循環(huán)流化床秸稈鍋爐項(xiàng)目

循環(huán)流化床秸稈生物質(zhì)燃燒發(fā)電鍋爐項(xiàng)目中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所一、項(xiàng)目的背景意義隨著社會(huì)對(duì)能源需求的日益增長(zhǎng)，作為主要能源來源的化石燃料卻迅速地減少。因此，尋找一種可再生的替代能源，成為社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。生物質(zhì)能是一種理想的可再生能源，它來源廣泛，每年都有大量的工業(yè)，農(nóng)業(yè)及森林廢棄物產(chǎn)出。在目前世界的能源消耗中，生物質(zhì)能消耗占世界總能耗的14%，僅次于石油、煤炭和天然氣，位居第四位。而在發(fā)展中國(guó)家，生物質(zhì)能占較大的比重，達(dá)到50%以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)全球生物質(zhì)能占可再生能源資源35%,在可再生資源中位居首位。1996年的我國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)量(主要是農(nóng)作物秸桿)7.05億噸,而當(dāng)年利用量不足30%，這說明我國(guó)生物質(zhì)能的利用潛力還很大。利用生物質(zhì)能發(fā)電是生物質(zhì)利用的一種重要方式之一。瑞典和丹麥的大城市都是利用生物質(zhì)，通過熱電聯(lián)產(chǎn)的方式進(jìn)行區(qū)域集中供熱的。生物質(zhì)與化石燃料相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、可再生性；2、低污染性： SOx、NOx排放濃度低；3、生物質(zhì)作為燃料時(shí)，在生長(zhǎng)周期內(nèi)，對(duì)大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，可有效地減輕溫室效應(yīng)。我國(guó)對(duì)燃燒生物質(zhì)發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)給予了充分的優(yōu)惠，目前，燃燒生物質(zhì)發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)為當(dāng)?shù)厝济喊l(fā)電上網(wǎng)電價(jià)的基礎(chǔ)之上增加0.25元/KWh，這項(xiàng)政策的出臺(tái)，必將推動(dòng)生物質(zhì)燃燒發(fā)電成套技術(shù)及設(shè)備在我國(guó)的空前發(fā)展。河北是一個(gè)農(nóng)業(yè)大省，每年秸稈的產(chǎn)量巨大。目前，一部分生物質(zhì)燃料分散燃燒利用，大部分就地焚燒。如何避免直接就地焚燒帶來的污染，同時(shí)利用生物質(zhì)的熱能，這是值得我們深入研究課題，同時(shí)急需相關(guān)技術(shù)和裝備。循環(huán)流化床鍋爐燃料適應(yīng)性廣，可同時(shí)燃用多種燃料；環(huán)保特性優(yōu)越，排放滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；爐內(nèi)換熱均勻，熱回收效率高，運(yùn)行穩(wěn)定；灰渣利用性高?；谘h(huán)流化床鍋爐所具有的上述優(yōu)點(diǎn)，人們自然將目光轉(zhuǎn)向采用循環(huán)流化床技術(shù)來利用生物質(zhì)能源，日本、美國(guó)和歐洲各國(guó)都在研究開發(fā)燃用生物質(zhì)的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)和產(chǎn)品。二、秸稈類生物質(zhì)燃燒與采用循環(huán)流化床所遇到的問題1、秸稈類生物質(zhì)的燃燒特性表現(xiàn)為：揮發(fā)分析出、著火迅速，燃燒主要集中在揮發(fā)分的氣相燃燒，固定碳所占的燃燒份額很小，但是固定碳的燃盡性能較差，如何實(shí)現(xiàn)揮發(fā)份有效的快速燃燒和固定碳的燃盡；2、秸稈類生物質(zhì)中含有較多的堿金屬元素(主要是指鉀和鈉)，在生物質(zhì)燃燒過程中，主要表現(xiàn)為灰的粘結(jié)性較強(qiáng)，在爐膛內(nèi)容易發(fā)生結(jié)渣、堵塞，在尾部受熱面上發(fā)生積灰，影響循環(huán)流化床鍋爐安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。3、秸稈類生物質(zhì)中含有少量的硫和氯，燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的SO2和HCl，對(duì)尾部受熱面形成腐蝕，如何有效地避免受熱面管壁的腐蝕；如何有效的去除尾部受熱面管壁上的積灰。4、如何有效的收集煙氣中的飛灰，以及飛灰的再利用。