130 t/h直燃生物質(zhì)高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行優(yōu)化

生物質(zhì)是繼煤、石油、天然氣之后的第四大能源物質(zhì)。中國(guó)的生物質(zhì)資源豐富，利用潛力巨大。中國(guó)可轉(zhuǎn)換的生物質(zhì)儲(chǔ)能約4.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，目前只利用2 200萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，具有95%的轉(zhuǎn)換利用潛能。生物質(zhì)能將有機(jī)廢棄物作為原料，能夠兼顧供應(yīng)清潔能源、實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理和應(yīng)對(duì)氣候變化等要求，實(shí)現(xiàn)CO2零排放目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的重要手段之一。生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)作為生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的主要手段之一，對(duì)原料的要求較低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資和運(yùn)行成本低，在國(guó)家生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。循環(huán)流化床(Circulating Fluidized Bed，CFB)燃燒技術(shù)具有燃料適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣、污染物（NO x ，SO 2 等）排放量低等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)生物質(zhì)燃料的復(fù)雜性和多樣性，有效控制生物質(zhì)燃燒生成污染物的排放，有利于大規(guī)模開(kāi)發(fā)生物質(zhì)資源。國(guó)內(nèi)外許多研究學(xué)者針對(duì)循環(huán)流化床生物質(zhì)直燃技術(shù)開(kāi)展了深入的研究，相關(guān)鍋爐廠積極開(kāi)展了生物質(zhì)CFB鍋爐的研發(fā)設(shè)計(jì)工作。以東方鍋爐開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的130 t/h直燃生物質(zhì)高溫超高壓CFB鍋爐為例，對(duì)直燃生物質(zhì)CFB鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題展開(kāi)分析，從燃料、設(shè)備、運(yùn)行等多方面提出解決措施。

1 鍋爐概述

130 t/h高溫超高壓生物質(zhì)CFB鍋爐（DG130/13.8- Ⅴ 3）采用單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架結(jié)構(gòu)，高溫冷卻式旋風(fēng)分離設(shè)計(jì)。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

鍋爐的設(shè)計(jì)燃料為60%玉米秸稈+25%糠醛渣+15%模板碎料。設(shè)計(jì)燃料成分分析如表2所示。

鍋爐爐膛采用全膜式壁結(jié)構(gòu)，四周水冷壁采用光管，水冷蒸發(fā)屏采用膜式管屏，有效避免爐膛內(nèi)高濃度灰的磨損。中溫過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、高溫再熱器被布置于爐膛上部，通過(guò)爐內(nèi)高濃度物料循環(huán)產(chǎn)生自清灰能力，有效避免受熱面玷污腐蝕。給料口被布置于前墻水冷壁下部收縮段，沿寬度方向均勻布置，爐膛壓力平衡點(diǎn)位于給料口區(qū)域，以防煙氣反竄。排渣口被布置于前墻區(qū)域，布風(fēng)板參考前低后高原則傾斜布置，保證底渣和生物質(zhì)燃料帶入爐內(nèi)的雜物可及時(shí)排出。爐膛與尾部豎井之間布置2臺(tái)冷卻式旋風(fēng)分離器，下部各布置1臺(tái)U閥回料器，保證了沿爐膛寬度方向上回料的均勻性。尾部高煙溫區(qū)域采用大節(jié)距的水冷管束以快速降低，使其低于等尾部受熱面入口煙溫，防止尾部受熱面玷污腐蝕。

2 循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行問(wèn)題與解決措施

2.1 運(yùn)行床溫偏低

鍋爐設(shè)計(jì)床溫792 ℃，啟動(dòng)運(yùn)行后床溫偏低，爐內(nèi)燃燒不充分，飛灰可燃物含量偏高。

2.1.1 原因分析

通過(guò)分析入爐燃料特性和鍋爐運(yùn)行特性發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)入爐燃料與設(shè)計(jì)燃料的參數(shù)具有較大偏差，設(shè)計(jì)燃料灰分8.6%，入爐燃料灰分30%~50%。入爐燃料的灰土含量高、粒徑細(xì)、難排除、可分離，隨著鍋爐運(yùn)行在爐內(nèi)不斷循環(huán)累積，使?fàn)t內(nèi)灰濃度不斷升高，循環(huán)倍率偏離設(shè)計(jì)值，從而導(dǎo)致運(yùn)行床溫低，爐內(nèi)燃燒不充分。

