摘要:生物质能是主要的可再生能源。分析了生物质发电现状,针对生物质电厂秸秆锅炉,进行了运行调试研究。分析了锅炉点火条件、锅炉负荷控制方法、锅炉负压控制方法、蒸汽压力控制方法和锅炉停炉方法;讨论了设计参数和实际运行情况的差异。为生物质锅炉设计、改造和运行提供了参考。
关键词:生物质;锅炉;运行
0 前言
我国能源结构以煤炭为主,煤炭所占比重达70%左右。燃煤电厂要消耗大量不可再生能源,浪费了我们的宝贵财富,同时造成了严重的大气污染。为保证我国经济持续、健康、快速、协调发展,达到全面小康水平,必须大力发展可再生能源和提高能源利用率。目前对可再生能源的大规模开发利用主要为风能、太阳能和生物质能。
生物质是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动、植物能再生的物质。生物质能则是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用,把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。生物质包括林木废弃物(木块、木片、木屑、树枝等)、农业废弃物、水生植物、油料植物、有机物加工废料、人畜粪便及城市生活垃圾等。
1锅炉设备简介
炉膛采用膜式水冷壁,炉底布置水冷振动炉排。在冷却室和过热器室分别布置了高温过热器、中温和低温过热器。尾部采用光管式省煤器及管式空气预热器。炉膛、冷却室和过热器室四周全为膜式水冷壁,为悬吊结构。炉前布置燃料供应系统,采取前墙进料燃烧技术。锅炉采用振动炉排固态排渣方式,人工火把点火。除渣系统包括碎渣机,水冷螺旋输送机,水平链斗输送机,斗式提升机及渣斗。
锅炉燃料按100%玉米秸秆进行设计,按100%燃烧果木枝条进行校核,还要兼顾其它生物质燃料(小麦秸秆、棉花秸秆、糠醛渣等),并满足以煤为备用燃料。锅炉采用水冷振动炉排前墙燃烧方式,两侧墙各有一个糠醛渣斗,经2台螺旋给料机送至位于后墙的4台风力抛煤机,将糠醛渣抛至前墙燃烧(作为备用燃料)。锅炉燃烧设备与煤粉炉有较大的区别,它是由秸秆给料机、炉膛、水冷振动炉排、一、二次风管,播料风等设备组成。每台锅炉配备1套炉前给料系统,给料系统包括储料仓;一级双螺旋给料机8台,布置在储料仓下部;二级为皮带输送机2台,布置在一级下部;三级给料机为螺旋给料机,出口连通锅炉,共4台,布置在二级出口下方;为了保证安全生产,防止发生火灾,在三级出口处,安装了防火快速门,防止炉膛正压时出现回火现象。
水冷振动炉排是主要的燃烧设备和排渣设备,炉排设计成一定形状,与炉膛下水冷壁紧密接触,并用螺栓固定在水冷壁上,炉排片可以得到水冷壁的良好冷却,保护水冷壁,不宜被烧坏。炉排片上开有小孔,燃烧所需的一次风从炉排上小孔喷出,可以对炉排进行必要的冷却,并提供燃烧所需的一次风。水冷振动炉排与水平夹角成12度,炉排下为一次风室和出灰斗。可以通过调节炉排振动的频率,分别满足秸秆和糠醛渣的燃烧和除渣要求,炉排的振动由水平推力杆提供动力。
2 锅炉运行特性研究
2.1锅炉点火
锅炉冷态点火时,用火把直接点燃秸秆燃料,不需要大量助燃油;而且进料也不宜过多;如果炉膛内燃料过多,燃料一旦着火,炉膛温度几乎无法控制,容易造成炉温生长过快,汽包上、下壁温差增大的现象。我们根据点火以后炉膛温度、汽包上下壁温的变化,燃烧后锅炉排渣以及振动炉排的投入等情况,按照锅炉冷态启动升温升压曲线的控制要求,总结锅炉点火过程为:
当锅炉具备点火条件后,启动引风机,调整引风机入口档板,保持炉膛负压为-100Pa左右,依次启动三、二、一级给料机,向炉膛充料,当燃料有少许堆积,且炉内左右侧燃料连续时,停止给料;然后用火把从炉排前部两侧入孔门点火,当燃料燃烧均匀后,且炉膛温度有下降趋势时,依次启动送风机,锅炉振动炉排,此时再启动一级给料机继续向炉膛进料。根据燃料量的多少调整振动炉排的振动时间、振动频率,(要注意:起初给料量一定要少,以免炉温升温过快,汽包壁温变化过快),点火成功后,按锅炉升温升压曲线控制燃烧速度。
