工業(yè)園區(qū)生物質(zhì)鍋爐集中供熱項(xiàng)目實(shí)踐

符國運(yùn)

(洋浦新奧能源發(fā)展有限公司,海南儋州578001)

1 概述

我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)向清潔低碳加快轉(zhuǎn)變。初步核算,2019年煤炭消費(fèi)占能源消費(fèi)總量比例為57.7%,比2012年降低10.8個百分點(diǎn);天然氣、水電、核電、風(fēng)電等清潔能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量比例為23.4%,比2012年提高8.9個百分點(diǎn);非化石能源占能源消費(fèi)總量比例達(dá)15.3%,比2012年提高5.6個百分點(diǎn),已提前完成到2020年非化石能源消費(fèi)比例達(dá)到15%左右的目標(biāo)。

為有效提高能源的整體利用效率,解決分散供熱帶來的運(yùn)行效率低、污染物排放高、運(yùn)輸量大、土地占用量大、風(fēng)險點(diǎn)多等問題,國家有序推進(jìn)工業(yè)園區(qū)的集中供熱[1]。結(jié)合海南林業(yè)廢棄物生物質(zhì)資源豐富的資源稟賦與國家對雙碳目標(biāo)的要求,擬采用生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐(簡稱生物質(zhì)鍋爐)為洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)集中供應(yīng)蒸汽,利用不同用戶要求的蒸汽品位差異進(jìn)行發(fā)電,提高能源利用率。

本文對工業(yè)園區(qū)生物質(zhì)鍋爐集中供熱項(xiàng)目概況以及能源站設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行介紹。

2 項(xiàng)目概況

2.1 用戶

工業(yè)園區(qū)蒸汽用戶分為兩種類型:一種是連續(xù)性用戶,如石化類、大型糧油加工類。另一種是非連續(xù)性訂單式生產(chǎn)用戶,如食品加工、藥品加工、飼料加工等。連續(xù)性用戶用汽相對穩(wěn)定,波動性較小。非連續(xù)性訂單式生產(chǎn)用戶一般多為白天用汽,夜間停產(chǎn),或階段性連續(xù)用汽,用汽不穩(wěn)定、波動性較大。對于全年總用汽量,需根據(jù)行業(yè)或同類型企業(yè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體估算,其中非連續(xù)性訂單式生產(chǎn)用戶需參照其市場銷售、生產(chǎn)組織情況等進(jìn)行保守估算。

蒸汽用途可分為2種:一種是用于動力拖動裝置(例如透平帶動水泵、壓縮機(jī)),一般使用中壓蒸汽。另一種是用于物料提純及加熱裝置(例如萃取罐、換熱器、夾層鍋等),一般使用低壓蒸汽。動力拖動裝置對進(jìn)汽參數(shù)要求較高,需保證用戶端蒸汽參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)計區(qū)間內(nèi)。對于物料提純及加熱裝置,無特殊情況下,原則上采用低過熱度的方式進(jìn)行輸送,蒸汽到達(dá)用戶端時接近飽和溫度,或由用戶端設(shè)置的減溫減壓裝置調(diào)整為飽和蒸汽,可降低沿程產(chǎn)生凝結(jié)水造成的蒸汽損失。

2.2 能源稟賦

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,海南省年生物質(zhì)燃料資源總量約280×104t/a。其中,橡膠規(guī)模化種植和每年按比例的更新采伐,為市場貢獻(xiàn)了116.57×104t/a的生物質(zhì)燃料,是島內(nèi)生物質(zhì)燃料的主要來源。其次為桉樹林相關(guān)剩余物約95.71×104t/a,兩項(xiàng)合計達(dá)到212.28×104t/a,占海南省年生物質(zhì)燃料總量的75.8%。因此,海南省適合推廣使用生物質(zhì)鍋爐。

2.3 工藝流程與主要設(shè)備

島內(nèi)各地林業(yè)廢棄物經(jīng)收集運(yùn)輸至固定場所,進(jìn)行初步破碎,尺寸控制小于8 cm并經(jīng)初步去雜后用汽車運(yùn)輸?shù)侥茉凑窘斩拏}庫內(nèi)。在秸稈倉庫內(nèi),將干料與濕料摻配好后,經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶輸送至生物質(zhì)鍋爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。鍋爐產(chǎn)生的中壓蒸汽一部分經(jīng)中壓分汽缸及相應(yīng)管道供至中壓蒸汽用戶,另一部分經(jīng)中壓分汽缸、汽輪發(fā)電機(jī)、低壓分汽缸及相應(yīng)管道供至低壓蒸汽用戶,汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力輸送至廠內(nèi)高壓母線饋入電網(wǎng)。

