生物質(zhì)電廠內(nèi)燃料收貯系統(tǒng)研究

付林云

摘 要 生物質(zhì)電廠因?yàn)槿剂系奶厥庑裕召A系統(tǒng)往往成為其能否成功的掣肘因素，因此設(shè)計(jì)一套流程合理、運(yùn)行通暢、適用性強(qiáng)的收貯系統(tǒng)就成了首要任務(wù)。本文從燃料進(jìn)廠、卸料、堆取、存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)論述了適合生物質(zhì)電廠的收貯系統(tǒng)，并以上海電氣蒙城生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目為例說明其典型收貯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性。

關(guān)鍵詞 生物質(zhì)電廠；收貯系統(tǒng)；接卸堆取；貯存

前言

隨著環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格，有關(guān)部門越來越重視農(nóng)林業(yè)廢棄物的處理問題。農(nóng)林業(yè)廢棄物，統(tǒng)稱為生物質(zhì)，它是當(dāng)今世界上僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源[1]；生物質(zhì)電廠有低碳、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，利用生物質(zhì)能發(fā)電是我國迫切需要的，也是解決能源出路的最好途徑之一。

燃料收貯系統(tǒng)是生物質(zhì)電廠中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，電廠的成功與否很大程度上取決于此。從廣義上說，收貯系統(tǒng)包括燃料的收集、運(yùn)輸、貯存等環(huán)節(jié)，分布在廠內(nèi)廠外。狹義的收貯系統(tǒng)只包括廠內(nèi)的處理環(huán)節(jié)，廠外環(huán)節(jié)被劃入收貯運(yùn)系統(tǒng)。根據(jù)工程的具體模式，廠內(nèi)和廠外設(shè)置的環(huán)節(jié)會(huì)有所不同，本研究只論述狹義的收貯系統(tǒng)，即廠內(nèi)收貯系統(tǒng)。

1 燃料進(jìn)廠方式和形態(tài)分析

1.1 燃料進(jìn)廠方式分析

農(nóng)林生物質(zhì)具有重量輕、體積大、分布面積廣、收獲具有季節(jié)性等特點(diǎn)。針對(duì)生物質(zhì)的這些特點(diǎn)，廠外一般采用公路運(yùn)輸方式。目前，較常見的運(yùn)輸方式是：個(gè)體收購者或農(nóng)民將收割后留在田間的秸竿集中到田頭或屋前屋后空地上，通過農(nóng)用車送到就近收購站，在收購站打捆或粉碎后貯存，清除燃料中夾雜磚頭土塊，對(duì)含水量大的燃料進(jìn)行風(fēng)干，利于進(jìn)廠燃料質(zhì)量保證，當(dāng)電廠需要時(shí)，用載重車輛運(yùn)往電廠燃料堆場(chǎng)。

由于生物質(zhì)比重輕、體積大，運(yùn)輸車輛載重量受到限制，當(dāng)電廠裝機(jī)容量在25MW時(shí)，每天進(jìn)入電廠的燃料量在700～800t，每輛車載重按5～10 t計(jì)算時(shí)，一天按日間運(yùn)行12小時(shí)計(jì)算，每小時(shí)進(jìn)廠5～11輛車，幾乎是每隔5～10分鐘就有一輛載重車進(jìn)廠，在廠內(nèi)測(cè)試水分、計(jì)量還需停留1～2分鐘，廠前的燃料進(jìn)廠道路上車輛將是連續(xù)不斷。目前國能集團(tuán)、大唐、凱迪等所建的生物質(zhì)電廠，為了減少運(yùn)輸成本，都配有大車箱專用自卸汽車從收購站運(yùn)往電廠。

1.2 入廠形態(tài)的選擇

從燃料進(jìn)廠時(shí)的形態(tài)方面來說，火電廠的燃煤不破碎、不包裝（如裝袋）直接散料進(jìn)廠；生物質(zhì)電廠由于燃料的特殊性，其進(jìn)廠的形態(tài)有多種方式，如根據(jù)是否破碎、是否打包可分成破碎打包進(jìn)廠、破碎不打包進(jìn)廠、不破碎打包進(jìn)廠、不破碎不打包進(jìn)廠等方式。

根據(jù)含水率是否滿足入爐需求，燃料可分為干料和濕料。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，硬質(zhì)秸稈及輔助燃料的廠外收貯站，應(yīng)對(duì)燃料進(jìn)行晾曬及破碎處理，軟質(zhì)秸稈入廠前宜在廠外的收貯站晾曬及打包，故一般情況下建議廠外晾曬處理燃料，保證進(jìn)廠的燃料符合燃燒要求，而不需在廠內(nèi)再作處理。

比較來說，破碎晾曬環(huán)節(jié)放在廠內(nèi)，用電成本相對(duì)高，電廠占地面積會(huì)大大增加，但可作一體化管理；破碎晾曬環(huán)節(jié)放在廠外，可根據(jù)具體情況申請(qǐng)農(nóng)業(yè)用電和用地，故用電成本相對(duì)低，電廠占地面積相對(duì)較小，但需分散管理。根據(jù)對(duì)燃料的要求，在物流入廠門衛(wèi)處設(shè)置地磅和水分檢測(cè)等設(shè)備。進(jìn)廠燃料的形式選擇需結(jié)合廣義的收貯系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。

