彭大維

中國(guó)華電工程(集團(tuán))公司

1.概述

在經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展的今天，能源和生態(tài)問題越來越引起人們的重視。沒有能源，經(jīng)濟(jì)發(fā)展就失去了動(dòng)力；生態(tài)破壞，人們生存空間就受到了限制。于是，選擇新型再生能源，減少環(huán)境污染，就成了人們刻意追求的一個(gè)主要目標(biāo)，而利用新型秸稈能源就是其中一項(xiàng)重要內(nèi)容。

秸稈是農(nóng)作物通過采摘脫粒后留下來的莖葉。主要有玉米、小麥、水稻、高粱、大豆等秸稈品種。秸稈發(fā)電，是大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、利用可再生資源來轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的重要戰(zhàn)略舉措。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為7億噸左右，列世界之首，每年收獲的秸稈除去用于造紙、飼料、造肥還田及收集損失的1.09億噸外，可作為能源加以利用的秸稈總量達(dá)3.76億噸。

《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃》綱要中，在加強(qiáng)農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施方面，提出要積極發(fā)展沼氣、秸稈發(fā)電、小水電、太陽能、風(fēng)能等可再生能源，完善農(nóng)村電網(wǎng)。自中國(guó)第一個(gè)秸稈燃燒發(fā)電廠在河北省晉州市建成以來，各地（如安徽、江蘇等地）也在紛紛上馬秸稈發(fā)電項(xiàng)目。

2.工藝流程介紹

秸稈經(jīng)破碎后，通過皮帶輸送機(jī)把燃料輸送到爐前鋼料倉(cāng)（25.50m）。每爐配有1只鋼料倉(cāng)，每只料倉(cāng)的儲(chǔ)料量約為300m3，能夠儲(chǔ)存鍋爐燃燒1小時(shí)所需的秸稈碎料。

燃料在爐前鋼料倉(cāng)內(nèi)經(jīng)4組喂料螺旋機(jī)連續(xù)、均勻地壓入密封的進(jìn)料通道，然后到達(dá)層燃爐排床面上。在倉(cāng)底螺旋絞龍頭部布置有布料風(fēng)。這樣使得燃料進(jìn)入爐膛后在空中有一段飛行距離，在飛行期間，燃料處于懸浮燃燒狀態(tài)，雙面受熱，燃料中的水分快速蒸發(fā)，燃料中的揮發(fā)份迅速析出。燃料在拋撒過程中進(jìn)行了分選。對(duì)于生物質(zhì)燃料，由于比重輕，大部分屬于懸浮燃燒，然后隨煙氣離開爐膛去往后豎井，對(duì)于水份較多、長(zhǎng)度較長(zhǎng)的秸稈，則由于重量較重而落在爐排上繼續(xù)燃燒。

在爐排起始部分的一小段區(qū)域內(nèi)，由于燃料是落在冷的光的爐排面上，因而燃料的著火熱源主要來自上部熱煙氣的輻射，這屬于單面著火，且燃燒是沿爐排長(zhǎng)度方向分階段進(jìn)行的，先是燃料的預(yù)熱干燥段，接著是揮發(fā)份析出階段，然后是焦炭燃盡段，最后是灰渣燃盡段。除此以外的爐排廣大區(qū)域，新燃料直接拋撒在炙熱的焦炭層上，燃料屬雙面著火，且沿爐排長(zhǎng)度的燃料層結(jié)構(gòu)基本相似。振動(dòng)爐排具有自撥火功能，未燃盡的燃料在行進(jìn)過程中不斷受到撥動(dòng)，增加了與空氣的接觸，因而燃燒條件優(yōu)越；同時(shí)，不存在上升煙氣的分片流動(dòng)，使?fàn)t膛的氣體成分比較均勻，爐排面積熱負(fù)荷高。由于廣大的爐排面積均屬薄料層燃燒區(qū)域，因此層燃＋懸浮燃燒鍋爐具有燃料適應(yīng)廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活及料層阻力小的優(yōu)點(diǎn)。

爐排下采用分段送風(fēng)，爐排下部的風(fēng)室各自獨(dú)立，能夠根據(jù)爐排行進(jìn)不同階段控制各風(fēng)室送風(fēng)量。

采用水冷振動(dòng)爐排，有效降低爐排表面的溫度，防止?fàn)t排表面的結(jié)渣出現(xiàn)。同時(shí)合理組織爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)。在爐膛中下部?jī)蓚?cè)墻設(shè)置高速的二次風(fēng)氣流，以加強(qiáng)擾動(dòng)，改善處于懸浮燃燒狀態(tài)的燃料與空氣的混合條件，避免水冷壁附近因煙氣溫度過高和還原性氣氛而造成的結(jié)渣。

