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謝先龍，王權斌
（湖南駿泰新材料科技有限責任公司，湖南懷化418000）
摘要：因生物質與燃煤性質的差異，國產75t/h循環流化床燃煤鍋爐改燒生物質存在較多生產技術問題，通過采取設備的優化改造及運行管控等措施，完全能滿足生產要求達到預期目的。
國內某資源綜合利用電廠兩臺75t/h循環流化床鍋爐由唐山信德鍋爐集團有限公司生產，型號為XD-75/9.2-MT，是中溫分離、低循環倍率循環流化床燃煤（摻燒樹皮、污泥）鍋爐。鍋爐為室外布置、由前部及尾部兩個豎井煙道組成，前部豎井是爐膛，為懸吊結構，爐膛四周由膜式水冷壁組成，自下而上依次為一次風室、濃相床、懸浮段、蒸發管、三級過熱器、二級過熱器、一級過熱器及二級省煤器；尾部是受熱面煙道豎井，采用支承結構，布置有一級省煤器及管式空氣預熱器；兩個豎井之間由兩個并列的旋風分離器柔性連通。蒸發管下部的爐膛四周膜式水冷壁上鋪滿耐火襯，減少了爐膛的吸熱，使懸浮段煙溫可達990℃左右。兩個給煤口內徑Φ350，均勻布置在爐前，一個給樹皮口布置在爐前水冷壁中心位置，內徑為Φ800，標高稍高于給煤口。
該電廠原為企業自備電廠，通過改制并加大生物質摻燒比例，于2013年取得資源綜合利用電廠認證；2016年鍋爐開始全燒生物質，并于年底通過國家生物質電廠審定，2017年正式享受國家生物質電價補貼。在鍋爐改燒生物質的過程中，由于生物質與燒煤性質的較多差異，出現過很多運行上的問題，但都通過設備上的改造及運行控制上改變得到了基本解決，對燃煤鍋爐改燒生物質有較強的借鑒意義。
1燃煤鍋爐改燒生物質的主要問題及原因分析
生物質與燃煤的燃燒過程基本接近，只是生物質著火更容易一些，但由于在性能指標上，如水分含量、尺寸均一性、流動性、灰分含量、灰熔點、密度及低位發熱量等都存在很大差異，用設計以燃煤為原料的鍋爐來燒生物質勢必會使某些原來設計的系統不能滿足運行的要求，如果不針對這些差異化的因素進行分析，設備優化改造及運行控制都將沒有方向。
1.1輸料、給料系統的問題及原因分析
生物質跟燃煤相比：流動性差，尺寸更難均一，密度不足燃煤的三分之一，低位發熱量基本在1500～2000大卡/公斤范圍，約為煤的三分之一。因此，具有相同能量的燃料，生物質的體積是燃煤的十倍之多，如果用燃煤鍋爐設計的輸料、給料系統來燒生物質必定容量不夠！該廠對輸料、給料系統未作改造前，兩個主要的問題十分突出，一是燃料不能滿足帶負荷的需要，鍋爐只能在50t/h負荷以下運行；二是輸料、給料系統尤其是給料口頻繁堵塞，運行人員勞動強度很大，且因此帶來煙氣參數時有超標排放的問題。
1.2燃燒不穩定及排煙損失大的問題與分析
生物質一個大的特點就是品種多、質量不一，加上收購來廠前多為露天堆放，水分含量差異很大，高的時候超過50％，這樣的燃料進入鍋爐，著火時間和燃燒強度都是有較大差異的，繼而引起的就是燃燒工況波動性大，有時會有爆燃的現象發生，如果不對進入爐內生物質原料加以控制，不采取針對性的運行管控，便會經常出現爐內溫度的大幅波動，造成熄火或者局部因超溫結焦。另外，高的水分也使煙氣量猛增，由于鍋爐按燃煤設計，尾部受熱面布置有限，使排煙溫度居高不下，不僅排煙損失、引風機電耗大大增加，嚴重時引風機出力不能滿足運行要求，同時也會影響后面除塵器的可靠運行。
1.3爐內溫度及NOx控制更難的問題及分析
