生物質(zhì)發(fā)電鍋爐選型
0 引言
影響生物質(zhì)電廠運(yùn)行性能的關(guān)鍵設(shè)備是鍋爐，本文通過對國內(nèi)多個(gè)生物質(zhì)直燃發(fā)電廠、鍋爐廠調(diào)研，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比和論證，對生物質(zhì)鍋爐進(jìn)行選型分析。
1 生物質(zhì)鍋爐簡介
目前，生物質(zhì)直燃鍋爐分為兩大類型，爐排爐（水冷振動爐排鍋爐、聯(lián)合爐排鍋爐、懸浮燃燒爐排鍋爐等）和循環(huán)流化床鍋爐。市場上商業(yè)運(yùn)行的爐型主要有如下兩種：
1.1水冷振動爐排燃燒技術(shù)
水冷振動爐排是國外純?nèi)簧镔|(zhì)燃料鍋爐應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的爐排，鍋爐為單鍋筒、膜式水冷壁、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)的鍋爐。鍋爐本體布置前吊后支，在爐膛底部布置了水冷振動爐排。
秸稈平鋪在爐排上形成一定厚度的燃料層，進(jìn)行干燥、干餾、燃燒及還原過程?？諝猓ㄒ淮闻滹L(fēng)）從下部通過燃料層為燃燒提供氧氣，燃料與二次配風(fēng)在爐排上方的空間充分混合燃燒。
1.2循環(huán)流化床燃燒技術(shù)
循環(huán)流化床鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒方式和高溫分離循環(huán)返料的燃燒系統(tǒng)，該系統(tǒng)由爐膛、物料分離收集器和返料器三部分組成。
循環(huán)流化床鍋爐燃料適應(yīng)范圍寬、適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)保證低污染物排放。石灰石作為脫硫劑，被送入爐膛；爐內(nèi)溫維持在815℃-925℃之間，有利于熱量被換熱面吸收。整個(gè)燃燒、循環(huán)過程具有以下特點(diǎn)：
（1）燃料適用范圍廣——爐溫基本低于所有燃料的灰分軟化溫度?；谶@一特征，爐膛的設(shè)計(jì)不受灰分特性的影響，鍋爐能適應(yīng)燃料的多樣性。
石灰石是一種高效的脫硫劑石灰石是一種高效的脫硫劑，運(yùn)行業(yè)績證明石灰石爐內(nèi)脫硫效率達(dá)到95%以上。.
（2）低NOX排放——815℃-925℃的低爐溫，以及空氣的分層分階段送入，可以促成低NOX排放。
（3）燃燒效率高——固體燃料在爐膛的停留時(shí)間長，通過旋風(fēng)分離器的收集循環(huán)回收和再燃燒，加上由于流化擾動作用使空氣和燃料的充分接觸，促成燃燒效率高，即使是難燃的劣質(zhì)燃燒仍然適用。通常碳未完全燃燒損失能控制在1%到2%范圍內(nèi)。
循環(huán)流化床燃燒的特點(diǎn)是：物料處于非常強(qiáng)烈的擾動、混合狀態(tài)，固體物料內(nèi)外部的再循環(huán)，物料高速循環(huán)且在爐膛停留時(shí)間較長，所有這些狀態(tài)會導(dǎo)致快速化學(xué)反應(yīng)和熱交換；燃燒過程的靈活性，決定了燃料可選范圍較寬。
2爐型比較
水冷振動爐排爐和循環(huán)流化床鍋爐對比如下。
2.1燃料的適應(yīng)性
爐排爐屬于層燃爐、流化床屬于懸浮燃燒。在生物質(zhì)直燃鍋爐的起源地丹麥，爐排爐分為黃稈鍋爐和灰稈鍋爐，是專門針對生物質(zhì)燃料研發(fā)的。其中，黃稈鍋爐主要是針對100%燃燒軟質(zhì)秸稈，如果摻燒灰稈，只需稍微延長燃料在爐排的停留時(shí)間，沒有任何性能的問題。
循環(huán)流化床是從煤粉爐演化而來的一種爐型，原始的設(shè)計(jì)模型是針對煤矸石等劣質(zhì)燃料研發(fā)而來的鍋爐，其燃燒方式屬于流化燃燒，針對一些密度大、難以燃盡的燃料特別適合。秸稈一般都是密度輕、熱值低的燃料，因?yàn)榱骰驳牧骰俣却螅p質(zhì)的燃料很容易隨著煙氣飄走，容易造成尾部二次燃燒、積灰等一系列問題。
爐排爐對燃料尺寸的要求要比循環(huán)流化床鍋爐好。爐排爐對燃料的尺寸要求比較低，而流化床因進(jìn)料口的局限及流化燃燒的需要，對燃料尺寸要求比較高。
2.2設(shè)備可靠性
（1）積灰問題：由于CFB鍋爐流化燃燒的方式，流化床內(nèi)的流化速度高，細(xì)小的顆粒會隨著流化風(fēng)一齊飄至尾部，流化床煙道尾部的積灰要高于爐排爐。
（2）結(jié)焦問題：水冷振動爐排爐，爐排是水冷壁的一部分，爐排管內(nèi)有水的冷卻，同時(shí)爐排底部有一次風(fēng)冷卻，從而有效地避免爐排上結(jié)焦。爐排管內(nèi)的水溫只有300℃，一次風(fēng)溫度只有190℃，遠(yuǎn)低于灰的熔點(diǎn)。流化床屬于無冷卻固定床模式，僅靠風(fēng)的冷卻，結(jié)焦的可能性遠(yuǎn)高于水冷振動爐排爐。
（3）腐蝕問題：生物質(zhì)鍋爐燃燒腐蝕分為高溫腐蝕和低溫腐蝕。
流化床的高溫腐蝕相對較低，由于流化床采用的是傳統(tǒng)上的管式空預(yù)器，冷端的介質(zhì)是20-30度的空氣，機(jī)組啟停及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)無法避開煙氣的露點(diǎn)溫度，造成流化床的低溫腐蝕比爐排爐嚴(yán)重。
