荷能力 仅为 4 0～ 4 5 t ／ h ， 负荷率严重偏低 ， 并且出现炉床超 温结焦 、 返料器频 繁结焦堵灰、 过热器磨损、 腐蚀等 问题 ， 锅炉运行的稳定性、 经济性相对变差 ， 全燃改 造后锅炉最长运行记录 2 0 1 0年上半年仅 为 1 5天， 连续运行周期短 ， 严重制约公司安全经济稳定运行。 3 全燃生物质后锅炉存在 的主要问题及原 因分析 3 ． 1 全燃后入炉燃料特性与设计燃料相 比变化较 大 1 人炉燃料 由设计热值 3 7 2 2 k c a L ／ k g 、 水分 1 5 ． 8 1 ％ 的 煤 和 煤 泥 变 为 了平 均 热 值 约 2 0 0 0 k c a L ／ k g 、 平均水分 4 | D ％左右的生物质 ， 入炉热值下降 了 4 6 ． 3 ％， 水分增加了 1 5 3 ％。由于原锅炉的热容积 偏小， 全燃生物质后， 在锅炉带高负荷时， 容易造成炉 膛床温升高、 返料器超温等 ， 制约锅炉负荷提升。 2 设计人炉煤 和煤泥混合燃料的挥发分大约 为 2 2 ％ ， 而生物质挥发分 为 6 0 ％左右 ， 并且生物质 相对较轻 ， 人炉后往炉膛上部飘移较快 ， 全燃生物质 后炉膛火焰的中心向上转移 。 3 设计锅炉返料器 和中性筒 等循 环倍 率时， 灰分按煤和煤泥混合燃料 3 1 ． 5 ％计算 ， 然而生物质 的灰分为 2 ％ 一1 3 ％ ， 远 小于煤 和煤 泥混合燃料 的 灰分 ， 并且灰较细 ， 生物质中可作为循环物料的灰分 较少 ， 全燃 生 物质 后 炉膛 差压 由燃 煤 时 的 8 0 0～ 1 0 0 0 P a 降到了 0～6 0 P a ， 使返料器中的物料无法 带到炉膛 ， 造成返料器超温。 4 燃煤的灰熔点大约为 1 1 0 0～1 2 0 0 q c； 黄 色生物质灰熔点约为 9 0 0～ 9 5 0℃。生物质灰熔点 低 ， 床温和返料器温度超过 9 0 0 o C时就容易造成床 料和返料灰结焦。 3 ． 2 燃料质量的差异给锅炉负荷提升造成 了一定 的影响 1 2 0 1 0年实际使用生物质种类如表 4 ， 实际 收购的生物质的水分远超表 3中的水分 ， 人炉燃料 的热值远低于表 3中的热值。 2 燃煤的颗粒度、 热值相对较一致， 锅炉运行 较稳定 ， 负荷波动也很小 ， 而生物质由于加工得长短 不一， 水分变化较大， 杂质较多， 使锅炉上料系统及 炉前系统绞龙及皮带机落料腿等处容易堵料以及上 料不均， 容易造成锅炉负荷波动 1 0 1 5 t／ h ， 影响 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 工业锅炉 2 0 1 1年第 5期 总第 1 2 9期 注 现场扣杂为生物质进厂后， 在卸货验收过程中， 验收人员根据生物质中人为添加或其它原因进入的石子、 泥土等杂质的数 量 或 比例 ， 现场扣罚 的重量 。 3 ． 3 全燃生物质后锅炉辅机对运行的影响 1 引风机风压偏低 ， 制约一次 、 二次风量 。 ‘ 全燃生物质技改时， 为保证烟尘达标排放 ， 在 电 除尘器前增加旋风分离器 ， 使烟道阻力增加 了 8 0 0 P a 左右 ， 造成原引风机的风压不够 ， 负荷增加到 4 5 t ／ h以上时 ， 为 了防止床温和返料温度超 温造成结 焦 ， 增加一二次风量 ， 将会造成锅炉 冒正压 ， 影 响安 全运行 。 2 二次风补给的位置不符合全燃生物质燃烧 的要求。 燃煤时 的二次风布置在锅炉的底层三排 ， 技改 时未做调整。