2 燃料接卸堆取和貯存比較

2.1 燃料接卸堆取比較

（1）燃料接卸方式。燃料進(jìn)廠后有兩種接卸方式——汽車自卸，起重機(jī)或抓料機(jī)卸車。燃料接卸方式和上料方式有很大關(guān)系，總的也有兩種——鏟運(yùn)機(jī)上料和起重機(jī)上料。先介紹各種不同的方式如下。

①汽車自卸的接卸方式，根據(jù)設(shè)施不同可分為如下三種[2]：a.硬質(zhì)秸稈及輔助燃料可采用汽車卸料溝接卸，也可直接卸入秸稈倉庫、半露天堆場(chǎng)或露天堆場(chǎng)。b.采用汽車卸料溝卸料時(shí)，卸料溝的長度及容量應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸汽車的型號(hào)、卸料方式、來車頻率等條件確定，其輸出能力應(yīng)與卸車出力相適應(yīng)。c.條件合適時(shí)，可采用活底料倉接卸燃料。當(dāng)采用活底料倉卸料時(shí)，活底料倉的輸出能力與卸車能力及系統(tǒng)輸出能力相適應(yīng)。

其中，汽車卸料溝、活底料倉是自動(dòng)化堆料的前提，亦即是如果需設(shè)置自動(dòng)化堆料流程（往往伴隨自動(dòng)化取料），那么必須設(shè)置前兩種卸料方式。而直接自卸式適用于非自動(dòng)化流程，人工參與度較高。

②起重機(jī)或抓料機(jī)卸車方式。抓料機(jī)卸車的能力小，效率低，一般只適合少量的卸料工作，如板車運(yùn)料進(jìn)廠的卸車，故不是整個(gè)電廠卸車的主力。一般設(shè)備卸車的主力是起重機(jī)，如秸稈堆碼起重機(jī)。它們的適應(yīng)范圍如下：

a.采用秸稈倉庫貯存軟質(zhì)秸稈包料時(shí)，宜在秸稈倉庫設(shè)橋式秸稈堆碼起重機(jī)進(jìn)行接卸，秸稈堆碼起重機(jī)數(shù)量不宜少于兩臺(tái)。b.采用半露天或露天燃料堆場(chǎng)貯存軟質(zhì)秸稈時(shí)，可在燃料堆場(chǎng)設(shè)橋式起重機(jī)、移動(dòng)式抓料機(jī)、固定旋轉(zhuǎn)式抓料機(jī)或叉車進(jìn)行秸稈的堆料和取料作業(yè)。

（2）燃料堆取方式。燃料的堆取方式和接卸方式緊密相關(guān)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)盡量減少設(shè)備種類和數(shù)量，故將設(shè)備最大程度重復(fù)利用，堆取設(shè)備和接卸設(shè)備往往是同一種。一般有如下幾種情況：

①前端裝載機(jī)+鏟運(yùn)機(jī)形式。當(dāng)燃料以散裝堆存時(shí)，可用前述設(shè)備進(jìn)行堆料和取料。它一般適用于汽車自卸方式入廠的燃料。②鏟運(yùn)機(jī)機(jī)+抓斗起重機(jī)的形式。不管燃料以何種方式入廠，都可采用前述設(shè)備進(jìn)行堆取作業(yè)，有時(shí)甚至可以只用起重機(jī)。如果是散料進(jìn)廠，可用抓斗起重機(jī)造堆，鏟運(yùn)機(jī)上料；也可造堆和上料均使用抓斗起重機(jī)。③秸稈碼垛起重機(jī)+鏈條輸送機(jī)+破包機(jī)的形式。當(dāng)秸稈打包進(jìn)廠且打包存放時(shí)，可用秸稈碼垛起重機(jī)卸車、堆存和上料，并通過鏈條輸送機(jī)運(yùn)至破包機(jī)處破包。

（3）優(yōu)缺點(diǎn)比較。從前述分析可以看出，針對(duì)不同條件入廠的燃料，采取的方式就只有1～2種。如散狀入廠，則散狀堆存，亦即散狀上料；這樣一來只有兩種選擇，一是汽車自卸+鏟運(yùn)機(jī)+前端裝載機(jī)堆存和上料；二是汽車自卸+抓斗起重機(jī)+前端裝載機(jī)堆存和上料。如果打包進(jìn)廠，只能通過秸稈碼垛機(jī)進(jìn)行卸料、堆放和取料，一般在上料之初破包。早期國內(nèi)有借鑒國外經(jīng)驗(yàn)在入爐口破包，但實(shí)際運(yùn)行中效果都差強(qiáng)人意，最后紛紛改造了。下面就散狀燃料的堆取方式做個(gè)比較。

①汽車自卸+鏟運(yùn)機(jī)+前端裝載機(jī)堆存和上料方式。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)料棚要求低，相應(yīng)的土建造價(jià)低，露天料場(chǎng)也可適用。缺點(diǎn)：堆存高度低，可存放的燃料相對(duì)就少，作業(yè)效率低。