我們知道，循環流化床床溫的控制中，返料灰量的控制是最為有效的措施，但生物質較燃煤灰分含量低，返料灰量往往不能滿足運行的需要。尤其是開爐初期，如果返料裝置在停爐期間檢修清理過，要建立起正常的返料灰位需要一個很漫長的過程，而此時因返料灰少使爐內溫度較高，且因最低流化風量的要求使氧量偏高，NOx的控制是一個十分艱難的事情。即使有SNCR設備，對于高溫富氧環境，脫硝效率也是極其低下，甚至無效！與燃煤鍋爐不一樣的是，生物質鍋爐對稀相區溫度控制也必須十分嚴格。因為生物質灰熔點因富含鉀離子而大幅低于燃煤的灰熔點，稀相區溫度高后使大量熔融狀態的灰分積聚在爐內蒸發管束或過熱器屏上，堵塞煙氣通道，造成煙氣流速加快，從而加劇磨損而爆管，積聚過大的灰塊有時也會掉入床層影響流化造成結焦。
2系統優化整改措施
面對如此多的問題，該企業認真分析原因，并積極與鍋爐廠家、科研院所、生物質電廠相關專家進行了交流溝通，采取了如下行之有效的整改措施。
2.1輸料系統、給料系統改造
燃煤鍋爐改燒生物質，最直觀的問題就是因所需生物質體積增大而使輸料系統、給料系統能力不足，或者是現有輸料、給料系統帶不了鍋爐產汽的設計負荷，并且在某些部位容易堵塞，影響運行的穩定性。輸料系統的改造相對獨立，主要是增加皮帶寬度或是皮帶提速，同時涉及電機增容及料斗加大等配套改造。給料系統的改造尤其是鍋爐進料口的擴大比較復雜，必須考慮進料口擴大對水冷壁讓管的影響，此外還有播料風的問題，甚至擴大下料管上還需加裝鎖氣器，否則煙氣反竄燒毀皮帶，該企業對輸料系統采取皮帶提速改造，將皮帶速度提升到原速度的1.5倍，對原燃煤下料口進行擴大處理，直徑由原來的DN350擴至DN800，效果十分明顯，生物質輸送能力有了富余，鍋爐負荷也帶至70t/h以上，且堵塞故障基本杜絕。
2.2返料系統改造
與燃煤比，生物質不僅含灰量少，且細而輕，旋風分離器很難捕捉下來，就算正常的生物質鍋爐也面臨返料不足的問題，甚至須在運行中有意識的添加泥沙，因此提高旋風分離器的效率是關鍵。該電廠將原旋風分離器中心筒加長300mm，對提高旋風分離器效率起到一定作用。此外，該廠還將除塵器灰斗下輸灰管道接了一根管子到爐膛返料口，該飛灰再循環管原在燃煤鍋爐中是為了降低飛灰含碳量的一個有效措施，現在應用到該廠鍋爐，對提高返料灰量起到了很好的作用，每天只需要打開閥門輸灰幾次，每次十分鐘即可，徹底解決了返料灰不足的問題。只是需要注意兩點：一是除塵器負擔加重，導致煙氣排放粉塵值偏高；二是輸灰時適當保持爐內較高煙氣流速，尤其是開爐初期負荷低時，以避免細灰不能進入旋風分離器而混入床料中。
2.3爐膛水冷壁澆注料部分破除
因燃煤鍋爐防磨的考慮，自蒸發管開始，爐膛四周膜式水冷壁上鋪滿了耐火襯，減少了爐膛的吸熱，這對降低稀相區溫度是不利的，由于生物質灰少且不如煤灰堅硬，在稀相區對受熱面的磨損要輕微很多。經過權衡，該廠將蒸發管下四周澆注料自上而下破除3米高度，運行較長時間后檢查，水冷壁幾乎沒有太大磨損，而蒸發管及過熱器管屏熔融積灰的現象明顯較以前好很多，雖然排煙溫度沒有降低多少，但爐內稀相區下部溫度即使偶爾偏高，也不會造成蒸發管束積灰。
2.4尾部煙道內加裝低壓省煤器
原按燃煤設計，尾部豎井只須布置一級省煤器及管式空氣預熱器就能將排煙溫度降至160℃以下，但由于生物質含水分多，煙氣量多得多，排煙溫度達到了240℃左右。借助空氣預熱器出口煙道至除塵器前的空間，該廠增加三組低壓省煤器將進入除氧器前除鹽水與汽機凝結水一道進入省煤器，降低排煙溫度至145℃左右，節省除氧器用汽，提高了系統效率，也改善了除塵器的運行環境。
3結論
就生物質燃燒技術而言，已經很成熟了，國內生物質電廠如此之多，運行基本穩定，不存在瓶頸問題。但用燃煤鍋爐改燒生物質，必定要進行相應的改造，采取與燃煤不一樣的運行管控措施。該企業用燃煤鍋爐改燒生物質，在國內是很少見的，其采取的優化改造及運行管控措施值得大家借鑒。 |
