關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；生物質(zhì)發(fā)電；熱機(jī)設(shè)計(jì)
廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目(2x50 MW)是廣東省第1個(gè)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目及國(guó)內(nèi)裝機(jī)規(guī)模單機(jī)容量最大的生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目。2011年8月20日18:18，該工程1號(hào)機(jī)組順利通過(guò)72 h加24 h滿負(fù)荷試運(yùn)行。作為該項(xiàng)目核心的熱機(jī)專(zhuān)業(yè)，設(shè)計(jì)及試運(yùn)期間有不少經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，本文在簡(jiǎn)要描述原設(shè)計(jì)特點(diǎn)的同時(shí)對(duì)需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方提出優(yōu)化探討。
1、生物質(zhì)發(fā)電燃料來(lái)源及品質(zhì)
1.1燃料來(lái)源
本工程可以利用的燃料包括桉樹(shù)砍伐加工產(chǎn)生的樹(shù)皮、枝葉；木材、家具加工產(chǎn)生的廢料如邊角料、木段、刨花、鋸末、碎板；甘蔗收割和制糖過(guò)程中遺棄的蔗葉、蔗渣以及其它可能的當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物等。
原設(shè)計(jì)燃料來(lái)源于擬建廠址60 km半徑范圍內(nèi)，燃料收集區(qū)域基本覆蓋了湛江主要林區(qū)和農(nóng)業(yè)種植區(qū)，采用汽車(chē)運(yùn)輸?shù)綇S。滿負(fù)荷試運(yùn)期間，因?yàn)槿剂掀焚|(zhì)及價(jià)格等諸多原因，收料半徑由60 km擴(kuò)大為300 km，相信在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，業(yè)主方收料半徑仍會(huì)擴(kuò)大。
1.2燃料品質(zhì)
表1為該工程燃料品質(zhì)表，從表1可看出原設(shè)計(jì)中燃料品質(zhì)比較理想，除樹(shù)皮的含水量達(dá)到70%外，其他燃料的含水量均在41%以下。滿負(fù)荷試運(yùn)期間，盡管業(yè)主方選用最好的燃料，但燃料的含水率平均值仍在50%左右，燃料中還參雜著大量石塊、泥土，導(dǎo)致煙氣量大、爐床積渣嚴(yán)重、溫度升高。燃料品質(zhì)變化對(duì)鍋爐運(yùn)行及配套輔助設(shè)備的影響相當(dāng)大，可以說(shuō)是生物質(zhì)電廠設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)、重點(diǎn)之一。
燃料問(wèn)題是火電廠運(yùn)行最需重視的問(wèn)題，生物質(zhì)燃料種類(lèi)繁多，能否找到一個(gè)穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)的燃料供應(yīng)源，是電廠能否穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。作為設(shè)計(jì)單位，也應(yīng)盡量考慮生物質(zhì)燃料的特殊性及多樣性，在設(shè)計(jì)主、輔機(jī)參數(shù)選型時(shí)，合理選取設(shè)計(jì)裕量。
2、主要設(shè)備及系統(tǒng)概述
1)鍋爐。制造廠：華西能源工業(yè)股份有限公司。型號(hào)：HX220/9.8-Ⅳ1。型式：高溫高壓參數(shù)、自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風(fēng)、露天布置、鋼架雙排柱懸吊結(jié)構(gòu)、固態(tài)排渣循環(huán)流化床鍋爐。主要技術(shù)參數(shù)：最大連續(xù)蒸發(fā)量為220t/h；額定蒸汽壓力為9.80MPa.g；額定蒸汽溫度為540℃。
2)汽輪機(jī)。制造廠：東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司。型號(hào)：N50-8.83-2型。型式：高溫高壓、單軸、單缸、沖動(dòng)、單排汽凝汽式。主要技術(shù)參數(shù)：額定功率為50MW；額定轉(zhuǎn)速為3000r/min；額定進(jìn)汽壓力為8.83MPa.a；額定進(jìn)汽溫度為535℃。
3)發(fā)電機(jī)。制造廠：山東濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠。型號(hào)：50WX182-047LLT。型式：空氣冷卻式。額定功率：50MW。額定電壓：6.3kV。
3、燃燒系統(tǒng)試運(yùn)期間存在的問(wèn)題和處理
3.1 爐前給料系統(tǒng)
燃料經(jīng)破碎合格后，通過(guò)輸料皮帶運(yùn)至主廠房皮帶層，落人爐前秸稈料倉(cāng)。通過(guò)料倉(cāng)內(nèi)的撥料器、一級(jí)螺旋、二級(jí)螺旋逐級(jí)輸送到鍋爐給料口，進(jìn)入爐膛燃燒。
