20 t/h差速循環流化床生物質鍋爐的運行

(安徽國禎生態科技有限公司，安徽 阜陽 236000)

0 國內外生物質應用現狀

生物質能是重要的可再生能源，具有綠色、低碳、清潔、可再生等特點，加快生物質能開發利用，是改善環境質量、發展循環經濟的重要任務。據《生物質能發展“十三五”規劃》，到2020年我國生物質成型燃料年利用量約3 000萬t[1]。芬蘭生物質熱電聯產已有20多年的歷史，生物質在2001年占到可再生能源的85%，2007年，熱電聯產發電量已占到國內總發電量的29%。生物質熱電聯產技術在瑞典也得到了充分的利用，Kristianstad生物質熱電廠采用循環流化床，以木材為燃料，額定發電量為13.5 MW，額定供熱量為35 MW[2]。目前生物質供熱發電占瑞典全國能源消費總量的16.5%，占供熱能源消費總量的68.5%。丹麥BWE公司的48 t/h、75 t/h及130 t/h水冷振動爐排爐技術是國際上領先的生物質燃燒發電技術，在世界范圍內得到推廣應用。丹麥熱電聯產發電量占到其年發電量的70%，在供電、供熱方面占有重要的份額[3]。我國生物質鍋爐的研發起步于上世紀80年代末，其中，哈爾濱工業大學循環流化床課題組在上世紀90年代初在國內率先研究生物質流化床鍋爐，先后成功開發了2 t/h、4 t/h、6 t/h、10 t/h、12.5 t/h、14 t/h、15 t/h、20 t/h、30 t/h、35 t/h、50 t/h、75 t/h、90 t/h、130 t/h燃稻谷殼、廢木與木屑、甘蔗渣、玉米秸稈、酒糟、糠醛渣及棕櫚空果穗、煙梗等生物質流化床鍋爐60多臺[4-5]，其中出口國外的有21臺。2005年后開發的生物質發電鍋爐20余臺，容量為：10 t/h、20 t/h、30 t/h、35 t/h、75 t/h、90 t/h及130 t/h。近幾年，國內一些小型工業鍋爐廠生產往復爐排生物質成型顆粒的工業鍋爐，鍋爐出力為2～10 t/h(1.4～7 MW)為主[6-9]。

在35 t/h以下鍋爐全面禁煤形勢下，生物質鍋爐以運行成本相對較低，采用布袋除塵器后煙塵及SO2排放濃度自然滿足環保排放標準而受到用戶青睞，尤其是循環流化床生物質鍋爐[10]，采用分級燃燒NOx排放濃度小于200 mg/m3，自然滿足國家環保排放標準，因此是生物質用戶的首選。我公司采購一臺20 t/h差速循環流化床鍋爐，由哈爾濱工業大學循環流化床課題組研發，安徽博瑞特熱能設備有限公司制造，于2017年12月投入使用，效果良好，下面介紹該爐結構及運行情況。

1 爐型的選擇

現有的生物質鍋爐有爐排爐(鏈條爐，往復爐排爐)和循環流化床鍋爐。選擇爐排爐還是循環流化床,需要從多個方面進行比較。由于農業秸稈灰熔點低至1 000℃左右，采用鏈條爐和往復爐排容易在爐排上結渣，所以，丹麥BWE公司采用水冷振動爐排，解決爐排上結渣，同時一旦有渣塊可以通過振動爐排清除，而水冷振動爐排技術國內還不太成熟，并且造價昂貴。其次從熱效率來考慮，爐排爐飛灰及爐渣含碳量高，與循環流化床相比，熱效率低3%～5%。此外，爐排爐NOx排放濃度高達350～450 mg/m3，需要配合SNCR脫硝才能勉強達到200 mg/m3，而循環流化床一般低于200 mg/m3，能夠自然滿足環保排放標準，因此，在環保要求較高的當下，選擇循環流化床成為必然。常規循環流化床給料點是正壓，要通過引風機將爐膛出口負壓拉至-800～-600 Pa，從而將給料點維持在-50 Pa左右才能保證給料點不向外冒煙，實際運行過程中經常出現給料點向外冒煙現象。差速循環流化床具有給料點是負壓，不會向外冒煙，而且爐膛出口負壓為-150 Pa左右，相比常規循環流化床，引風機節能效果顯著；此外，由于生物質與床料密度相差較大，導致常規循環流化床密相區床料與生物質混合效果較差，而差速循環床底部高速床與低速床之間會形成內循環，將高密度的床料與低密度的生物質均勻混合，有利于燃盡。鑒于此，本爐選擇差速循環流化床生物質鍋爐。

2 20 t/h差速循環流化床鍋爐結構與運行效果

2.1 鍋爐結構

差速循環流化床由高速床和低速床組成，高速床與低速床之間具有高差，高速床的流化速度一般是低速床的2倍，高速床不布置埋管，因此不存在埋管磨損；低速床布置埋管，由于大顆粒主要分布在主床內，細顆粒主要在低速床內，使得低速床流化速度在1.5～2 m/s條件下就能良好流化，從而使得低速床內的埋管磨損大幅降低(原因有兩個：一是顆粒平均粒徑小，二是流化速度低)，所以，低速床內埋管防磨時間超過3萬t，4年才需要大修一次。低速床內布置埋管，有利于控制密相區溫度在750～850℃，很好地解決了生物質燃燒結渣問題。圖1是20 t/h差速循環流化床總圖。

2.2 鍋爐的基本參數

鍋爐出力D=20 t/h，壓力：1.25 MPa，給水溫度：104℃，過熱蒸汽溫度：300℃，排煙溫度150℃，設計熱效率：88%，燃料：各種生物質散料，元素分析如表1所示。

表1生物質元素分析

CarHarOarNarSarMarAarQar.net28.32%2.80%24.43%0.49%0.05%35.0%8.91%2 202

鍋爐沿深度方向K1K2距離：4 460 mm，K2K3距離：3 100 mm，K3K4距離：2 500 mm，鍋爐沿寬度方向K5K6中心距離：4 300 mm，鍋筒中心線標高：20 616 mm。

2.3 鍋爐結構特點

(1)高速床與低速床組合，形成內循環，解決床料與生物質均勻混合；

(2)負壓給料，解決給料口冒煙難題；

(3)采用膜式壁，解決爐膛漏風問題；

(4)立式水冷旋風分離器，防止分離器結焦；

(5)采用螺紋煙管省煤器，減少受熱面積灰，提高傳熱效率；

(6)空氣預熱器低溫段采用ND鋼，解決空預器腐蝕難題。

2.4 尾氣排放控制措施及運行效果

采用分級燃燒控制NOx排放，一次風通過高速床進入爐內參與燃燒，二次風一部分通過低速床進入低速床參與燃燒，另一部分通過三次風管噴入埋管上方稀相區燃燒。一次風量∶二次風量∶三次風量=45∶25∶30，自2017年12月投入運行以來，NOx排放濃度低于150 mg/m3。

由于燃料中含硫量很低，所以SO2排放濃度低于100 mg/m3。本爐在空氣預熱器后布置布袋除塵器，煙塵排放濃度低于30 mg/m3。

鍋爐在滿負荷工況下，排煙溫度為140℃，鍋爐熱效率達到88.5%。

3 結論

20t/h差速循環流化床的運行結果表明，鍋爐出力充足，額定工況下達到設計熱效率，污染物排放濃度滿足國家環保排放標準，可以直接燃燒生物質散料，具有燃燒效率高，運行成本低，值得大力推廣。