生物質發電裝置爐前料倉技術改造

李文瑞 趙 楊 劉 凱

西安陜鼓動力股份有限公司工程技術分公司

0 前言

近年來，隨著國家對可再生能源產業的鼓勵支持，生物質發電項目在中國開始出現并迅速發展起來。可再生能源的開發利用，可增加能源供應，改善能源結構，保障能源安全，保護環境，實現經濟社會的可持續發展。目前，國內生物質利用的主要方式是發電。生物質直燃發電是通過生物質燃燒產生蒸汽推動蒸汽機實現發電的技術[1]。現階段可供開發利用的生物質資源主要有農作物加工剩余物（如秸稈、稻殼）、薪柴、動物糞便、有機廢棄物和有機垃圾等生物質廢棄物[2-3]。燃料種類、性能差異使得安全、穩定的燃料供給系統，成為生物質發電裝置對應發電性能的核心問題。爐前料倉作為燃料輸送與供給系統之間的緩沖部分，主要起到應對事故，進而不停爐、不停產的作用。在現有生物質發電項目中，由于燃料流動性差，蓬松狀態下纖維質帶來燃料在爐前料倉卡、堵料的問題[4]。本文對現有生物質發電裝置中爐前料倉存在的問題進行理論分析，并提出通過取消爐前料倉，設置落料管的措施來解決這一問題，為生物質發電裝置中燃料供給系統的安全運行提供借鑒作用。

1 生物質發電現狀和裝置原理

1)生物質發電現狀

與常規的能源發電模式相比，生物質發電產生的污染雜質更少，實際應用價值更高。但是在存儲生物質方面會具有較大難度，而且生物質能源的質量會受到外界環境的影響，導致燃燒不穩定的現象，所以通常電力企業更愿意將生物質與其它燃燒物質混合進行燃燒發電，以提高設備的運行穩定性。另外，生物質發電技術可以有效實現廢物二次利用，減少農作物就地焚燒對環境的污染，開拓農林業的收益途徑，提供更多的就業機會，是一種多贏的發電模式，所以應當深入研究該發電技術的應用范圍。相比較于發達國家而言，我國的生物質發電技術應用起步較晚，技術水平還有待提高。

2)爐前料倉在生物質發電裝置中的作用

一般生物質發電裝置中物料供給能力遠大于鍋爐的最大燃料需求量，傳送帶在實際運行過程中存在較大的延時，物料輸配系統計量裝置精度低或少有計量裝置，傳送帶長距離輸送過程中工況環境的不確定性，都會使得生物質發電過程中出現燃料供給的不穩定問題，進而導致鍋爐實際燃燒工況波動，甚至不在設計工況下運行。而通過爐前料倉的設置，可以讓燃料先送入爐前料倉，此時配置一定精度的計量裝置，可以使物料穩定進入爐膛，即實現鍋爐的穩定燃燒，進而保證生物質發電裝置的發電效率。

生物質發電裝置中爐前料倉的設置，可以實現燃料供給不足時物料系統上料，燃料供給富裕時，物料輸送皮帶機降低運行速度，減小燃料供應量，實現智能供料的同時降低燃料輸配系統的能耗。

2 生物質發電裝置運行中存在的問題

1）卡、堵料問題

某公司生物質發電項目中的水冷振動爐排鍋爐燃料供給，通過輸料皮帶送到爐頂后設置一個料倉作為爐前料倉，再通過分料口落至每臺爐前給料機，來實現供料。爐前料倉的設置，在帶來緩沖、分料、供料系統障礙不停爐等運行優勢的同時，增加了發電項目的設備投資。

類似30 MW的生物質發電項目組，料倉的體積均在300 m3及以上，此類方案在較大程度上保證爐前給料裝置的系統穩定運行時，容易造成爐前料倉的堵塞（功能性障礙），導致生物質燃料無法進入爐膛實現燃燒，從而導致停爐、停機，發生重大生產事故。

2）爆炸安全性問題

爐前料倉作為儲集燃料的容器，其中存在較高濃度的空氣（助氧劑），燃料與氧氣接觸的過程，伴隨發生生物質燃料在破碎過程中產生的粉塵經由輸料皮帶輸配至爐前料倉中，使得爐前料倉總體或局部都具備可燃物和助氧劑的條件，由于濃度的分布不均必然導致一些區域處于爆炸極限，帶來爆炸安全性的問題。設備運行中的電弧、電火花都有可能導致容器內爆燃現象的發生，存在因為壓力或溫度升高帶來的爆炸安全性問題（見圖1）。

圖1 爐前料倉改造前示意圖

3 生物質發電裝置改造措施

爐前料倉在提高給料系統穩定運行的同時，增加了項目實施中的投資成本，造成裝置運行過程中的安全隱患。通過取消爐前料倉，并設置每條皮帶對應的給料管，通過重力落至對應的每臺爐前給料機，實現系統的改進設計，從而實現安全可靠的給料方式，最終確保機組生產安全運行，節省總包單位投資成本。

結合類似燃煤發電項目經驗，我方提出取消爐前料倉，實現一對一模式，每條輸送皮帶對應一臺爐前給料機，直接將燃料通過溜料管自然落至爐前給料機，得到業主及設計單位的認可，并通過實際生產驗證，避免了其他項目遇到的堵料問題，同時節省投資，實現降本增效。

生物質發電裝置中取消爐前料倉的布置方式具備以下優點：

1)節省爐前大料倉的空間位置、節約投資。

2)減少燃料輸配環節，從過程中避免蓬松燃料纏繞堵塞問題。

3)增強給料系統結構穩定性，減小卡、堵料引起配料管路扭曲變形的影響[4]。

4)減少了燃料輸配系統電能消耗。

5)規避了可燃物混合助氧劑在有限空間中的爆燃安全性問題（見圖2）。

圖2 爐前料倉改造后示意圖

4 結論

生物質發電是符合我國長期發展戰略部署的一種發電手段，該發電模式不僅可以有效提高清潔能源的利用率，而且還能對生態環境起到積極的保護效果，實現廢物循環利用，變廢為寶，拓寬發電渠道。新型可再生能源的開發利用目前成為世界能源消耗大國爭相進入的新“戰場”，生物能源作為綠色環保、清潔安全的可再生資源，不僅能緩解不可再生能源嚴重緊缺的局面，相比于燃煤發電，還能改善周圍環境質量。

通過以上對生物質發電裝置中爐前料倉的分析，可以看出，主要是由于生物質燃料蓬松狀態下，流動性能較差從而導致爐前料倉的卡、堵料現象，燃料輸配環節的冗雜設置增加了項目投資的同時，提升了燃料輸配階段的故障發生率。同時燃料（含粉塵氣氛）和足夠濃度的助氧劑在有限空間里，增加了爐前料倉的爆炸可能性。通過對生物質發電裝置系統的改進設計，實現安全可靠的給料方式，最終確保機組安全生產運行，節省總包單位投資成本。

通過取消爐前料倉可以解決燃料輸配堵塞的問題，同時規避燃料輸配環境的爆炸安全性問題，實現了設備節約、安全性保障，滿足系統設備的可靠給料，從而提升系統運行的安全性、可靠性，提高機組的經濟效益。