循環(huán)流化燃燒方式對于生物質(zhì)燃料的種類、破碎程度、水分、雜質(zhì)含量等方面的變動均有較寬泛的適應(yīng)性[2]。能源站設(shè)置2臺額定蒸發(fā)量45 t/h生物質(zhì)鍋爐,1臺額定蒸發(fā)量50 t/h冷凝式天然氣蒸汽鍋爐(備用),1臺額定發(fā)電功率2.5 MW汽輪發(fā)電機(jī)(自發(fā)自用,余電上網(wǎng)),配套存料、制水、脫硝、除塵等設(shè)施。蒸汽管網(wǎng)約11 km。滿負(fù)荷生產(chǎn)情況下全年可外供蒸汽60×104t/a。目前,共有用戶11家,包括石化、糧油加工、飼料生產(chǎn)、泡沫制品、布草洗滌、醫(yī)藥生產(chǎn)、食品生產(chǎn)等企業(yè)。

3 能源站設(shè)計要點(diǎn)

3.1 平面布置

能源站總占地面積為28 000 m2。能源站呈較為規(guī)整的矩形,北側(cè)緊靠嘉洋路東段,西側(cè)、南側(cè)和東側(cè)為開發(fā)區(qū)空地。四周設(shè)有實(shí)體圍墻。根據(jù)選址條件、工藝流程、安全間距等各方面的要求,能源站分為主廠房區(qū)、儲運(yùn)區(qū)、廠前區(qū)。能源站平面布置見圖1。圖中僅給出主要廠房。

① 主廠房區(qū)

包括主廠房、空壓機(jī)房、高壓變頻器室、除塵器房、引風(fēng)機(jī)房、氨水罐區(qū)、灰?guī)臁⒃鼛臁⑾浪蕖⒒瘜W(xué)水處理室外設(shè)施、計量調(diào)壓柜等。主廠房包括除氧料倉間、生物質(zhì)鍋爐房、燃?xì)忮仩t房、化學(xué)水處理車間、汽輪機(jī)房等。

② 儲運(yùn)區(qū)

包括秸稈倉庫1、秸稈倉庫2、輸料棧橋、地磅等。秸稈倉庫1布置在北側(cè),秸稈倉庫2布置在南側(cè)。輸料棧橋布置在兩個秸稈倉庫中間,直接通往主廠房的除氧料倉間,地磅布置在廠區(qū)西側(cè)的物料出入口處。

③ 廠前區(qū)

包括辦公樓、雨水調(diào)節(jié)池、非機(jī)動車停放區(qū)、機(jī)動車停放區(qū)、門衛(wèi)室等設(shè)施。

3.2 生物質(zhì)燃料儲存

秸稈倉庫1內(nèi)設(shè)有落料口,可將生物質(zhì)燃料推入地下廊道內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶并經(jīng)輸料棧橋送至爐前料倉。秸稈倉庫2更多用于堆存與摻配成品物料,通過推料方式經(jīng)由秸稈倉庫1送入輸料棧橋,再送至爐前料倉。

秸稈倉庫1長96 m,跨度為30 m,儲存面積約2 880 m2,設(shè)置3 m高擋墻,擋墻上部設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)。秸稈倉庫1主要堆存廠外破碎后的生物質(zhì)燃料,燃料堆積密度按0.25 t/m3計算,可儲存生物質(zhì)燃料約2 000 t。

秸稈倉庫2長96 m,雙跨結(jié)構(gòu),每跨30 m,總儲存面積約5 760 m2,設(shè)置3 m高擋墻,擋墻上部設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)。秸稈倉庫2南側(cè)燃料堆積密度按照0.45 t/m3計算,北側(cè)燃料堆積密度按0.15 t/m3計算,可儲存生物質(zhì)燃料約5 000 t。

2座秸稈倉庫共可儲存生物質(zhì)燃料約7 000 t,理論上可滿足2臺生物質(zhì)鍋爐約8 d的用量。2座秸稈倉庫之間設(shè)通車開間,方便生物質(zhì)倒料和堆存。在實(shí)際運(yùn)行中,在考慮料場內(nèi)預(yù)留通道、汽車回轉(zhuǎn)半徑及實(shí)際可堆高度等因素后,2座秸稈倉庫實(shí)際可儲存生物質(zhì)燃料約4 500 t。

