生物質發電廠控制系統

彭大維

中國華電工程(集團)公司

1.概述

在經濟社會高速發展的今天，能源和生態問題越來越引起人們的重視。沒有能源，經濟發展就失去了動力；生態破壞，人們生存空間就受到了限制。于是，選擇新型再生能源，減少環境污染，就成了人們刻意追求的一個主要目標，而利用新型秸稈能源就是其中一項重要內容。

秸稈是農作物通過采摘脫粒后留下來的莖葉。主要有玉米、小麥、水稻、高粱、大豆等秸稈品種。秸稈發電，是大力發展循環經濟、利用可再生資源來轉變經濟增長方式的重要戰略舉措。有關數據顯示，中國農作物秸稈年產量約為7億噸左右，列世界之首，每年收獲的秸稈除去用于造紙、飼料、造肥還田及收集損失的1.09億噸外，可作為能源加以利用的秸稈總量達3.76億噸。

《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃》綱要中，在加強農村基礎設施方面，提出要積極發展沼氣、秸稈發電、小水電、太陽能、風能等可再生能源，完善農村電網。自中國第一個秸稈燃燒發電廠在河北省晉州市建成以來，各地（如安徽、江蘇等地）也在紛紛上馬秸稈發電項目。

2.工藝流程介紹

秸稈經破碎后，通過皮帶輸送機把燃料輸送到爐前鋼料倉（25.50m）。每爐配有1只鋼料倉，每只料倉的儲料量約為300m3，能夠儲存鍋爐燃燒1小時所需的秸稈碎料。

燃料在爐前鋼料倉內經4組喂料螺旋機連續、均勻地壓入密封的進料通道，然后到達層燃爐排床面上。在倉底螺旋絞龍頭部布置有布料風。這樣使得燃料進入爐膛后在空中有一段飛行距離，在飛行期間，燃料處于懸浮燃燒狀態，雙面受熱，燃料中的水分快速蒸發，燃料中的揮發份迅速析出。燃料在拋撒過程中進行了分選。對于生物質燃料，由于比重輕，大部分屬于懸浮燃燒，然后隨煙氣離開爐膛去往后豎井，對于水份較多、長度較長的秸稈，則由于重量較重而落在爐排上繼續燃燒。

在爐排起始部分的一小段區域內，由于燃料是落在冷的光的爐排面上，因而燃料的著火熱源主要來自上部熱煙氣的輻射，這屬于單面著火，且燃燒是沿爐排長度方向分階段進行的，先是燃料的預熱干燥段，接著是揮發份析出階段，然后是焦炭燃盡段，最后是灰渣燃盡段。除此以外的爐排廣大區域，新燃料直接拋撒在炙熱的焦炭層上，燃料屬雙面著火，且沿爐排長度的燃料層結構基本相似。振動爐排具有自撥火功能，未燃盡的燃料在行進過程中不斷受到撥動，增加了與空氣的接觸，因而燃燒條件優越；同時，不存在上升煙氣的分片流動，使爐膛的氣體成分比較均勻，爐排面積熱負荷高。由于廣大的爐排面積均屬薄料層燃燒區域，因此層燃＋懸浮燃燒鍋爐具有燃料適應廣、負荷調節靈活及料層阻力小的優點。

爐排下采用分段送風，爐排下部的風室各自獨立，能夠根據爐排行進不同階段控制各風室送風量。

采用水冷振動爐排，有效降低爐排表面的溫度，防止爐排表面的結渣出現。同時合理組織爐內空氣動力場和溫度場。在爐膛中下部兩側墻設置高速的二次風氣流，以加強擾動，改善處于懸浮燃燒狀態的燃料與空氣的混合條件，避免水冷壁附近因煙氣溫度過高和還原性氣氛而造成的結渣。

燃燒產生的煙氣在爐膛出口通過凝渣管、吸熱室、對流過熱器后進入鍋爐尾部煙道。

在風煙系統中,設有送風機、引風機各1臺。

一次風流程為:風機消聲器?送風機?空氣預熱器?爐排?燃燒室?爐膛

二次風流程為:風機消聲器?送風機?空氣預熱器?二次風母管?水冷壁前、后墻噴嘴?爐膛

煙氣流程為:爐膛?凝渣管?吸熱室?對流過熱器?省煤器?空氣預熱器?布袋除塵器?引風機?煙囪

引風機主要通過變頻電機進行調節，同時在風機進口處裝有電動調節風門；送風機在風機進口處裝有電動調節風門，可以根據鍋爐燃燒情況調節鍋爐進風量和引風量，以確保燃料在爐排的整個面上均勻燃燒。

3.控制系統實施方案

本工程采用爐、機、電集中控制方式，采用分散控制系統（DCS）作為機組主要的監視及控制核心，并與其它控制設備一起，構成一套完整的綜合自動化控制系統，實現對機組的檢測、控制、報警、保護等功能，完成機爐啟動、停止、正常運行和事故處理。

機組控制可以達到以下水平：

1）在少量就地人員的巡回檢查和少量操作的配合下，在單元控制室完成機組的啟停、運行工況監視以及事故處理等。

2）在單元控制室完成機組正常運行的全部監視與調整以及異常與事故工況下的報警與處理，實現發變組和廠用電的監控及切換。

3）采用協調控制系統，將爐機電作為一個整體實現自動調節。可在機組允許負荷變化范圍內協調各模擬量調節系統，消除運行過程中產生的各種擾動，維持機組主要參數穩定，保證鍋爐與汽輪發電機組能量平衡，從而滿足電網對機組的負荷需求。

4）如下輔助系統納入DCS：

秸稈給料控制系統(在現場控制室內設置遠程控制柜)

化學水控制系統(在現場控制室內設置遠程I/O柜)

綜合給水泵房控制系統(現場控制室內設置遠程I/O柜)

循環水泵房控制系統(在現場控制室內設置遠程I/O柜)

除渣系統控制系統(在現場控制室內設置遠程I/O柜)

5）煙氣在線檢測系統

本次工程中2臺鍋爐合用一個煙囪，需設置1套煙氣在線檢測系統，用于檢測秸稈焚燒產生的顆粒物、CO等參數，并檢測煙氣流量、溫度、氧量等相應的輔助參數。系統設1個控制站。控制站留有接口，必要時可以實現與DCS系統之間的通訊.，也可以將重要的參數作為DCS的輸入信號直接輸入DCS系統，可在主控室實現對煙氣排放狀況的實時監視。

4.結束語

隨著中國有關配套政策的不斷完善，以及秸稈發電技術的進步和原料收儲運體系的形成，中國秸稈發電產業必將取得更快發展，基于發電廠的研究和實踐必將為解決我國能源利用問題做出應有的貢獻。

[1]田宜水編著《生物質發電》化學工業出版社