鍋爐摻燒生物質(zhì)熱解氣可行性分析

徐國(guó)寶 唐楠

摘要：某公司鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。燃燒方式采用擺動(dòng)式、四角切圓、低氮燃燒技術(shù)。設(shè)計(jì)煤種為俄霍布拉克煤，該煤種為水分低、灰分中等、發(fā)熱值較高的煙煤。采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)鍋爐設(shè)置5臺(tái)ZGM95K型中速磨煤機(jī)，4運(yùn)1備;燃燒器共設(shè)置五層煤粉噴嘴，每臺(tái)磨的出口由四根煤粉管接至爐膛四角的同一層煤粉噴嘴。設(shè)計(jì)煤粉細(xì)度R90=18%～20%。煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式燃燒器。燃燒器共設(shè)置五層煤粉噴嘴。

目前采用微油點(diǎn)火方式，每臺(tái)鍋爐設(shè)置兩層微油點(diǎn)火燃燒器，布置在煤粉燃燒器的最下兩層（A層和B層）。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐;氣體燃料

1.課題背景

生物質(zhì)聯(lián)產(chǎn)活性炭、熱、電的生產(chǎn)模式為近年興起的綠色產(chǎn)業(yè)。主要流程是將棉籽殼、棉花稈等送入氣炭聯(lián)產(chǎn)氣化爐內(nèi)，在氣化劑作用下產(chǎn)生氣化炭及熱燃?xì)?。通過(guò)干式分離、冷卻凈化后得到高熱值的可燃?xì)?可用于燃機(jī)發(fā)電，也可用于鍋爐耦合摻燒。某環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司即將入駐周邊，預(yù)計(jì)產(chǎn)出的可燃?xì)鉄嶂禐?000-7000大卡，每立方售價(jià)0.5元，年產(chǎn)6.3億立方。若通過(guò)技術(shù)改造，采用生物質(zhì)熱解氣體燃料作為鍋爐的補(bǔ)充燃料，實(shí)現(xiàn)大比例替代摻燒，可有減少燃煤消耗量，緩解燃煤采購(gòu)及減碳?jí)毫Α?/p>

2.燃煤鍋爐摻燒氣體燃料術(shù)可行性分析

在不改變鍋爐現(xiàn)有受熱面結(jié)構(gòu)、燃燒器布置方式的前提下，通過(guò)增加燃?xì)鈬娮?，最大可?shí)現(xiàn)25%負(fù)荷的氣體燃料摻混燃燒。每層煤粉噴嘴可帶鍋爐負(fù)荷 25%。摻燒 25%負(fù)荷的氣體燃料，輸入量約 30000Nm3/h。

推薦改造方案：對(duì) A、B、C、D、E 五層煤粉層之間的四層二次風(fēng)噴口進(jìn)行改造，增加 16 支氣體燃料噴口，每支噴口出力約為 2000 Nm3/h。燃燒器布置圖見(jiàn)圖 1，紅色箭頭為改造位置。

本方案下，燃燒器僅需要改造四層二次風(fēng)噴嘴，不需要改造水冷壁，所以此方案對(duì)于鍋爐的水循環(huán)安全性沒(méi)有影響。改造后對(duì)鍋爐影響如下：

1、額定負(fù)荷時(shí)，投運(yùn)三層磨煤機(jī)。經(jīng)過(guò)初步的熱力計(jì)算，在摻燒 25%負(fù)荷氣體燃料的情況下，可通過(guò)燃燒器擺動(dòng)、調(diào)整爐膛氧量等，使汽溫達(dá)到額定汽溫，減溫水也在可控范圍。

2、由于氣體燃料的熱值很高，未完全燃燒熱損失低，生成煙氣量較少。為保證再熱汽溫，燃燒器需向上擺動(dòng)，爐膛出口煙溫升高。

3、摻燒氣體燃料后，額定負(fù)荷投運(yùn)三臺(tái)磨煤機(jī)，導(dǎo)致一次風(fēng)率下降。這將使得空預(yù)器一次風(fēng)阻力下降，二次風(fēng)阻力增加。后續(xù)需要進(jìn)一步校核送風(fēng)機(jī)壓頭余量能否滿足帶負(fù)荷要求，以及空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率變化的影響。

3.改造優(yōu)缺點(diǎn)

3.1改造后優(yōu)點(diǎn)

（1）使用燃?xì)鈬娮齑嫖⒂蜆專紵矢?。鍋爐在啟、停爐以及等重大操作時(shí)均由過(guò)去投油穩(wěn)燃方式改為摻氣穩(wěn)燃，降低了燃燒不充分造成空預(yù)器及尾部煙道二次燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）可實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷摻氣穩(wěn)燃，鍋爐側(cè)具備低負(fù)荷穩(wěn)燃能力，能夠參與深度調(diào)峰，獲得一定的電價(jià)補(bǔ)貼。在并網(wǎng)初期，投運(yùn)上層氣體燃料噴口可提高鍋爐出口煙溫，提高SCR入口溫度，實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝。

（3）氣體燃料摻燒后煙氣產(chǎn)物對(duì)下游環(huán)保設(shè)施影響較小;可減少脫硫、脫硝及電除塵系統(tǒng)功耗及機(jī)組噴氨量。

（4）可減少磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，降低磨煤機(jī)運(yùn)行電耗，提高制粉系統(tǒng)備用裕量;同時(shí)鍋爐一次風(fēng)率下降，使空預(yù)器一次風(fēng)阻力下降，二次風(fēng)阻力增加，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率將下降。

