・研究与开发・ 水冷振动炉排锅炉在生物质直燃发电厂中的应用 ２７ 文章编号：１００４—８７７４（２０１１）０６—２７－０４ 水冷振动炉排锅炉在生物质直燃 发电厂中的应用 盖东飞 ，吕英胜 ，王 磊 ，张建国 ，宋举星 （１．山东电力工程咨询院有限公司，济南２５００１３； ２．国能生物发电集团有限公司，北京１０００８３） 摘要：我国是一个农业大国，生物质资源丰富，有效地利用生物质能是我国能源的 重要组成部分。生物质直燃发电是生物质利用效率最高也是技术较成熟的利用方式之一，对水 第一作者：盖东飞 冷振动炉排炉在生物质直燃发电厂的应用进行了总结，并对生物质直燃发电技术的发展进行了 展望。 （１９７６一），１９９８年 毕业于四川Ｉ大学流 关键词：生物质发电；水冷振动炉排；生物质锅炉 体传动及控制专业， 中图分类号：ＴＫ２２９ 文献标识码：Ａ 工程师，主要从事火 Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗａｔｅｒ—ｃｏｏｌｅｄ Ｖｉｂｒａｔｅｄ Ｓｔｏｃｋ 电厂控制系统的设 计工作。 Ｂｏｉｌｅｒｓ ｉｎ Ｂｉｏｍａｓｓ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ ＧＡＩ Ｄｏｎｇ．ｆｅｉ ，曲Ｙｉｎｇ—ｓｈｅｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｌｅｉ ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ—ｇｕｏ ，ＳＯＮＧ Ｊｕ．ｘｉｎｇ （１．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｊｉｎａｎ ２５００ １ ３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｉｏ Ｅｎｅｒｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈｉｎａ ｉｓ ａｎ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｃｏｕｎｔｒｙ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｉｎ ｂｉｏｍａｓｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｕｔｉｌｉｚｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ ｉｓ ｔｈｅ ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ ｅｎｅｒｇｙ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｙｒ．Ｂｉｏｍａｓｓ ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｍａｔｕｒｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ．Ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ—ｃｏｏｌｅｄ ｖｉｂｒａｔｅｄ ｓｔｏｃｋ ｂｏｉｌｅｒｓ ｉｎ ｂｉｏｍａｓｓ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ，ａｎｄ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｏｍａｓｓ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｍａｓｓ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ；ｗａｔｅｒ—ｃｏｏｌｅｄ ｖｉｂｒａｔｅｄ ｓｔｏｃｋ；ｂｉｏｍａｓｓ ｂｏｉｌｅｒ ０ 引言 列为重点科技攻关项目，在国家可再生能源中长期 我国能源与环境面临着严峻挑战，开发和利用 规划中，提出到２０２０年生物质发电总装机容量达到 环境友好型的替代能源对我国能源结构调整及国民 ３ ０００万千瓦的目标。自２０１０年７月１日国家规范 经济发展具有重大的战略意义。生物质能作为仅次 农林生物质发电上网电价后，各发电企业对生物质 于煤炭、石油和天然气的第四大能源，蕴藏量极大， 能发电给予了更多的关注。 涵盖传统的薪柴、农林作物、农林废弃物、食品加工 １生物质直燃发电技术 和林产品加工的下脚料、城镇生活垃圾、人畜粪便、 目前生物质发电技术主要有直接燃烧发电、混合 生活污水、湖底淤泥等形式。我国生物质能一直是 燃烧发电、热解气化发电和沼气发电４个种类。其中 农村的主要能源之一，农村生活用能６１％仍靠传统 混合燃烧发电因无法享受国家对新能源的扶持 直接燃烧方式利用生物质能，利用效率低于１０％， 而受到抑制；气化发电及沼气发电规模小，过程复杂， 而采用生物质发电技术，可将生物质能转化为高品 而且造价和运行成本都较高，大规模的发电系统仍未 质的电能，热效率可提高到３５％～４０％，既节约能 成熟，一般发电规模在２００ ｋＷ以下；而生物质直燃发 源，又改善农村的居住环境，提高农民生活水平。 电技术已经基本成熟，在大规模下效率较高，单位投 我国对生物质能的利用极为重视，连续在４个 资也较合理。目前生物质直燃发电的关键技术包括 国家五年规划中将生物质能利用技术的研究与应用 原料的预处理技术、蒸汽锅炉的多种原料适用性技 术、高效燃烧技术、低氮燃烧及烟囱防腐技术等。 收稿日期：２０１１－０７—２１ 采用直燃发电方式的生物质锅炉主要有循环流 ２８ 工业锅炉 ２０１１年第６期（总第１３０期） 化床锅炉和层燃锅炉两种。循环流化床锅炉通过燃 料破碎在炉内流化风流化后循环燃烧，燃料燃烧充 内脱硫的问题而在国内采用的，虽然近年开始尝试 在生物质发电中应用，但很多技术问题仍未解决，由 于循环流化床锅炉易掺煤燃烧，在ＣＤＭ指标申请上 难度相对较大。 层燃锅炉主要有往复炉排、水冷振动炉排及链 分。相对于层燃锅炉，循环流化床生物质锅炉具有 以下优点： （１）燃烧稳定，而且燃烧效率高； （２）低温燃烧不易结渣，ＮＯ 等污染物排放低； （３）燃料适应性强，对带泥沙燃料的燃烧能很 好的适应； 条炉排等型式。层燃锅炉结构简单、操作方便、投资 和运行费用相对较低，但存在燃料适应性不强、炉排 与水冷壁之间密封不严、高温排渣不畅、污染物排放 （４）锅炉无运动部件，事故率低； （５）负荷可调节性大，可满足３０％ ～１１０％的 负荷运行需要。 但也存在以下不足： （１）由于增加流化风机等特殊设备，厂用电要 较高、锅炉运动部件容易产生故障、给料口等位置磨 损严重等问题。 ２水冷振动炉排炉直燃发电技术 我院设计的生物质电厂主要有１２ ＭＷ、１８ ＭＷ 及３０ ＭＷ ３种装机方案，采用４８ ｔ／ｈ、７５ ｔ／ｈ及１３０ 高于层燃锅炉； （２）运行过程中需不定时添加沙子、高铝砖屑 等床料，增加了运行成本； （３）流化床锅炉对入炉燃料颗粒尺寸要求严 格，需要增加燃料破碎等预处理工艺和设备； （４）蓄热床料燃烧后产生的飞灰硬度较高，容 易磨损锅炉受热面。 