2.2锅炉负荷控制
锅炉正常运行时,对负荷的调整要靠改变燃料入炉量来完成。一次风量用于保证炉排面上燃料着火燃烧,二次风量用于加强燃料着火后的烟气扰动,及时补充燃烧所需氧量,使秸秆燃烧完全,提高锅炉热效率。
负荷控制操作时,应通过调节料仓下一级给料机的给料量来控制锅炉负荷,炉前二级给料量的给料能力必须始终大于一级给料机的给料量,防止秸秆在二级给料机中堵塞。进行锅炉负荷调整时需加强锅炉燃烧状况监视,同步调整锅炉配风及炉排工作状况,确保锅炉燃烧稳定、充分。锅炉使用说明书提出:锅炉运行时,过热器后烟气中氧量控制在4.5%～8%,低负荷时氧量可高些,高负荷时氧量低些。当锅炉在80%～100%负荷运行时,氧量宜控制在4.8%左右。但运行时发现,无论怎样调整,如何配风,氧量根本达不到上述的控制标准,又由于锅炉存在大量漏风,燃烧区域集中在炉膛前部,火焰充满度很差,导致燃烧区域氧量供应不足,后部的氧量不能补充到燃烧区域,就被抽出炉膛,造成了氧气的浪费。炉膛前部的漏风虽然能起助燃作用,但是以牺牲了送风机的热空气为代价。无论负荷高低、风量大小,燃料多少、氧量表通常指示左右偏差大,左侧要低于右侧,供风的偏差、堆积燃烧、左右侧的供料差异、氧量表的布置位置等等,使氧量表指示失真,导致氧量值失去参考的价值。调整时只能根据炉膛温度的变化进行调整,机组增长负荷时,先增加送风量,在增加燃料量,降负荷时应反向操作。根据负荷高低调整好一、二次风门的大小、炉排的振动时间和频率等。
2.3炉膛负压控制
本锅炉燃烧时平衡通风。锅炉说明书规定:锅炉运行时,炉膛出口烟气压力控制在-50Pa～-20Pa为宜。此时燃烧效率高,炉膛不向外冒烟,锅炉房卫生环境状况好。但是在运行时发现,炉膛负压波动比较大,一般波动范围为-600Pa～-100Pa,尤其两侧炉排同时振动时波动更大。由于燃料着火点低,又容易燃烧,为防止炉膛产生正压,引起火灾或影响锅炉房的卫生,设定最高值不超过0Pa;为了保证燃烧经济,减小漏风、减小热损失及保护炉墙等,设定炉膛负压最大不超过-1200Pa,当超过0Pa或-1200Pa时10s时,锅炉联锁保护动作,送风机以后的设备全部跳闸,切断燃料供应,紧急停炉,待排除故障后,才可重新点火运行。因此设定负压波动范围比较大(起初负压设定值为-800Pa～0Pa),由于负压的大幅摆动,使负压值常常超出设定范围,后改为-1200Pa～0Pa。为使负压波动时能及时调整,避免炉膛产生正压和较大的负压,正常时负压保持在-300Pa左右运行。如果要保持较小的负压,增加锅炉效率,必须减小炉膛漏风,调整炉排的振动幅度。
2.4蒸汽压力控制
通过控制燃料量及风量的大小进行压力调整,调整时要注意掌握提前量。由于炉前给料系统输送燃料量无法精确计量,调整时以炉膛出口烟温的变化和烟气氧量的变化趋势为参照点,进行锅炉出力及汽压调整时具有较大的时间延迟,为防止锅炉超压,锅炉正常运行期间汽包压力维持在额定压力稍低一点的水平。
由于汽轮机、发电机最大出力可至15MW,故在锅炉正常运行中,过热蒸汽压力可通过调整机组发电功率来控制,而不采用对空排汽阀或安全阀进行压力调整,以减少机组热损失。事故情况下,通过调整机组出力压力仍控制不住时可开启对空排汽阀泄压。同时进行燃烧调整,降低送风量及入炉燃料量,降低燃烧强度。
3 结论
秸秆燃料为低碳燃料,且硫含量、灰含量均比目前大量使用的煤炭低,是一种较为“清洁”的燃料,在有效的排污保护措施下发展秸秆发电,会大大地改善环境质量,对环境保护非常有利。生物质锅炉的运行,应根据设备具体情况,在实际运行过程中,不断总结经验,保证机组的安全经济运行。
参考文献：
[1]高理.生物质电厂锅炉运行调试分析[J].科技风,2020(12):191.
[2]李永华,孙陆军,陶哲,宋武耀,庞开宇.生物质电厂锅炉运行调试研究[J].锅炉技术,2009,40(04):71-75.
作者简介：李冠兵，男，36岁，助理工程师，本科学历，山东枣庄人。职务：生产部经理，现从事生物质电厂生产管理工作。