生物質(zhì)電廠鍋爐爐前給料設(shè)備的研究

王正峰

（中國能源建設(shè)集團有限公司 廣東省電力設(shè)計研究院，廣東 廣州 510663）

0 前言

自國內(nèi)第一個示范秸稈電廠單縣生物質(zhì)發(fā)電廠于2006年12月投產(chǎn)[1]以來，全國投產(chǎn)、在建和開展前期工作的生物質(zhì)發(fā)電項目有170多個，裝機容量550多萬千瓦。從多個生物質(zhì)電廠的運行反饋情況看，爐前給料設(shè)備運行中出現(xiàn)的“堵料”問題是制約鍋爐長期連續(xù)穩(wěn)定運行的瓶頸之一。各個生物質(zhì)電廠爐前給料設(shè)備型式差別很大，運行情況也有所差異。

1 爐前給料設(shè)備的型式

生物質(zhì)電廠爐前給料設(shè)備型式多樣，主要有 “活底料倉”、“爐前料倉+二級給料”、“分料器+一級給料”及“打包上料+爐前破碎”等。

2 活底料倉

“活底料倉”應(yīng)用于國內(nèi)首座生物質(zhì)發(fā)電項目—山東單縣生物質(zhì)電廠，主要由料倉、螺旋收集機、螺旋輸送機、螺旋分配機、螺旋給料機、給料管、插板門等部件組成，結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 活底料倉

該套設(shè)備的主要工作原理為：分散在料倉中的燃料通過料倉底部的螺旋收集機收集后被輸送到螺旋輸送機的入口，再通過到螺旋輸送機進入螺旋分配機按照合適的比例進行分配，供給下一級設(shè)備—螺旋給料機后進入爐膛。該套設(shè)備的出力是由螺旋收集機控制的，螺旋收集機自身軸向旋轉(zhuǎn)的同時，還圍繞料倉中心作勻速的圓周運動，兩種運動的共同作用下，散布在倉底的燃料不斷地向中心集中并被輸送到螺旋輸送機入口處。

在該套設(shè)備中，燃料從料倉開始經(jīng)過收集、輸送、分配、給料四個過程。在收集這個環(huán)節(jié)，其主要設(shè)備為螺旋收集機，由于需要同時做自身軸向旋轉(zhuǎn)和圍繞料倉中心圓周旋轉(zhuǎn)，對設(shè)備的強度和耐磨有很高的要求，需要特殊的材質(zhì)；在分配這個環(huán)節(jié)，螺旋分配機有一個進料口和三個出料口，燃料分配的均勻性很難得到保證，特別是在燃料種類變化時。

這套方案前后采用了四種螺旋設(shè)備，系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備投資高，并且實際運行時對燃料的適應(yīng)范圍不廣。國外技術(shù)普遍采用活底料倉，但是這種技術(shù)適用灰色生物質(zhì)，對黃色生物質(zhì)并不適用[2]，目前在國內(nèi)的應(yīng)用不多，只有包括山東單縣在內(nèi)幾個早期的生物質(zhì)電廠采用。

3 爐前料倉+二級給料

這是國內(nèi)目前應(yīng)用最多的一種爐前給料方案。雖然各個電廠的方案有所差別，但都是由以下幾個主要設(shè)備組成：料倉、底部取料（承載）螺旋、給料螺旋，詳結(jié)構(gòu)見圖2。

其主要工作原理為：通過位于料倉底部的取料（承載）螺旋的軸向旋轉(zhuǎn)，提取燃料進入下一級的給料螺旋后進入爐膛。燃料提取的速度通過取料（承載）螺旋的旋轉(zhuǎn)速度控制，取料（承載）螺旋還兼做承受料倉中燃料重力的作用；給料螺旋僅作為輸送燃料用，一般全速運行。設(shè)置給料螺旋的目的，主要是如果取料（承載）螺旋直接與下料管連接，則給料距離太長，設(shè)備強度需要大大增加，增加給料螺旋后，雖然設(shè)備數(shù)量增加，但整套設(shè)備的投資還會降低。

圖2 爐前料倉+二級給料

圖3 承載、取料螺旋分開設(shè)置

有些生物質(zhì)電廠的取料（承載）螺旋分開設(shè)置，即上部為承載螺旋，下部為取料螺旋，通過兩級螺旋的設(shè)置，分別承擔(dān)承載和取料的任務(wù)，減輕設(shè)備負擔(dān)。這種方案主要用于料倉尺寸較大的情況，料倉較高時燃料對螺旋的壓力大，料倉橫向尺寸大則螺旋軸的長度尺寸大，剛度要求高。例如目前世界單機容量最大的生物質(zhì)電廠——粵電湛江（2×50MW）生物質(zhì)電廠，其爐前料倉就是采用的這種方案，結(jié)構(gòu)見圖3。

4 分料器+一級給料

目前，國內(nèi)運行的爐前給料設(shè)備大部分都設(shè)置有料倉，實際運行時會出現(xiàn)堵料。近年來，一些電廠開始嘗試取消料倉，采用“分料器+一級給料”的方案：從上料皮帶來的燃料進入分料器分配后通過兩套懸臂螺旋輸送進入鍋爐。相對于應(yīng)用較多的“爐前料倉+二級給料”方案，采用了分料器代替了料倉和第一級的取料（承載）螺旋，系統(tǒng)更加簡單，減少了可能出現(xiàn)堵料的環(huán)節(jié)。“分料器+一級給料”的結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 分料器+一級給料

