鮑麗麗

（太原鍋爐集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

0 引言

我國(guó)生物質(zhì)能源儲(chǔ)量巨大，發(fā)展生物質(zhì)能源具有先天優(yōu)勢(shì)。循環(huán)流化床鍋爐由于其自身適用于劣質(zhì)燃料的特點(diǎn)，使其在生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

1 鍋爐參數(shù)及燃料選擇

生物質(zhì)混燒技術(shù)最突出的優(yōu)勢(shì)是當(dāng)生物質(zhì)與煤混燒時(shí)，生物質(zhì)燃料堿金屬和Cl 的含量通過(guò)煤的加入得到稀釋，鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的積灰結(jié)渣等一系列問(wèn)題可以得到有效解決，鍋爐可用率可以達(dá)到燃煤鍋爐的水平[1]。

1.1 鍋爐參數(shù)

鍋爐主要由爐膛、絕熱旋風(fēng)分離器、自平衡回料閥和尾部對(duì)流煙道組成。爐膛采用膜式水冷壁，鍋爐中部是絕熱旋風(fēng)分離器，尾部豎井煙道布置蒸發(fā)管束，兩組對(duì)流過(guò)熱器，過(guò)熱器下方布置兩級(jí)三組光管省煤器及一、二次風(fēng)各三級(jí)空氣預(yù)熱器。

給煤進(jìn)料口布置在敷設(shè)有耐火材料的爐膛下部還原區(qū)，遠(yuǎn)離二次風(fēng)入口點(diǎn)，從而使細(xì)煤在被高速氣體夾帶前有較長(zhǎng)的停留時(shí)間。生物質(zhì)給料口壓力應(yīng)比爐膛高并有防堵措施，供方應(yīng)采取有效措施，以防止熱氣體從爐內(nèi)反吹。給煤進(jìn)入爐膛應(yīng)混合均勻。鍋爐基本參數(shù)，如表1 所示。

表1 鍋爐基本參數(shù)

1.2 燃料選擇

以蒙東褐煤為例。蒙東褐煤的低位發(fā)熱值在3 200～3 600 kcal/kg 之間，煤的顆粒度為0～10 mm。生物質(zhì)焦炭的低位發(fā)熱值約為2 800 kcal/kg，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%～35%，揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)58.97%，固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)37.42%，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.78%，生物質(zhì)秸稈廢料低位發(fā)熱值約為2 500 kcal/kg。

根據(jù)蒙東褐煤的煤質(zhì)資料，確定摻燒比例為蒙東褐煤（約占57%）、生物質(zhì)焦炭（約占33%）、秸稈廢料（約占10%）。

2 燃煤耦合生物質(zhì)鍋爐的特點(diǎn)

采用循環(huán)流化床燃燒方式，在860℃左右的床溫下，燃料和空氣在爐膛密相區(qū)內(nèi)混合，燃料在流態(tài)化狀況下進(jìn)行燃燒并釋放出熱量，高溫物料、煙氣與水冷壁受熱面進(jìn)行熱交換。煙氣攜帶大量的物料自下而上從爐膛上部的后墻出口煙道切向進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器中進(jìn)行煙氣和固體顆粒的分離，分離后潔凈的煙氣由分離器中心筒出來(lái)依次流過(guò)尾部煙道中的蒸發(fā)管束、過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器，此時(shí)煙溫降至137℃左右排出鍋爐本體；被分離器捕集下來(lái)的固體顆粒則通過(guò)立管，由返料器直接送回到爐膛，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)燃燒。因此固體物料（灰、未燃燼碳）在整個(gè)循環(huán)回路內(nèi)反復(fù)循環(huán)燃燒，利用率大大提高。

2.1 高效的循環(huán)物料燃燒系統(tǒng)

采用大直徑單筒分離器，加之進(jìn)口、中心筒的優(yōu)化，分離器效率更高。匹配流化良好、均勻，阻力適當(dāng)?shù)牟硷L(fēng)裝置。

2.2 配風(fēng)優(yōu)化，合理的一二次風(fēng)分配

較低的一次風(fēng)率，增強(qiáng)爐內(nèi)還原性氣氛。太原鍋爐集團(tuán)有限公司的循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)物料系統(tǒng)分離效率極高，循環(huán)物料粒徑細(xì)，提高了床層質(zhì)量。爐膛下部處于極強(qiáng)的還原性氣氛，可以有力地抑制燃料氮生成NOx，本項(xiàng)目布風(fēng)板一次風(fēng)比例由50%調(diào)整為45%。

確保爐膛還原性氣氛、穿透力強(qiáng)的二次風(fēng)布置。流化床鍋爐密相區(qū)燃燒是在還原氣氛中進(jìn)行的，二次風(fēng)由稀相區(qū)送入爐膛完成燃燒過(guò)程，本項(xiàng)目適當(dāng)提高二次風(fēng)口高度保證爐膛下部還原氣氛更濃，大大降低NOx排放。