②汽車自卸+抓斗起重機(jī)+前端裝載機(jī)堆存和上料方式。優(yōu)點(diǎn)：能堆存高度較高，可有效利用存貯面積；作業(yè)效率高。缺點(diǎn)：對(duì)料棚要求高，相應(yīng)的土建造價(jià)低。若要用在露天料場(chǎng)，需使用門式起重機(jī)。

2.2 料場(chǎng)形式分析比較

根據(jù)規(guī)范要求，發(fā)電廠位于多雨地區(qū)時(shí)，應(yīng)根據(jù)生物質(zhì)的物理特性、輸送系統(tǒng)、料場(chǎng)設(shè)備及燃燒系統(tǒng)的布置與形式等條件，確定是否設(shè)置干料貯存設(shè)施。

根據(jù)國發(fā)〔2013〕37號(hào)文件《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》的要求，“電廠內(nèi)大型煤堆、料堆要實(shí)現(xiàn)封閉儲(chǔ)存或建設(shè)防風(fēng)抑塵設(shè)施”。據(jù)此，廠內(nèi)料場(chǎng)可設(shè)計(jì)成三種模式：一是封閉式料倉，二是半封閉式料場(chǎng)加防風(fēng)網(wǎng)，三是露天料場(chǎng)加防風(fēng)網(wǎng)。

封閉式料倉是指設(shè)頂棚，圍墻的建筑；半封閉式料場(chǎng)是指設(shè)頂棚的建筑，可設(shè)擋墻和防風(fēng)網(wǎng)；露天料場(chǎng)不設(shè)棚和圍墻。為了盡快排掉積水，干料棚和露天料場(chǎng)一般均做地坪處理，設(shè)置排水坡度，并在四周設(shè)排水溝。

封閉式料倉和半封閉式料場(chǎng)需根據(jù)接卸和堆取設(shè)備的設(shè)計(jì)確定。露天料場(chǎng)的大小可根據(jù)場(chǎng)地情況設(shè)計(jì)，同時(shí)寬度應(yīng)結(jié)合土建專業(yè)要求，但一般要求單個(gè)料場(chǎng)的貯存量不超過2萬噸。

這三種料場(chǎng)形式其各有優(yōu)缺點(diǎn)。封閉式料場(chǎng)的防火等級(jí)高，造成實(shí)際可利用料場(chǎng)面積大為縮小，土建成本也高；露天料場(chǎng)加防風(fēng)網(wǎng)造價(jià)高，同時(shí)沒有防雨功能，而秸稈類燃料對(duì)水比較敏感。半封閉式料棚兼顧了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，又避免了前兩者的缺點(diǎn)，在綜合造價(jià)、土地利用率和防雨方面均取得了均衡，故實(shí)際設(shè)計(jì)中一般選擇半封閉式料棚。

根據(jù)采取的卸料和堆料形式，料棚的跨度設(shè)計(jì)有如下兩種：

（1）當(dāng)卸料或堆取料需用起重機(jī)時(shí)，料棚一般設(shè)計(jì)成33m的標(biāo)準(zhǔn)跨度，棚長度可根據(jù)場(chǎng)地情況確定。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)情況限制，跨度達(dá)不到33m時(shí)，也可適當(dāng)縮小或加大，一般需在<25m，35m>的范圍內(nèi)。

（2）當(dāng)卸料或堆取料不需起重機(jī)時(shí)，料棚的跨度可與土建商量確定，一般不超過35m為宜。

當(dāng)鍋爐工藝有混料的需求時(shí)，在條件允許時(shí)盡量設(shè)置在料場(chǎng)混料，條件有限時(shí)與鍋爐專業(yè)商量后可考慮在緩沖料倉內(nèi)混料。在料場(chǎng)混料時(shí)，一般不設(shè)精確配料，而是通過裝載機(jī)等模糊配料。在緩沖料倉內(nèi)混料時(shí)，兩種燃料可先落入同一膠帶機(jī)上，再進(jìn)入料倉自動(dòng)混合。

3 結(jié)束語

以上海電氣投資的淮北市杜集區(qū)熱電項(xiàng)目為例做燃料收貯系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)，目前該項(xiàng)目已建成，運(yùn)行良好。本項(xiàng)目規(guī)模為2×75 t/h高溫高壓流化床鍋爐，燃料以小麥、玉米、豆類秸稈為主。設(shè)計(jì)以汽車運(yùn)輸進(jìn)廠，軟質(zhì)秸稈破碎后打包入廠，建筑模板或林業(yè)廢棄物大塊進(jìn)廠，廠內(nèi)破碎。打包秸稈采用抓斗起重機(jī)和裝載機(jī)配合卸載、人工拆包、再堆存和取料；其余燃料為自卸、抓斗起重機(jī)、裝載機(jī)堆存和取料；廠內(nèi)設(shè)3個(gè)干料棚，均為半露天料場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李維俊，高鵬.生物質(zhì)能與可持續(xù)發(fā)展[J].環(huán)境與發(fā)展，2013，（12）：4-7.

[2] GB50762-2012.秸稈發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.