ｔ／ｈ ３种成熟技术的高温高压炉型，涵盖了黄色秸秆 和灰色秸秆两种燃料，且１×３０ ＭＷ的装机方案效 益最佳。 （１）灰色秸秆由于密度较大，长短不一，需破碎 加工后采用散料形式输送至炉前的秸秆料仓中，经 螺旋给料机将秸秆送入炉膛燃烧。 灰色秸秆直燃发电的工艺流程如图１所示。 循环流化床最早主要是为解决燃煤机组烟气炉 １一炉前给料仓２一计量单兀３一给料机４一振动炉排５～燃烧室６一布袋除尘器７一引风机８一送风机 ９一空气预热器１Ｏ一烟气冷却器１１一省煤器１２一二级过热器ｌ８～给水箱１３一ｊ级过热器１９一循环水米水１４一四级过热器 ２０一汽包 １５一一级过热器１６一发电机ｌ７一冷凝器图Ｉ 灰色秸秆直燃发电工艺流程 罔ｌ中锅炉炉膛前墙设计有２～６个给料口，螺 旋给料机将散料输送至炉前给料仓，通过播料器把 燃料送人炉膛，播料风将燃料抛至炉膛后部落在炉 量，需要打捆至规定的体积和重量后输送至炉膛内 燃烧。在收、储、运等燃料供应系统诸环节，以黄色 秸秆为燃料的生物质直燃发电机组要比以灰色秸秆 排上，在高温烟气和一次风的作用下逐步预热、干 燥、着火、燃烧。燃料边燃烧边向炉排前部运动，直 为燃料的生物质发电机组技术复杂程度和难度大得 多。在我国北方地区的农作物一年两熟，黄色秸秆 至燃尽，最后灰渣落人炉前的出渣口。 （２）黄色秸秆燃料一般体积大、重量轻、密度 小，为满足锅炉燃烧发热量，保证单位时间内的上料 收获季节较短，必须在较短时间内收购、存储。 黄色秸秆锅炉直燃发电的］二艺流程如图２所 示。 ・研究与开发・ 水冷振动炉排锅炉在生物质直燃发电厂中的应用 ２９ Ｉ一链式输送机２一密封门 ３一计量单元４一破碎机５一防火门 ６一给料机７一水冷套８一振动炉排 ９一捞渣输送机１Ｏ一燃烧室 １ １一空气预热器１２一引风机１３一送风机１４一取风口 １５一空气预热器 １６～热风１７一给水箱１８一汽包１９一省煤器２０、２１、２２一分别为一二三级过热器２３一减温水 ２４～主蒸汽２５一空气冷凝器２６一炯气冷却器２７一烟气预除尘分离器２８一布袋除尘器２９一木屑料仓 ３０一木屑存储仓３１一秸秆存储仓３２一灰处理设备３３一点火油 图２ 黄色秸秆锅炉直燃发电工艺流程 黄色秸秆锅炉采用整包输送给料技术，燃料形 些二次风约占总风量的７０％。二次风搅拌炉内气 状为一定尺寸的秸秆包。根据燃料类型，一般炉前 体使炉内烟气产生旋涡，延长悬浮的飞灰及飞灰可 采用链式输料系统，破碎机散包，给料机喂料。锅炉 燃物在炉内的行程，使飞灰及飞灰可燃物进一步降 炉膛前墙设计有２～４个给料口，通过给料螺旋把燃 低，有利于提高锅炉热效率，降低锅炉初始排烟浓 料送入炉膛，落在炉排上。振动炉排由振动机构、风 度。 室、支撑件和水冷炉排组成，水冷炉排为全膜式壁结 从图１、图２中可以看到，灰色秸秆和黄色秸秆 构，其鳍片上开有很多ｓｌ，：ｆＬ。由于秸秆着火温度低、 锅炉振动炉排倾斜方向是不一样的，灰秆燃料采用 挥发分高，在燃料的给入阶段一次风由水冷炉排上 播料风抛料方式送人振动炉排后部，然后振动向前 的小孑Ｌ进人炉膛，为燃烧提供所需的氧。 使燃料燃尽，而黄秆燃料采用螺旋给料机将燃料挤 燃料由给料机送到炉排前部，在此处由于高温 入炉膛前部，然后逐渐向炉后运动，使燃料燃尽；灰 烟气和一次风的作用逐步预热、干燥、着火、燃烧。 秆锅炉空气预热器预热采用低压给水及高压给水两 随着振动机构的工作，燃料边燃烧边向炉排后部运 级加热，以防止氯离子低温腐蚀空气预热器，而黄秆 动，直至燃尽，最后灰渣落人出渣口。 锅炉空气预热器只有高压给水一级加热。灰秆锅炉 在炉膛下部，前后墙各布置有许多二次风口，这 的本体结构如图３所示。 