5、如何增強(qiáng)對(duì)秸稈類生物質(zhì)成分變化的適應(yīng)性，秸稈類生物質(zhì)水分的波動(dòng)性會(huì)影響運(yùn)行工況。6、針對(duì)中國(guó)實(shí)際情況，如何實(shí)現(xiàn)不同秸稈混燒的前處理和加料問題。針對(duì)以上問題，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所采取了一系列應(yīng)對(duì)措施，基本上解決了摻燒或純燒生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐中存在的一系列問題。通過對(duì)秸稈類生物質(zhì)燃燒特性、成灰特性以及排放特性的研究，在中試試驗(yàn)裝置中完成了生物質(zhì)燃燒、熱解等一系列的試驗(yàn)，形成了能夠進(jìn)行工程應(yīng)用的生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)。三、工程熱物理研究所（IET）循環(huán)流化床燃燒技術(shù)中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所長(zhǎng)期致力于發(fā)展循環(huán)流化床燃燒技術(shù)。從1984年建成國(guó)內(nèi)第一臺(tái)2.8MWt循環(huán)流化床燃燒工業(yè)化裝置至今，與國(guó)內(nèi)多家鍋爐廠合作，開發(fā)成功了10t/h、35t/h、75t/h、130t/h、220t/h、410t/h、480t/h、670t/h蒸發(fā)量等系列容量的循環(huán)流化床鍋爐。采用該所技術(shù)所生產(chǎn)的循環(huán)流化床燃煤鍋爐，已達(dá)到1500多臺(tái)，在國(guó)內(nèi)占據(jù)70以上市場(chǎng)份額。近年來，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所不斷擴(kuò)展新的研究領(lǐng)域，包括生物質(zhì)焚燒技術(shù)、煤泥、造紙污泥、生活污泥焚燒技術(shù)、煤熱解和氣化技術(shù)等。在中試焚燒試驗(yàn)裝置上，完成了生物質(zhì)、污泥、垃圾燃燒特性和排放特性的中試試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，飛灰含碳量較低、燃燒充分、煙氣和飛灰排放均滿足國(guó)家相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，可直接進(jìn)行工程應(yīng)用。中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所生物質(zhì)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)特點(diǎn)是：秉承循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行針對(duì)性研究開發(fā)，特別關(guān)注生物質(zhì)燃燒過程中的結(jié)團(tuán)和結(jié)渣、高低溫受熱面腐蝕、生物質(zhì)的加料、尾部受熱面的吹灰技術(shù)等問題。針對(duì)開封鍋爐廠提出的12t/h蒸發(fā)量，蒸汽溫度：400，燃燒玉米秸稈生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目(生物質(zhì)秸稈的分析資料如表1至表4所示)，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究開發(fā)的循環(huán)流化床生物質(zhì)鍋爐主要特性表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。1、生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)(1) 爐膛的設(shè)計(jì)同常規(guī)的燃煤循環(huán)流化床鍋爐相比，為了適應(yīng)秸稈類生物質(zhì)燃燒的需要，鍋爐爐膛發(fā)生了變化，主要表現(xiàn)在爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，爐膛底部采用帶有專利技術(shù)的布風(fēng)板，包括進(jìn)料位置和返料位置和方式，來實(shí)現(xiàn)秸稈類生物質(zhì)在床層內(nèi)的強(qiáng)烈摻混、干燥和低溫燃燒，可以實(shí)現(xiàn)秸稈類生物質(zhì)的良好流化，避免了生物質(zhì)的結(jié)團(tuán)；床料只參與循環(huán)，不易磨損，秸稈類生物質(zhì)中易燃部分一次性燃燒完畢，并為固定碳部分留有充分的燃燼時(shí)間和條件。通過合理布置爐膛的受熱面，降低了爐膛出口的溫度水平，保證進(jìn)入返料器循環(huán)灰的溫度低于850，這對(duì)于分離、返料回路的暢通以及降低后面過熱器表面的積灰是至關(guān)重要的。