3.3 灰渣儲存

① 除灰系統(tǒng)

飛灰收集采用正壓濃相氣力輸送系統(tǒng),每臺生物質(zhì)鍋爐為1個獨(dú)立的輸送單元。飛灰由除塵器灰斗集中后,經(jīng)輸灰倉泵送至灰?guī)靸Υ?每臺生物質(zhì)鍋爐設(shè)1根輸送灰管。

灰?guī)觳捎娩摻Y(jié)構(gòu),內(nèi)直徑8 m,有效容積500 m3,可儲存生物質(zhì)飛灰約150 t,理論上滿足2臺生物質(zhì)鍋爐運(yùn)行約3 d產(chǎn)生的灰量。實(shí)際運(yùn)行中,單臺生物質(zhì)鍋爐滿負(fù)荷排灰量約25 t/d,與設(shè)計值相近。

② 爐渣輸送系統(tǒng)

鍋爐產(chǎn)生的爐渣經(jīng)冷渣器冷卻至100 ℃以下,采用帶式輸送機(jī)收集后轉(zhuǎn)運(yùn)至渣庫存放,定期由汽車外運(yùn)進(jìn)行綜合利用。

圖1 能源站平面布置

渣庫采用鋼結(jié)構(gòu),內(nèi)直徑5 m,有效容積60 m3,堆渣密度按照0.5 t/m3計算,可儲渣約30 t,理論上可以滿足2臺生物質(zhì)鍋爐運(yùn)行約5 d產(chǎn)生的渣量。實(shí)際運(yùn)行中,單臺生物質(zhì)鍋爐滿負(fù)荷排渣量遠(yuǎn)超設(shè)計值,分析原因主要與僅對林業(yè)廢棄物進(jìn)行普通收集、堆放與運(yùn)輸,未進(jìn)行凈化處理,含雜較多有關(guān)。

3.4 水電供應(yīng)

能源站水源為市政自來水,滿負(fù)荷下單臺生物質(zhì)鍋爐供水量約65 t/h,鍋爐水質(zhì)符合GB/T 12145—2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》要求。

采用10 kV電壓等級接入電網(wǎng)。汽輪發(fā)電機(jī)出線電壓為10.5 kV,發(fā)電機(jī)采用單母線分段接線,出口設(shè)斷路器,以兩回10 kV線路接入系統(tǒng)變電所10 kV母線,與系統(tǒng)并網(wǎng)。

3.5 環(huán)保系統(tǒng)

① 脫硫系統(tǒng)

生物質(zhì)鍋爐主要燃料為林業(yè)廢棄物,燃料自身含硫量較低,經(jīng)測算生物質(zhì)鍋爐尾部排放煙氣二氧化硫質(zhì)量濃度不超過35 mg/m3,因此未設(shè)計脫硫系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行中,排放煙氣二氧化硫質(zhì)量濃度小于5 mg/m3。

② 脫硝系統(tǒng)

生物質(zhì)鍋爐采用SNCR(選擇性非催化還原法)+SCR(選擇性催化還原法)聯(lián)合脫硝方案。先在鍋爐出口高溫區(qū)噴入稀釋氨水進(jìn)行SNCR脫硝,未反應(yīng)完成的氨水隨煙氣進(jìn)入高溫省煤器后進(jìn)行SCR脫硝,實(shí)現(xiàn)二級脫硝。

截至目前,除燃用個別批次生物質(zhì)燃料、負(fù)荷波動較大的情況外,排放煙氣氮氧化物質(zhì)量濃度均小于50 mg/m3。SCR催化劑可長期連續(xù)運(yùn)行,未發(fā)生催化劑中毒導(dǎo)致失效的現(xiàn)象。

③ 煙氣除塵措施

生物質(zhì)鍋爐配套高效布袋除塵器,考慮到可能出現(xiàn)生物質(zhì)燃料未燃盡狀態(tài)下的火星被帶出鍋爐,從而造成布袋燒壞,在布袋除塵器入口段設(shè)置旋風(fēng)筒,將未燃盡的顆粒物從煙氣中分離。煙氣除塵裝置可確保排放煙氣煙塵質(zhì)量濃度小于10 mg/m3。

4 結(jié)束語

海南地區(qū)生物質(zhì)燃料資源豐富,適合發(fā)展生物質(zhì)燃料集中供熱項(xiàng)目。能源站布局合理,方便生物質(zhì)燃料儲存與上料。能源站于2020年8月投產(chǎn),總體運(yùn)行平穩(wěn),污染物排放水平理想。