图３某型灰色秸秆锅炉本体结构 工业锅炉 ２０１１年第６期（总第１３０期） ３水冷振动炉排锅炉的安装 炉排炉的安装方式要比循环流化床锅炉简单， 采用的是自底部逐步安装的安装方式。锅炉水冷系 统受热面由炉排、侧水冷壁、前水冷壁、后一、后二、 后三水冷壁以及炉顶水冷壁组成。整个水冷壁受热 对炉排及支撑钢结构进行对焊。 ４生物质直燃发电项目运营中的主要问题 生物质锅炉燃料物理特性及上料方式不同于普 通的燃煤锅炉，秸秆上料过程中，由于秸秆较长、潮 湿、缠绕性强等原因，在调试和试运行期间经常出现 卡料、堵料、燃料打滑、炉前给料系统落料管下料不 畅等问题，造成锅炉运行不稳定；有些秸秆收集后发 现灰分含量较高，在锅炉给料过程中对锅炉给料口 面形成３个烟气通道，分别为炉膛、烟气通道二和 三。集中下降管通过导向型球形支座支撑在基础 上，在其上方通过引入管与侧墙下集箱连接，起加固 作用，在集中下降管的中上部有两层导向装置。水 冷壁两侧下集箱通过其下方的支座支撑在底部支撑 装置上。两集箱之间有连接管，作为前后水冷壁的 下集箱和连通集箱，这些集箱有一个膨胀中心，膨胀 中心位于炉前下集箱中心，侧下集箱的支座与底部 支撑装置之间可相对移动。水冷壁及其与之相连的 及炉膛等部位磨损较严重；大部分生物质锅炉均存 在各级受热面的积灰、过热器结渣的问题，随着运行 时间的延长如果不及时处理都会降低生物质锅炉的 传热性能。 ５生物质直燃发电的前景 我国生物质直燃发电在短短的几年内从无到 其他部件、附件的重量通过侧下集箱传至底部支撑 装置上。 有，从引进国外技术到收购国外技术母体丹麦ＢＷＥ 公司，发展规模越来越大，技术能力也突飞猛进，从 根据锅炉大小，一般设置２～４副振动炉排，当 任何～副炉排发生故障时，可以不停炉保持锅炉稳 定运行。水冷振动炉排中间采用迷宫式密封，密封 只能燃烧单一燃料的生物质锅炉到目前可实现多种 生物质燃料混烧的生物质锅炉，生物质直燃发电技 术已经日趋成熟，并向多元化方向发展，例如在非洲 等国家甜高粱种植区域正逐渐兴起甜高粱制取乙 醇，其糟渣混合其他生物质燃料直燃发电；在城市近 郊兴起的垃圾掺烧秸秆的生物质一垃圾混烧发电等 内部填充耐高温填充物。由于炉排为运动部件，炉 排侧面与锅炉左右侧墙及前墙在安装过程中需要保 持一定的间隙。如果锅炉炉排安装不当，间隙调整 不合适，炉排的周期振动会收到影响，并将能量传递 到炉体上，造成锅炉漏风、水冷壁管爆管、炉体晃动、 炉膛负压波动大、排污管破裂等问题。因此锅炉炉 排的安装及锅炉密封性能对锅炉安全运行十分重 要。 发电方式。随着国家对节能减排要求的提高和相关 激励的调整，生物质资源的开发和利用，特别是 直燃发电技术将会进一步发展，并展现广阔的前景。 强 参考文献 ［１］中国电力科学研究院生物质能研究室．生物质能及其 发电技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社２００７． ［２］自兆兴．生物质锅炉技术现状及存在问题［Ｊ］．工业锅 炉，２００８（２）：２９—３２． 在锅炉安装中，一般在找正炉膛中心线后，先安 装汽水管道，再进行水冷壁刚性梁的安装连接，最后 再确定炉排的安装基准。在安装炉排之前，需要计 算锅炉四侧水冷壁向下及向外膨胀的数值，确定振 动炉排前后联箱的标高然后进行钢支撑固定及焊接 作业。钢支撑焊接完成后根据炉膛在自由状态下的 纵横中心线确定炉排的中心线位置，保证炉排中心 ［３］陈浩．生物质发电秸秆锅炉振动炉排安装技术［Ｊ］．青海 电力，２０１０（３）：１９－２１． ［４］叶雯．水冷振动炉排秸秆直燃锅炉的研发与应用［Ｊ］．Ｔ 业锅炉，２００９（３）：１－４． 线与炉膛中心线重合，同时满足炉排与炉膛四壁的 间隙要求。在炉排找正后，安装炉排密封件，最后再 建设节 约型社会 综合