爐排爐采用水加熱空預(yù)器+煙冷器的模式，空預(yù)器置于鍋爐外部，基本無低溫腐蝕問題。高溫腐蝕和燃料有很大的關(guān)系，如果摻燒建筑模板比例過高，無論是流化床和爐排爐，一定程度上都存在高溫腐蝕。針對因燃料質(zhì)量問題造成鍋爐腐蝕現(xiàn)象，通過采取熔敷技術(shù)，可以有效避免腐蝕問題。
（4）運(yùn)行操作問題：水冷振動爐排爐運(yùn)行操作簡單，可靠性較高。循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行操作較為復(fù)雜，運(yùn)行可靠性較低。
2.3運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性
（1）鍋爐效率：水冷振動爐排爐與CFB鍋爐的效率基本相同。爐排爐的鍋爐效率大約為89%左右，循環(huán)流化床的鍋爐效率大約為90%左右，并會隨著運(yùn)行時(shí)間的累積逐年降低。
（2）廠用電率及風(fēng)機(jī)電耗：水冷振動爐排爐的廠用電率均在10%以下，部分新建項(xiàng)目的廠用電率不到 7%。循環(huán)流化床機(jī)組的廠用電率均在10%以上。爐排爐的風(fēng)機(jī)電耗比循環(huán)流化床鍋爐的電耗低。
（3） 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用：流化床鍋爐需要對燃料進(jìn)行嚴(yán)格地預(yù)處理，運(yùn)行成本需要考慮預(yù)處理部分。運(yùn)行過程中需要根據(jù)床壓來添加床料，增加了運(yùn)行成本。
爐排爐可以做到長時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，停爐少，檢修時(shí)間短，維護(hù)費(fèi)用低，循環(huán)流化床爐容易出現(xiàn)結(jié)焦和堵塞等問題，停爐次數(shù)較多，檢修周期較長，維護(hù)費(fèi)用相對偏高。
（4）設(shè)備利用小時(shí)數(shù)：水冷振動爐排爐年運(yùn)行小時(shí)數(shù)大都在 7000～8000小時(shí)，而循環(huán)流化床機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)平均在6000～7200小時(shí)。
2.4環(huán)保特性
（1）NOx 排放：循環(huán)流化床的爐膛內(nèi)溫度低是NOx排放低的主要因素，所以流化床NOx排放處理費(fèi)用要低于爐排爐。
（2）煙氣含塵濃度：從電廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)看，流化床的飛灰比例要高于爐排爐。由于CFB鍋爐流化燃燒的方式，流化床內(nèi)的流化速度高，細(xì)小的顆粒會隨著流化風(fēng)一齊飄至尾部，所以流化床的積灰要高于爐排爐。
2.5灰渣綜合利用
循環(huán)流化床鍋爐產(chǎn)生的灰渣量小于水冷振動爐排爐，因而在灰渣的處理問題上，工作量相對較小，水冷振動爐排爐的底渣相對較多，便于其他行業(yè)回收再利用。
2.6工程造價(jià)及收益
2.6.1工程造價(jià)對比
高溫高壓爐排爐本體比循環(huán)流化床鍋爐造價(jià)高，輔機(jī)比循環(huán)流化床造價(jià)低，爐排爐一般需要設(shè)置爐外干法脫硫，增加工程投資。總體上采用爐排爐方案的工程造價(jià)比循環(huán)流化床鍋爐高約2612萬元。
2.6.2運(yùn)營成本對比
(1)循環(huán)流床鍋爐比爐排爐需要增加運(yùn)行人員約10人，增加人工成本約100萬。
(2)水冷振動爐排爐與循環(huán)流化床鍋爐的效率基本相同。初期流化床略高，隨著運(yùn)行時(shí)間的累積逐年降低。
(3)循環(huán)流化床脫硫脫硝成本比爐排爐低。循環(huán)流化床采用爐內(nèi)噴鈣，脫硫劑采用石灰石；爐排爐采用爐外干法脫硫，脫硫劑采用價(jià)格更高的消石灰。循環(huán)流化床NOx原始排放120mg/Nm3，爐排爐原始排放為220mg/Nm3，130t/h高溫高壓循環(huán)流化床脫硫脫硝每小時(shí)運(yùn)行成本比爐排爐低約103元。
(4)根據(jù)國內(nèi)生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)整體情況看，爐排爐年運(yùn)行小時(shí)數(shù)平均在 7000～8000小時(shí)左右，而循環(huán)流化床機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)平均在6000～7200小時(shí)左右。
(5)爐排爐廠用電率比循環(huán)流化床低約1.5%左右。
經(jīng)測算，水冷振動爐排爐比循環(huán)流化床增加投資2612萬元，但每年可增加收益836萬元，3.13年即可收回投資，經(jīng)濟(jì)效益很好。
3 結(jié)論
通過以上分析對比可見，水冷振動爐排爐在設(shè)備可靠性、廠用電率、年利用小時(shí)數(shù)、燃料適應(yīng)能力和帶負(fù)荷能力、鍋爐本體的文明衛(wèi)生以及后期運(yùn)行維護(hù)方面，優(yōu)于循環(huán)流化床。循環(huán)流化床鍋爐在環(huán)保排放、工程造價(jià)方面由于爐排爐。
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