2.3 NOx 原始排放低

足夠細(xì)的循環(huán)物料。循環(huán)流化床鍋爐的氮氧化物主要來(lái)源于燃料中的揮發(fā)分氮。提高二次風(fēng)口高度。較低的一次風(fēng)率，增強(qiáng)爐內(nèi)還原性氣氛。合理的床溫選擇及控制。爐內(nèi)溫度場(chǎng)均勻。氧量均勻。

由于采用高效的物料循環(huán)系統(tǒng)，爐內(nèi)不僅物料均勻，下部流化均勻，同時(shí)整個(gè)爐膛下部氧量均勻。循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)物料系統(tǒng)分離效率極高，循環(huán)物料粒徑細(xì)，提高了床層質(zhì)量。爐膛下部處于極強(qiáng)的還原性氣氛，可以有力的抑制燃料氮生成NO。

2.4 關(guān)于SO2 排放低

生物質(zhì)中硫含量低，堿金屬與硫反應(yīng)生成硫酸鹽，起固硫劑作用，生物質(zhì)灰中的CaO 含量高，自脫硫能力強(qiáng)。對(duì)于摻燒生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，生物質(zhì)燃料本身含硫量低，鍋爐SO2初始排放低。

2.5 鍋爐的選擇性排渣技術(shù)的應(yīng)用

由于鍋爐本身在設(shè)計(jì)煤種下進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，生物質(zhì)燃料本身受外界影響嚴(yán)重，來(lái)源不穩(wěn)定。當(dāng)實(shí)際運(yùn)行煤種發(fā)生改變時(shí)，鍋爐運(yùn)行工況會(huì)有較大改變。鍋爐的選擇性排渣技術(shù)很好地解決此問(wèn)題。熱值差距不大時(shí)，可通過(guò)控制循環(huán)物料量的變化來(lái)調(diào)整運(yùn)行即可。根據(jù)實(shí)際煤種下的運(yùn)行情況，當(dāng)煤種變化（循環(huán)灰量變化）、鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，鍋爐能夠通過(guò)調(diào)整不同排渣管排渣量這種簡(jiǎn)單的方式調(diào)整爐膛溫度、循環(huán)灰量，保證床溫穩(wěn)定，使燃燒更充分，煤種適應(yīng)性更強(qiáng)，各種工況均能達(dá)到最佳運(yùn)行效果。

3 工程應(yīng)用

摻燒生物質(zhì)低能耗循環(huán)流化床鍋爐，保證鍋爐在低氮燃燒的前提下，提高鍋爐燃燒效率，同時(shí)兼顧鍋爐的寬負(fù)荷調(diào)節(jié)與寬煤種適應(yīng)，保證鍋爐后期的連續(xù)安全穩(wěn)定高效低氮運(yùn)行。以某項(xiàng)目中1#和2#爐的運(yùn)行情況為例。

1#爐自2021 年11 月點(diǎn)火以來(lái)到2022 年2 月，運(yùn)行時(shí)間3 個(gè)月左右，負(fù)荷大部分時(shí)間60～100 t/h 之間。其中負(fù)荷在40%～50%負(fù)荷時(shí)，主汽溫度520 ℃以上，主汽壓力8.5 MPa，風(fēng)室風(fēng)壓一般在6.5 kPa 左右，爐膛差壓一般可以控制到800～1 000 Pa 左右，當(dāng)爐膛出口負(fù)壓提高后，爐膛差壓會(huì)增加到1 200～1 300 Pa左右，煤的熱值低灰分大時(shí)，爐膛差壓可能會(huì)增加到1 400 Pa。床溫一般在760～780 ℃之間。1#爐冷風(fēng)道風(fēng)量42 000 時(shí)，風(fēng)室倒渣，一次風(fēng)提高到50 000 以上，鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定。1#爐低負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定，環(huán)保排放達(dá)標(biāo)，主要問(wèn)題是風(fēng)量偏低時(shí)有倒渣的現(xiàn)象。

2#爐2022 年2 月到3 月運(yùn)行時(shí)間1 個(gè)月左右，一直低負(fù)荷運(yùn)行，負(fù)荷一般在60 t/h，35%的負(fù)荷。基本參數(shù)與1#爐一致，但排渣能力比1#爐略強(qiáng)，風(fēng)室風(fēng)壓6.5 kPa 左右，爐膛差壓可以控制在500 Pa 左右，床溫明顯更高，可以控制在800 ℃以上。2#爐低負(fù)荷運(yùn)行更穩(wěn)定，環(huán)保排放達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

燃煤耦合生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐在可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等方面有重大突破，可為用戶節(jié)省大量的投資與運(yùn)行費(fèi)用，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。相較于純?nèi)忌镔|(zhì)機(jī)組、煙氣脫碳等碳減排方案，燃煤機(jī)組耦合生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)在機(jī)組效率、投資運(yùn)行成本等方面均優(yōu)勢(shì)明顯，是目前較為合適的燃煤機(jī)組碳減排及生物質(zhì)能利用方式[2]。