全燃生物质后锅炉燃烧中心由燃煤时 炉膛底部移到了炉膛的中上部， 床层处保证床料流 化的一次风量基本 足够 炉膛底 部生物质燃烧需 氧 量 ， 所 以密相区床层处 的二次风 的补充反而变成多 余 ， 然而炉膛 的中上部 因为无二次 风补充 ， 变得缺 氧 ， 造成大量未燃尽的生物质在返料器 、 过热器处燃 烧而超温 ， 现有 二次风 补给 不符合 燃料 对二次 风 氧量 补给的位置要求 。 3 高温过热器和省煤器结灰严 重， 增加 了烟 道阻力 。 全燃生物质过程中， 在高温过热器和低温过热 器等部位容易黏附灰色的黏稠或熔融状沉淀物 ， 管 束上表面沉淀物相对松软 ， 但紧贴管壁上有时存在 着坚硬 、 难溶的磷酸盐结垢 ， 并且易造成垢下腐蚀。 省煤器处结灰严重 ， 原省煤器为鳍片管 、 错列 布置 ， 结灰不容易清除， 运行大半年后， 使省煤器前后压差 由燃煤 和混燃 时的 2 5 0～ 3 0 0 P a增大到 8 0 0～9 0 0 P a ， 影响炉膛压力和一二次总风量。 4 全燃生物质后锅炉改进措施 4 ． 1 调整 1 、 2 锅炉二次风补给位置 为了达到在锅炉炉膛中后部有效补氧助燃和尽 可能地将生物质压制在炉膛下部燃烧减少后燃 ， 控 制返料器不超温的 目的 ， 对原二次风 的补给位置重 新进行了调整 。在 1 1 m标高处两个新增生物质给 料 口上方 1 ． 5 m和2 ． 5 m标高处的前墙和后墙各 自 增加两个二次风 口， 并且后墙二次风 口的位置 比前 墙的二次风 口高 1 m左 右 见图 4 ， 起到用二次风 将人炉生物质尽可能向炉膛下方压制 ， 减缓生物质 及其挥发分向上移动的速度 ， 使生物质在炉膛 内停 留时间变长 ， 并尽可能燃尽的作用； 对于原来三排二 次风最下两排进行了封 闭， 第三排二次风根据运行 参数变化可适当调整。二次风 口改造后 ， 使返料器 温度下降近 3 O℃ ， 降低排烟温度 6～ 7 o C， 提高了锅 炉带负荷能力 ， 有利于实现锅炉长期稳定运行。 新增二次风 1 1 米位置新增生物质给料 原设计三排二 图 4二次风补给位置改造不意图 4 ． 2调整优化 1 、 2 锅炉燃烧 由于生物质燃料与煤的特性上的差异 ， 锅炉炉 膛火焰中心的变化 ， 使锅炉运行在燃烧调整时对一 次风与二次风的配比有 了较大的不 同， 在燃煤情况 下 ， 一次风与二次风的配 比为 6 4 ， 而燃烧生物质时 理论上为 4 6的关系 ， 由于引风机风量的影响， 在实 际运行调整 中要求一次风保证床料 的流化 即可， 二 次风尽可能保证燃尽。通过优化一次风与二次风的 配比， 生物质的后燃情况及燃尽情况大为好转 ， 燃烧 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 节能与改造 7 5 t ／ h燃煤锅炉成功转变为全燃生物质锅炉 后大渣 、 飞灰可燃物明显下降。 4 ． 3 加长 1 锅炉引风机叶轮 ， 提高引风机压头 由于电除尘器前增加旋风分离器 ， 使阻力增加 了 8 0 0 P a 左右 ， 造成原引风机 的风压不够。引风机 额定电流为 3 8 A， 全燃 生物质后 引风机 电流为 2 8 A， 实际使用未达到额定值 ， 可 以通过增加引风机叶 轮长度来提高压头。公司请风机厂重新设计了引风 机叶轮 ， 叶轮加长 了 5～ 6 c n l ， 引风机压头增加 6 0 0 P a 左右 ， 运行 电流为 3 3 A， 初步解决 了引风风压不 够制约一二次总风量的问题 ， 减少炉膛正压运行 。 4 ． 4 加装返料器吹灰装置 由于生物质后燃 ， 返料器返料灰量少 ， 热量不易 带走 ， 返料器超温使生物质灰变形 ， 并且在返料器锥 部慢慢结焦 ， 减小并最终堵死返料灰的返回通道 ， 造 成返料器堵塞。