在調(diào)試試運(yùn)行期間，爐前給料系統(tǒng)暴露出一系列問(wèn)題，特別是螺旋給料機(jī)無(wú)法連續(xù)給料，成為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的一大障礙。通過(guò)播料器上方的人孔觀察，發(fā)現(xiàn)燃料從播料器上方直接落人一級(jí)螺旋給料機(jī)上，播料器起不到播料及承載燃料的作用，一級(jí)螺旋葉片發(fā)生嚴(yán)重的扭曲，頭部螺旋葉片產(chǎn)生裂紋；二級(jí)螺旋給料機(jī)人口給料發(fā)生堵塞，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)運(yùn)行調(diào)試以及現(xiàn)場(chǎng)分析，可能存在以下問(wèn)題：
1)實(shí)際燃料中水分較多，增加了燃料的韌性、粘性，燃料流動(dòng)性差，易發(fā)生纏繞和牽連；
實(shí)際燃燒中“三塊”（鐵塊、石塊、木塊）等雜質(zhì)成分較多，給爐前給料系統(tǒng)出力增加了很大負(fù)擔(dān)，甚至造成給料系統(tǒng)出力不足，電動(dòng)機(jī)過(guò)載燒毀等；
3)播料器存在局部設(shè)計(jì)問(wèn)題。
通過(guò)對(duì)爐前給料系統(tǒng)的改造，機(jī)組滿負(fù)荷試運(yùn)期間，堵料、給料不暢的問(wèn)題得到了比較好的解決，給料系統(tǒng)對(duì)燃料品質(zhì)變化的適應(yīng)性大大提高。
3.2物料循環(huán)及床料添加系統(tǒng)
經(jīng)旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的物料經(jīng)返料閥返回爐膛繼續(xù)燃燒，運(yùn)行中床料通過(guò)斗式提升機(jī)經(jīng)螺旋輸送機(jī)送到床料倉(cāng)，由通過(guò)床料倉(cāng)底部的星型閥控制床料添加量，通過(guò)返料管上床料添加口隨循環(huán)物料進(jìn)入爐膛。
每臺(tái)鍋爐設(shè)2x50%容量的羅茨返料風(fēng)機(jī)。原設(shè)計(jì)中羅茨返料風(fēng)機(jī)無(wú)備用，但考慮到生物質(zhì)電廠的特點(diǎn)及本工程的具體情況，為了提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性，整體試運(yùn)前經(jīng)各方討論決定，擬每爐增設(shè)50%容量羅茨返料風(fēng)機(jī)l臺(tái)，運(yùn)行模式由原來(lái)的2運(yùn)無(wú)備用變?yōu)?運(yùn)1備。
3.3煙風(fēng)系統(tǒng)
煙風(fēng)系統(tǒng)采用平衡通風(fēng)的方式，通過(guò)匹配一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)的出力平衡爐膛的壓力。
由一次風(fēng)機(jī)送出的一次冷風(fēng)經(jīng)過(guò)空預(yù)器加熱后，經(jīng)布風(fēng)板下一次風(fēng)室通過(guò)布風(fēng)板和風(fēng)帽進(jìn)入爐膛，使?fàn)t內(nèi)床料流化，同時(shí)向爐膛下部密相區(qū)提供一定的氧氣供燃料燃燒。一次風(fēng)機(jī)采用2x50%容量的離心式風(fēng)機(jī)，人口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。
二次風(fēng)由二次風(fēng)機(jī)提供，主要是補(bǔ)充爐內(nèi)燃料燃燒的氧氣并加強(qiáng)物料的摻混，調(diào)整爐內(nèi)溫度場(chǎng)的分布，防止局部煙氣溫度過(guò)高，抑制NOx的生成。二次冷風(fēng)經(jīng)過(guò)空預(yù)器加熱后，從爐膛前后墻不同高度分級(jí)送入。二次風(fēng)機(jī)采用2x50%容量的離心式風(fēng)機(jī)，人口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。
燃燒后的煙氣經(jīng)過(guò)布袋除塵器除塵后，由引風(fēng)機(jī)送至煙囪排放，每臺(tái)鍋爐安裝l臺(tái)布袋除塵器。引風(fēng)機(jī)采用2x50%容量的離心式風(fēng)機(jī)，變頻調(diào)節(jié)。
機(jī)組試運(yùn)期間，由于燃料水分過(guò)大及爐床積渣，造成鍋爐阻力偏大，引風(fēng)機(jī)一度出現(xiàn)出力不足使?fàn)t膛冒正壓現(xiàn)象。原設(shè)計(jì)引風(fēng)機(jī)壓頭裕量按20%選取，對(duì)于生物質(zhì)電廠，因燃料多樣化，個(gè)人認(rèn)為引風(fēng)機(jī)壓頭裕量可按50%選取為佳，電機(jī)配變頻調(diào)節(jié)，以適應(yīng)惡劣工況運(yùn)行。
4、熱力系統(tǒng)
本期工程汽機(jī)熱力系統(tǒng)與傳統(tǒng)50MW燃煤電廠無(wú)太大差異。主蒸汽、給水、凝結(jié)水等主要系統(tǒng)采用切換母管制。