（5）能夠?qū)崿F(xiàn)氣體燃料可靠、高效的替代摻燒;緩解公司煤炭采購(gòu)壓力，減少化石能源消耗，總摻燒比例超過(guò)10%時(shí)，可不參與全國(guó)碳資產(chǎn)配額履約。

3.2改造后缺點(diǎn)

（1）需建設(shè)氣體燃料輸送專用線及配套安全設(shè)備、設(shè)施，投資較高、安全管理風(fēng)險(xiǎn)高，管線建設(shè)費(fèi)用需工程造價(jià)單位進(jìn)行預(yù)估。

（2）氣體燃料易燃易爆，具有毒性和腐蝕性;引入氣體燃料后，增加了廠內(nèi)危險(xiǎn)源。燃料輸送管線經(jīng)過(guò)之處所有電氣設(shè)備均需改為防爆型，同時(shí)沿路需安裝泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置，安全投入巨大。

（3）摻燒可燃?xì)鈱?dǎo)致二次風(fēng)率增加，需核算滿負(fù)荷時(shí)送風(fēng)機(jī)運(yùn)行裕量是否滿足要求，若不滿足要求需增加助燃風(fēng)機(jī)。

（4）對(duì)氣源穩(wěn)定性要求較高，若運(yùn)行中氣源品質(zhì)突變，存在燃?xì)鈬娍诙氯皽缁痫L(fēng)險(xiǎn)，極易造成鍋爐負(fù)荷波動(dòng)甚至MET保護(hù)動(dòng)作。

4.經(jīng)濟(jì)性分析

4.1熱量替代法反算收益平衡點(diǎn)

（1）柴油單價(jià)7500元/t;熱值10200Kcal/Kg，單價(jià)0.735元/M cal（。

（2）月度折算標(biāo)煤加權(quán)單價(jià)442元/t，熱值7000Kcal/Kg;單價(jià)0.063元/M cal。

（3）氣體燃料熱值在6000-7000Kcal/Nm3，相對(duì)密度暫估0.6，折算密度為0.77Kg/Nm3。氣體燃料單價(jià)0.5元/Nm3，折算到單位熱值單價(jià)為0.083元/M cal。

與可燃?xì)怏w單價(jià)0.083元/M cal等效替代折算出燃煤?jiǎn)蝺r(jià)為580元/t。

與可燃?xì)怏w單價(jià)0.071元/M cal等效替代折算出燃煤?jiǎn)蝺r(jià)為497元/t。

氣體燃料相比液體及固體燃料，其未完全燃燒熱損失較少，燃燒效率約高出4%，差值較小，這里暫不考慮燃燒效率問(wèn)題。

4.2摻氣燃燒配合深度調(diào)峰經(jīng)濟(jì)性

實(shí)時(shí)深度調(diào)峰交易采用“階梯式”報(bào)價(jià)方式和價(jià)格機(jī)制，發(fā)電企業(yè)在不同時(shí)期分兩檔浮動(dòng)報(bào)價(jià)，具體分檔及報(bào)價(jià)上、下限見(jiàn)下表：

火電廠實(shí)時(shí)深度調(diào)峰電價(jià)=第二檔有償調(diào)峰電量×第二檔實(shí)際出清電價(jià)。有償調(diào)峰電量為火電廠在各有償調(diào)峰分檔區(qū)間內(nèi)平均負(fù)荷率低于有償調(diào)峰基準(zhǔn)形成的未發(fā)電量。

深度調(diào)峰報(bào)價(jià)檔位按第二檔計(jì)算時(shí)有較大的利潤(rùn)空間，上網(wǎng)電價(jià)差值暫估0.4元/kw·h。深度調(diào)峰平均負(fù)荷基準(zhǔn)暫定35%（即低于第二檔有償調(diào)峰區(qū)間的有償調(diào)峰負(fù)荷為5%）;雙機(jī)年均參與深度調(diào)峰時(shí)間暫估1000h。

35%負(fù)荷工況下標(biāo)煤消耗量50t/h，折合成發(fā)熱量為350000Mcal/h;柴油消耗量是0.32t/h（一層油槍）;折合成發(fā)熱量為6528Mcal/h;輸入總熱量356528Mcal/h。使用氣體燃料100%替代燃油穩(wěn)燃，需投入氣體燃料1100Nm3/h;年消耗可燃?xì)?100000Nm3。

摻燒氣體燃料開(kāi)展深度調(diào)峰節(jié)約燃料成本節(jié)約1850元/h;參與深度調(diào)峰電價(jià)補(bǔ)貼收益7000元/h;摻燒氣體燃料穩(wěn)燃配合機(jī)組深度調(diào)峰收益為8850元/h，年收益為885萬(wàn)元。

5.結(jié)論及建議

（1）不考慮初投資的前提下，氣體燃料價(jià)格低于4.52元/Nm3時(shí)摻燒經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于柴油。

（2）不考慮改造初投資，氣體燃料熱值不低于6000Kcal/Nm3，到廠價(jià)格低于0.38元/Nm3時(shí)，摻燒氣體燃料具有成本優(yōu)勢(shì)。

（3）摻燒氣體燃料參與電網(wǎng)深度調(diào)峰能，預(yù)計(jì)年收益為885萬(wàn)元。

（4）摻燒秸稈熱解氣主要取決于氣價(jià)及氣源穩(wěn)定性，理論上能夠?qū)崿F(xiàn)燃料靈活性改造的目的，實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰及全負(fù)荷脫硝，同時(shí)能夠減少碳排放。詳細(xì)、全面的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)包括：項(xiàng)目初投資、廠用電量、石灰石、液氨消耗量、以及碳減排帶來(lái)的正向收益等指標(biāo)，可委托第三方進(jìn)行全面分析。