为了解决返料频繁堵灰造成停炉问 题， 在二次风补给位置和燃烧调整上进行攻关， 降低 返料器的温度 ， 防止返料器壁慢慢挂焦 ， 同时在返料 器锥部安装 了吹灰装置 ， 利用压缩空气 每班定期 吹 扫 ， 在返料器壁挂焦的初期将焦块吹掉 ， 从而大大减 缓 了返料器挂焦的速度 ， 基本解决 了返料器频繁堵 灰的问题 如图 5 。 图 5 返料器挂焦及喷吹不意 图 4 ． 5 更换锅炉分离器中心筒， 提高返料器分离效率 生物质 的灰分较少 ， 而循环物料 的多少对床层 温度和返料器的温度影响非常大 ， 故返料 器分离效 率成为锅炉负荷能力的重要影响因素 。为了提高返 料器分离效率 ， 将使用多年的锅炉分离器 中心筒更 换 ， 增加循环物料捕捉能力 ， 提高炉膛差压。 4 ． 6 增大锅炉排渣管 生物质加工过程中， 人为加入的石子、 砖块等杂 质也对循环流化床料 的流化 和放 渣造成很 大 的影 响。如果排渣管规格 由 1 5 9改为 2 1 9 ， 排渣难问 题基本解决。 5 锅炉改进后运行效果 通过 2 0 1 0年上半年攻关和锅炉完善 ，1 、 2 锅 炉全燃改造后带负荷能力 已从原4 0～ 4 5 t ／ h提高到 现在 5 0～ 5 5 t ／ h ， 每月的上网电量也 由上半年 1 1 5 0 万千瓦时／ 月， 增加到下半年的 1 4 5 0万千瓦时／ 月； 锅炉全燃改造后最长运行记录 由上半年 的 1 5天增 加到下半年连续运行 6 4天 ， 锅炉的稳定性和经济性 大大提高 。 6 需要继续攻关和关注 的问题 1 力争将锅炉 负荷 提高到 6 0 t ／ h ， 主要措施 如 加强收购生物质质量的管控 ； 研究优化不同品种 生物质燃料的配比； 研究锅炉辅机 引风机等 的重 新选型和改造 ， 提高风量调整的选择幅度 ； 进一步优 化燃烧调整等， 提高锅炉的负荷率 ； 料仓带料运行 ， 提高锅炉负荷的稳定性。 2 总结锅炉全燃 生物质过程 中， 受热面结灰、 腐蚀的规律和特点 ， 完善减缓其结灰 、 腐蚀和防止堵 灰方面的措施。 3 高低 温过热器 、 省煤器和空气预热器腐蚀 后 ， 将面临材质改型和结构型式的调整 ， 在调整过程 中应重视过热器、 省煤器等换型时在防止腐蚀、 堵灰 与保证不减少受热面积两个方面的平衡。 7 结论 宝应协鑫公司通过 2 0 0 6年掺烧煤 泥、 2 0 0 6年 掺烧生物质 、 2 0 0 7年新建秸秆直燃锅炉和燃煤循环 流化床锅炉掺烧 8 0 ％以上 的生物质技改工程 ， 将公 司由煤泥综合利用成功转型为生物质综合利用； 再 到 2 0 0 9年将 1 、 2 循环流化床混燃锅炉 掺烧 8 0 ％ 以上生物质 改造 为全燃生物质锅炉 ， 实现公司 由 混燃生物质发电企 业转型为全燃生物质 发电企 业 等 ， 改变 了公司供热量小、 上 网电量低 的状况 ， 增加 了企业效益 ， 减少 了亏损 ， 实现 了公 司的可持续发 展。全燃生物质改造的探索为我国燃煤小热电走出 困境 ， 探寻了一条崭新的道路 ； 也为我国生物质发电 技术的研究做 出了贡献。实践证 明， 宝应协鑫公司 7 5 t ／ h燃煤锅炉全燃生物质改造是成功的。 参考文献 [ 1 ] 邢秀云， 冯俊仁， 孙淑英 ， 等．稻秸秆、 芦苇、 棉花杆、 树 皮、 稻壳生物质检测报告[ R] ．北京 国家煤炭质量监 督 检测 中心 ， 2 0 0 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m