值得一提的是電動(dòng)給水泵采用液偶調(diào)速，凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)速，在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中取得較好效果。當(dāng)鍋爐燃料燃燒不穩(wěn)定、負(fù)荷無(wú)法穩(wěn)定時(shí)，水泵就能根據(jù)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，節(jié)約了廠用電，更適應(yīng)生物質(zhì)電廠特性。
5、主廠房布置設(shè)計(jì)優(yōu)化
單機(jī)容量為50 MW的燃煤機(jī)組在國(guó)內(nèi)有非常多的業(yè)績(jī)，主廠房整體布局已相當(dāng)成熟，從施工、運(yùn)行及檢修等各方面來(lái)看都較為合理，尤其是汽機(jī)房和鍋爐房?jī)?nèi)部布置。配置循環(huán)流化床鍋爐的燃煤機(jī)組，常規(guī)的主廠房布置為汽機(jī)房-除氧煤倉(cāng)間-鍋爐房-+除塵器-煙囪；汽輪機(jī)為島式布置；鍋爐房采用島式或大平臺(tái)布置，除氧煤倉(cāng)間從下到上各層依次布置高低壓配電間、熱控電子設(shè)備間、集中控制室、除氧器、料倉(cāng)及輸煤皮帶等。
本期工程主廠房布置與傳統(tǒng)50 MW燃煤機(jī)組布置大體相同，但也結(jié)合生物質(zhì)電廠設(shè)備及工作環(huán)境特點(diǎn)做了設(shè)計(jì)優(yōu)化，從運(yùn)行情況看取得較好效果。主要從兩方面進(jìn)行優(yōu)化：
1)料倉(cāng)間與除氧間分開(kāi)成兩跨，料倉(cāng)間D排柱緊貼鍋爐K．柱。作此布置優(yōu)化主要是因生物質(zhì)給料設(shè)備決定的，爐前給料系統(tǒng)中二級(jí)給料螺旋要求盡量靠近鍋爐以縮短給料距離。如按常規(guī)布置料倉(cāng)間D排柱與鍋爐K，柱間距一般為7m，兩柱之間形成爐前低封，用作爐前通道。如果按此思路設(shè)計(jì)，料倉(cāng)仍布置于料倉(cāng)間，將大大增加二級(jí)給料螺旋距離，二級(jí)給料螺旋距離越大，要求軸徑越大，功率就越大，更致命的是增加了燃料纏繞搭橋的幾率；若將料倉(cāng)布置在爐前低封，雖然可以縮短二級(jí)給料螺旋距離，但必須將料倉(cāng)承載梁搭在鍋爐鋼柱K，上，滿倉(cāng)500 t的料倉(cāng)重量是鍋爐鋼柱無(wú)法承受的。
經(jīng)各方充分探討協(xié)商，最終將料倉(cāng)間與除氧間分開(kāi)成兩跨，料倉(cāng)間D排柱緊貼鍋爐K．柱，兩柱中心距l(xiāng) 500 mm。料倉(cāng)間O—8 m房間功能劃分為1/2，靠汽機(jī)側(cè)做高低壓配電間、電子設(shè)備間及化水加藥間；靠鍋爐側(cè)做鍋爐底層及運(yùn)轉(zhuǎn)層爐前通道。料倉(cāng)間12 m以上布置料倉(cāng)及皮帶等。除氧間高度16 m，除氧器露天布置。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是料倉(cāng)可以緊貼鍋爐入料口，二級(jí)給料螺旋距離短，最大限度確保給料輸送的順暢；整個(gè)料倉(cāng)的承載又可以由料倉(cāng)間支撐。缺點(diǎn)是鍋爐底層及運(yùn)轉(zhuǎn)層爐前通道放置在房間內(nèi)，增加了通道成本，減少了主廠房容積利用率。
2)集中控制室放置汽機(jī)房固定端。生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)之一是密度輕，容易產(chǎn)生飛灰，對(duì)機(jī)組運(yùn)行人員身體產(chǎn)生傷害。如果按常規(guī)布置把集中控制室放在2臺(tái)機(jī)的除氧料倉(cāng)間8m層，正好在料倉(cāng)底部下方，集控操作環(huán)境不理想。原設(shè)計(jì)充分考慮這一情況，把集控室單獨(dú)拉出來(lái)布置在主廠房固定端，以裙樓形式設(shè)計(jì)成1座集控樓，既改善了運(yùn)行監(jiān)控環(huán)境自成一體，又仍在汽機(jī)房?jī)?nèi)部。集控樓各層通道較常規(guī)布置順暢寬敞，區(qū)域特點(diǎn)明顯，各功能房間較齊全，且具有常規(guī)布置運(yùn)轉(zhuǎn)層上集控室的監(jiān)控視野。
6、結(jié)語(yǔ)
目前，國(guó)家已頒布實(shí)施《再生資源法》，生物質(zhì)能發(fā)電必將迎來(lái)一個(gè)大的發(fā)展。生物質(zhì)能發(fā)電廠的設(shè)計(jì)和建設(shè)在國(guó)內(nèi)還剛剛起步，有許多問(wèn)題需要在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)并解決。本文以國(guó)內(nèi)裝機(jī)規(guī)模以及單機(jī)容量最大的生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目熱機(jī)系統(tǒng)為參考模型，結(jié)合目前的機(jī)組運(yùn)行情況，對(duì)生物質(zhì)發(fā)電廠熱機(jī)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)做了初步探討，將推動(dòng)生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明：富通新能源生物質(zhì)發(fā)電www.ac12313.com