2.1.2 解決措施

改善入爐燃料的品質(zhì)，控制入爐燃料的灰分；加裝冷灰器，改造回料器，通過(guò)回料器持續(xù)放灰控制爐內(nèi)灰濃度。

2.2 給料不穩(wěn)定

項(xiàng)目的生物質(zhì)給料系統(tǒng)采用三級(jí)螺旋給料，分別為承載螺旋、一級(jí)螺旋、二級(jí)無(wú)軸螺旋。給料系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行后存在承載效果差、承載前端塌料、兩側(cè)無(wú)料現(xiàn)象，引發(fā)中部一級(jí)給料卡澀，外側(cè)一級(jí)給料空轉(zhuǎn)等問(wèn)題。

2.2.1 原因分析

（1）生物質(zhì)燃料中夾雜石頭、磚塊、鐵絲、鐵釘?shù)?span style="letter-spacing: 0.034em;">大塊雜質(zhì)，容易導(dǎo)致一級(jí)螺旋給料卡澀。

（2）給料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在缺陷。項(xiàng)目給料系統(tǒng)的落料口正對(duì)承載螺旋中部，承載螺旋間距偏大，物料容易塌入中部一級(jí)給料；承載螺旋兩側(cè)螺旋葉片缺失，導(dǎo)致物料橫向分配不均，出現(xiàn)兩側(cè)空料現(xiàn)象；靠爐側(cè)一級(jí)料倉(cāng)設(shè)計(jì)尺寸偏小，易聚集石塊、磚頭、鐵絲等雜質(zhì)，卡澀一級(jí)螺旋。

2.2.2 解決措施

加強(qiáng)燃料前處理工藝，調(diào)整除鐵器角度，改善入爐燃料質(zhì)量。改造給料系統(tǒng)，落料口加裝導(dǎo)向，確保左右側(cè)料倉(cāng)內(nèi)均勻進(jìn)料；承載螺旋兩端加裝螺旋葉片或撥齒，強(qiáng)化承載螺旋承載及勻料作用；爐側(cè)一級(jí)料倉(cāng)擴(kuò)容，給料與密封系統(tǒng)在改造前后的結(jié)構(gòu)改造前后示意圖如圖1所示。優(yōu)化運(yùn)行方式，加裝攝像輔助控制料倉(cāng)進(jìn)料量，優(yōu)化承載螺旋定期啟停邏輯。

2.3 煙氣反竄

為了提高鍋爐運(yùn)行可靠性，針對(duì)生物質(zhì)燃料特性，設(shè)計(jì)時(shí)將鍋爐壓力平衡點(diǎn)降低至給料口區(qū)域，爐膛出口負(fù)壓為-950~-700 Pa，協(xié)助給料密封系統(tǒng)對(duì)爐內(nèi)高溫?zé)煔庑纬?/span>密封。實(shí)際運(yùn)行的給料口區(qū)域背壓為1 000~3 000 Pa，給料系統(tǒng)密封性較差，頻繁出現(xiàn)煙氣反竄現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致二級(jí)料倉(cāng)內(nèi)的生物質(zhì)燃料著火。

2.3.1 原因分析

（1）生物質(zhì)入爐燃料的參數(shù)偏離設(shè)計(jì)燃料，灰分含量過(guò)高導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)爐灰濃度過(guò)高，致使給料口區(qū)域背壓偏離設(shè)計(jì)，難以徹底密封。

（2） 給料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在缺陷，導(dǎo)致給料不穩(wěn)定，一級(jí)給料難以均勻填充，承載螺旋的承載效果差，料倉(cāng)內(nèi)難以堆積合理的料層高度，燃料形成物料密封，兩側(cè)給料易出現(xiàn)空轉(zhuǎn)形成煙氣通路。

（3）給料密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，密封風(fēng)設(shè)計(jì)余量不足，密封效果差。

（4）運(yùn)行方式不合理。啟動(dòng)試運(yùn)初期觀察進(jìn)料情況，打開(kāi)二級(jí)料倉(cāng)上部人孔門(mén)，二級(jí)螺旋給料設(shè)計(jì)工頻轉(zhuǎn)動(dòng)滿足各負(fù)荷進(jìn)料量，正常運(yùn)行時(shí)無(wú)料封作用，人孔門(mén)打開(kāi)易形成煙氣通路。