燃燒產(chǎn)生的煙氣在爐膛出口通過凝渣管、吸熱室、對(duì)流過熱器后進(jìn)入鍋爐尾部煙道。

在風(fēng)煙系統(tǒng)中,設(shè)有送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)各1臺(tái)。

一次風(fēng)流程為:風(fēng)機(jī)消聲器?送風(fēng)機(jī)?空氣預(yù)熱器?爐排?燃燒室?爐膛

二次風(fēng)流程為:風(fēng)機(jī)消聲器?送風(fēng)機(jī)?空氣預(yù)熱器?二次風(fēng)母管?水冷壁前、后墻噴嘴?爐膛

煙氣流程為:爐膛?凝渣管?吸熱室?對(duì)流過熱器?省煤器?空氣預(yù)熱器?布袋除塵器?引風(fēng)機(jī)?煙囪

引風(fēng)機(jī)主要通過變頻電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)在風(fēng)機(jī)進(jìn)口處裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門；送風(fēng)機(jī)在風(fēng)機(jī)進(jìn)口處裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門，可以根據(jù)鍋爐燃燒情況調(diào)節(jié)鍋爐進(jìn)風(fēng)量和引風(fēng)量，以確保燃料在爐排的整個(gè)面上均勻燃燒。

3.控制系統(tǒng)實(shí)施方案

本工程采用爐、機(jī)、電集中控制方式，采用分散控制系統(tǒng)（DCS）作為機(jī)組主要的監(jiān)視及控制核心，并與其它控制設(shè)備一起，構(gòu)成一套完整的綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的檢測(cè)、控制、報(bào)警、保護(hù)等功能，完成機(jī)爐啟動(dòng)、停止、正常運(yùn)行和事故處理。

機(jī)組控制可以達(dá)到以下水平：

1）在少量就地人員的巡回檢查和少量操作的配合下，在單元控制室完成機(jī)組的啟停、運(yùn)行工況監(jiān)視以及事故處理等。

2）在單元控制室完成機(jī)組正常運(yùn)行的全部監(jiān)視與調(diào)整以及異常與事故工況下的報(bào)警與處理，實(shí)現(xiàn)發(fā)變組和廠用電的監(jiān)控及切換。

3）采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，將爐機(jī)電作為一個(gè)整體實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。可在機(jī)組允許負(fù)荷變化范圍內(nèi)協(xié)調(diào)各模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，消除運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各種擾動(dòng)，維持機(jī)組主要參數(shù)穩(wěn)定，保證鍋爐與汽輪發(fā)電機(jī)組能量平衡，從而滿足電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的負(fù)荷需求。

4）如下輔助系統(tǒng)納入DCS：

秸稈給料控制系統(tǒng)(在現(xiàn)場(chǎng)控制室內(nèi)設(shè)置遠(yuǎn)程控制柜)

化學(xué)水控制系統(tǒng)(在現(xiàn)場(chǎng)控制室內(nèi)設(shè)置遠(yuǎn)程I/O柜)

綜合給水泵房控制系統(tǒng)(現(xiàn)場(chǎng)控制室內(nèi)設(shè)置遠(yuǎn)程I/O柜)

循環(huán)水泵房控制系統(tǒng)(在現(xiàn)場(chǎng)控制室內(nèi)設(shè)置遠(yuǎn)程I/O柜)

除渣系統(tǒng)控制系統(tǒng)(在現(xiàn)場(chǎng)控制室內(nèi)設(shè)置遠(yuǎn)程I/O柜)

5）煙氣在線檢測(cè)系統(tǒng)

本次工程中2臺(tái)鍋爐合用一個(gè)煙囪，需設(shè)置1套煙氣在線檢測(cè)系統(tǒng)，用于檢測(cè)秸稈焚燒產(chǎn)生的顆粒物、CO等參數(shù)，并檢測(cè)煙氣流量、溫度、氧量等相應(yīng)的輔助參數(shù)。系統(tǒng)設(shè)1個(gè)控制站?？刂普玖粲薪涌?，必要時(shí)可以實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)之間的通訊.，也可以將重要的參數(shù)作為DCS的輸入信號(hào)直接輸入DCS系統(tǒng)，可在主控室實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣排放狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)視。

4.結(jié)束語

隨著中國(guó)有關(guān)配套政策的不斷完善，以及秸稈發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步和原料收儲(chǔ)運(yùn)體系的形成，中國(guó)秸稈發(fā)電產(chǎn)業(yè)必將取得更快發(fā)展，基于發(fā)電廠的研究和實(shí)踐必將為解決我國(guó)能源利用問題做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1]田宜水編著《生物質(zhì)發(fā)電》化學(xué)工業(yè)出版社