設(shè)置料倉的主要目的，是利用料倉內(nèi)存有一定量的燃料對整套給料系統(tǒng)起緩沖作用，其上游的上料皮帶的運行方式就更加靈活，可以采用間斷給料的方式，也可以短時間內(nèi)停運檢修；并且生物質(zhì)燃料在上料皮帶上經(jīng)常是成間斷的堆狀，很不均勻，通過料倉底部的螺旋取料控制鍋爐進料量，與上料皮帶的給料速度不存在直接聯(lián)系，鍋爐進料量均為均勻。若取消料倉，鍋爐進料量與上料皮帶更加密切，對上料皮帶的給料連續(xù)性和均勻性要求很高。

目前，國內(nèi)一些生物質(zhì)電廠開始采用的“分料器+一級給料”的爐前給料方案，但均尚未投運，運行效果有待觀察。

5 “打包上料+爐前破碎”

這套方案由龍基電力公司全套引進丹麥BWE公司的技術(shù)，其主要特點就是采用了針對灰色秸稈和黃色秸稈不同上料系統(tǒng)的方案。

針對灰色秸稈，采用的也是“爐前料倉+二級給料”的方案。

針對黃色秸稈，采用了打包上料的方案：成捆的秸稈包送到爐前，通過垂直布置的旋轉(zhuǎn)破碎機對秸稈包進行解包和破碎后，在經(jīng)過底部的螺旋給料機將燃料送入爐膛。一部分已經(jīng)過破碎合格的燃料，可以直接進入螺旋給料機進口段，不需要經(jīng)過解包破碎的過程。黃色秸稈上料系統(tǒng)流程見圖5。

圖5 黃色秸稈上料系統(tǒng)

這套系統(tǒng)在丹麥應(yīng)用很多，其充分利用了黃色秸稈原料尺寸較長的特點，綜合考慮燃料在收集地至鍋爐的全套方案，在大面積的農(nóng)場里配備燃料打包設(shè)備打包成秸稈包，運輸和儲存更加方便，詳見圖6。

圖6 黃色秸稈的運輸和儲存

該套系統(tǒng)的爐前給料設(shè)備，就是自破碎機入口開始到爐膛進口，包括破碎機、給料機、防火門、連接段等，與其它給料方案最大的不同就是采用了爐前破碎機，兼顧解包用。由于垂直布置的爐前破碎機在高度方向上尺寸較大，需要通過傾斜的皮帶將秸稈包提升到一定的高度，一方面需要較高的支撐結(jié)構(gòu)，另一方面大高度設(shè)備在檢修維護上也較為不便，甚至可能出現(xiàn)安全事故。目前，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了一些改進的方案，主要改動就是將垂直的破碎機改成水平布置，這樣這個爐前給料設(shè)備的高度就得到了有效的降低，節(jié)省了支撐結(jié)構(gòu)的投資，并且方便檢修維護。改進前、后的爐前破碎機方案分別見圖7和圖8。

但是，這套系統(tǒng)在國內(nèi)生物質(zhì)電廠并沒有得到大規(guī)模地應(yīng)用，這與國內(nèi)與丹麥生物質(zhì)電廠燃料種類復(fù)雜程度有關(guān)。丹麥的生物質(zhì)電廠，單個電廠使用的燃料一般種類比較單一并且穩(wěn)定，設(shè)計使用黃色秸稈的電廠，就很少采用灰色秸稈；而國內(nèi)的生物質(zhì)電廠一般都會同時考慮黃色秸稈和灰色秸稈，甚至兩種燃料混合入爐。這套系統(tǒng)并不適用灰色秸稈，但黃色秸稈卻可以通過廠內(nèi)外破碎合格后進入爐膛，甚至與灰色秸稈混合后一起進入，所以設(shè)置了一套對黃色和灰色秸稈都適用的爐前給料設(shè)備，即可實現(xiàn)使用不同種類燃料的目的，沒有必要再設(shè)置這套系統(tǒng)。

因此，這套只適用黃色秸稈的“打包上料+爐前破碎”方案，不太適合國內(nèi)生物質(zhì)電廠燃料種類復(fù)雜的特點，從節(jié)省設(shè)備投資和減少運行復(fù)雜性考慮，在國內(nèi)沒有大規(guī)模應(yīng)用。

圖7 改進前的爐前破碎機方案

圖8 改進后的爐前破碎機方案

6 結(jié)論

通過對國內(nèi)目前幾種型式的爐前給料設(shè)備的研究和分析，其中“爐前料倉+二級給料”方案具有相對成熟、燃料適應(yīng)性強、應(yīng)用業(yè)績多的優(yōu)點，建有優(yōu)先采用。

［1］姜軍海,宮俊亭.生物質(zhì)發(fā)電廠區(qū)總平面布置的探討[J].武漢大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版,2009(10):82-84.

［2］李廉明,余春江,柏繼松.中國秸稈直燃發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀[J].化工進展,2010(29):84-90.