2.3.2 解決措施

（1）強(qiáng)化燃料的采購(gòu)管理，提高燃料品質(zhì)；加強(qiáng)燃料前處理工藝，控制入爐燃料的灰分、雜質(zhì)含量。

（2） 優(yōu)化改造給料系統(tǒng)，保證系統(tǒng)均勻穩(wěn)定給料，形成良好的物料密封條件。

（3）優(yōu)化改造密封風(fēng)系統(tǒng)，核算密封風(fēng)量，加裝密封風(fēng)機(jī)，提高密封風(fēng)量，并優(yōu)化改造密封風(fēng)的結(jié)構(gòu)布置，強(qiáng)化密封風(fēng)系統(tǒng)密封效果。

（4）加裝冷灰器，通過(guò)回料器放灰控制爐內(nèi)灰濃度，爐膛出口運(yùn)行負(fù)壓參照設(shè)計(jì)值 （-950~-700 Pa） 調(diào)節(jié)，以控制給料口背壓為設(shè)計(jì)微負(fù)壓狀態(tài)。

（5）優(yōu)化改造控制系統(tǒng)，二級(jí)料倉(cāng)加裝溫度監(jiān)測(cè)裝置，優(yōu)化防火門(mén)連跳和噴淋系統(tǒng)連跳邏輯。

（6） 運(yùn)行方式優(yōu)化，通過(guò)攝像輔助監(jiān)控料倉(cāng)物料，保證承載螺旋上方堆積物料的連續(xù)穩(wěn)定，優(yōu)化承載螺旋啟停邏輯，與一級(jí)螺旋給料形成良好銜接，多級(jí)給料協(xié)同形成良好的物料密封條件。

3 優(yōu)化改造效果分析

3.1 運(yùn)行床溫

項(xiàng)目針對(duì)試驗(yàn)期間出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題，采取措施進(jìn)行系統(tǒng)改造與運(yùn)行優(yōu)化，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性得到明顯改善，經(jīng)濟(jì)性大幅提升，鍋爐在各負(fù)荷條件下均能夠穩(wěn)定運(yùn)行，蒸汽參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，鍋爐的運(yùn)行床溫和各級(jí)受熱面運(yùn)行煙溫與設(shè)計(jì)值較吻合。額定工況下鍋爐優(yōu)化改造后實(shí)際運(yùn)行煙溫與設(shè)計(jì)值對(duì)比如圖2所示。

3.2 給料與密封系統(tǒng)

針對(duì)給料系統(tǒng)卡澀問(wèn)題，通過(guò)加強(qiáng)燃料前處理工藝改善入爐燃料品質(zhì)，同時(shí)改造升級(jí)給料系統(tǒng)及優(yōu)化運(yùn)行方式。優(yōu)化后的給料系統(tǒng)在不同負(fù)荷下均能夠滿足各種燃料的穩(wěn)定、順暢給料。針對(duì)煙氣反竄問(wèn)題，通過(guò)穩(wěn)定給料建立良好的物料密封，優(yōu)化改造密封系統(tǒng)，強(qiáng)化密封效果，同時(shí)通過(guò)實(shí)施給料口被壓控制協(xié)助密封和運(yùn)行方式優(yōu)化等措施，給料密封效果的改善較明顯，一級(jí)料倉(cāng)監(jiān)控畫(huà)面清晰可見(jiàn)，二級(jí)料倉(cāng)監(jiān)測(cè)溫度低于50 ℃。

3.3 鍋爐效率

機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行后，項(xiàng)目邀請(qǐng)第三方對(duì)鍋爐進(jìn)行熱工性能測(cè)試?？己斯r鍋爐的熱損失及增益計(jì)算如表3所示?？己斯r鍋爐熱效率 91.90%，優(yōu)于性能保證效率91.20%，鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異。

4 結(jié)語(yǔ)

生物質(zhì)燃料特性是生物質(zhì)鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行的關(guān)鍵，生物質(zhì)給料系統(tǒng)是生物質(zhì)鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的命脈，生物質(zhì)給料密封系統(tǒng)是生物質(zhì)鍋爐安全運(yùn)行的保障。為了提高生物質(zhì)CFB鍋爐運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)嚴(yán)格把控入爐燃料品質(zhì)，從給料系統(tǒng)改造、密封風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化、控制邏輯強(qiáng)化、運(yùn)行調(diào)整等多方面綜合優(yōu)化改進(jìn)，以保證生物質(zhì)CFB鍋爐長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。