(2) 物料分離及循環(huán)采用專利的分離器技術(shù)和返料器技術(shù)，使得床料進(jìn)行循環(huán)，未燃燼的可燃部分在此被分離并攜帶回爐膛繼續(xù)燃燒，控制合適的進(jìn)出口溫度，避免循環(huán)物料在循環(huán)回路中搭橋和堵塞。2、操作參數(shù)的選擇實(shí)際上，秸稈類生物質(zhì)燃燒的最主要問題就是結(jié)團(tuán)、積灰和結(jié)渣。除了燃料本身的特性(主要指灰分的組成)，合理的鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之外，鍋爐運(yùn)行中操作參數(shù)選擇也至關(guān)重要。例如煙氣溫度，管子受熱壁面的溫度、材料以及所在的位置，燃燒的環(huán)境，煙氣中氧含量等。通過嚴(yán)格控制床層和爐膛出口的燃燒溫度、分離性能、過量空氣系數(shù)、尾部煙道的煙氣流速，能夠避免和解決燃燒秸稈類生物質(zhì)出現(xiàn)的積灰、結(jié)渣問題。由于過熱的蒸汽溫度只有400，氯的高溫腐蝕可以大大降低；同時(shí)，由于管壁溫度不高，灰的粘性大大削弱；采用縱置式的過熱器，選取較高的煙氣流速，可以避免生物質(zhì)燃燒灰在過熱器管壁上的積灰，保證了鍋爐的蒸汽參數(shù)以及維持鍋爐的整體出力。3、尾部煙道設(shè)計(jì)、吹灰技術(shù)及除塵方式的選擇秸稈類生物質(zhì)燃燒形成灰主要以飛灰的形式離開分離器進(jìn)入尾部煙道，根據(jù)灰的成分分析，灰中硅、鉀、鈉、鈣的含量較多，灰在受熱面管壁的粘結(jié)相比磨損要嚴(yán)重許多，因此，尾部受熱面的煙氣流速選擇非常重要，合理選擇流速，可以避免受熱面的積灰，同時(shí)配備專有的吹灰系統(tǒng)以及布袋除塵器來有效的收集煙氣中飛灰。4、環(huán)保性能的保證循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的溫度水平和物料循環(huán)方式有助于秸稈類生物質(zhì)中鈣、鎂及鉀對(duì)S和Cl的反應(yīng)和自脫除，避免了尾部受熱面的酸性腐蝕，使煙氣排放符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。由于采用單一秸稈類生物質(zhì)燃燒，灰渣中營(yíng)養(yǎng)成份很高，可以直接施用于農(nóng)田。中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所通過對(duì)秸稈類生物質(zhì)燃燒特性、成灰特性以及排放特性的研究，在中試試驗(yàn)裝置中完成了生物質(zhì)燃燒、熱解等一系列的試驗(yàn)，形成了能夠進(jìn)行工程應(yīng)用的生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)。四、基本方案針對(duì)秸稈類生物質(zhì)的特點(diǎn)，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所在已有的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)基礎(chǔ)上，開發(fā)出了適應(yīng)秸稈類生物質(zhì)的循環(huán)流化床鍋爐，避免或解決了生物質(zhì)燃燒及換熱過程中的積灰和結(jié)渣問題，并且能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。煙氣的排放滿足國(guó)家相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，灰渣含碳量低，可以實(shí)現(xiàn)飛灰的綜合利用。針對(duì)生物質(zhì)分類，對(duì)于玉米秸稈，可以純燒和混燒；對(duì)于麥桿和稻稈需要混燒，生物質(zhì)混燒重量比率達(dá)到80左右。鍋爐容量可以含蓋75t/h及以下容量；生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐可以應(yīng)用于新建項(xiàng)目，也可以在已有電廠和供熱系統(tǒng)中，對(duì)原有鍋爐實(shí)行技改來實(shí)現(xiàn)。表1 河北省某地生物質(zhì)元素分析項(xiàng)目CarHarOarNarSar玉米秸桿44.874.0032.781.010.20小麥秸桿43.564.1233.540.850.21煙煤66.873.667.620.681.22表2 河北省某地生物質(zhì)工業(yè)分析項(xiàng)目Aar %Mar %Vdaf %Qnet,ar kcal/kg玉米秸桿7.349.8068.063751小麥秸桿7.989.7472.043748煙煤15.104.5424.606180表3 河北省某地生物質(zhì)灰熔點(diǎn)溫度項(xiàng)目DT ST FT 玉米秸桿108011301160小麥秸桿760780790煙煤11501300135