燃煤CFB鍋爐改造為全燃生物質(zhì)鍋爐的成功實踐

1、燃煤 CFB鍋爐改造為全燃生物質(zhì)鍋爐的成功實踐方逸慶（連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司連云港 222100 ）摘要： 新建生物質(zhì)電廠, 進(jìn)行直燃或氣化發(fā)電是實現(xiàn)生物質(zhì)能利用的有效途徑，但存在：基建投資大，需新征用土地，建設(shè)周期長等問題。本文通過實踐證明：對循環(huán)流化床（CFB）燃煤電站鍋爐進(jìn)行全燃生物質(zhì)技術(shù)改造，是實現(xiàn)生物質(zhì)直燃發(fā)電的一條短、平、快的便捷之路。同時本技術(shù)對非電站鍋爐利用生物質(zhì)代替原煤，改燒生物質(zhì)燃料， 也具有重要借鑒意義。關(guān)鍵詞： 燃煤 CFB鍋爐全燃生物質(zhì)技術(shù)改造前言以煤炭為主的能源消費結(jié)構(gòu)及能源利用效率低下等因素使我國環(huán)境惡化日益嚴(yán)重，生態(tài)遭到破壞， SO2、CO2排放量分別列世

2、界第一、第二位，造成的經(jīng)濟(jì)損失約占 GDP總量的 3% 7%。然而我國生物質(zhì)能資源非常豐富，椐初步統(tǒng)計，我國生物質(zhì)能如用以代替煤炭發(fā)電，近期可相當(dāng)5 億噸標(biāo)煤，遠(yuǎn)期可相當(dāng)10 億噸標(biāo)煤以上。生物質(zhì)為低炭燃料，屬于清潔能源，含硫量僅為0.1%左右，且含氯量小，含灰量低 ，生物質(zhì)中有害物質(zhì)，硫、灰份等，僅為中質(zhì)煙煤的1/10 左右（煤炭含硫一般高于 0.8%）。同時，生物質(zhì)燃燒時CO2的排放，和生物質(zhì)生長時CO2的吸收，構(gòu)成自然界的碳循環(huán)，因此，生物質(zhì)能的利用，可有效減少SO2 排放形成的大氣污染，并實現(xiàn)溫室氣體CO2零排放。生物質(zhì)的主要來源之一是各類植物秸桿，我國每年秸桿資源可獲得量超過4 億噸

3、，約相當(dāng)于2 億噸標(biāo)煤。收購秸桿還可增加農(nóng)民收入，而且秸桿燃盡后的爐灰，可以作為鉀肥直接還田使用。因此，利用生物質(zhì)秸桿等可再生資源，對于我國優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實現(xiàn)可持速發(fā)展具有重要意義，生物質(zhì)直燃發(fā)電已被國家發(fā)改委列入可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄。合理布局 , 新建生物質(zhì)電廠 , 進(jìn)行直燃或氣化發(fā)電是實現(xiàn)生物質(zhì)能利用的有效途徑。但是，新建生物質(zhì)電廠存在：基建投資大（約2.5 億元人民幣），需新征用土地（ 200 畝以上），建設(shè)周期長（約2 年）等問題，為克服上述弊端，對原有燃煤電廠進(jìn)行全燃生物質(zhì)改造就是一個很好的選擇。經(jīng)江蘇省經(jīng)貿(mào)委批復(fù)，連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司從09 年初開始，利

4、用原有工廠廠區(qū)， 對公司原有的 2 臺 75T/H 循環(huán)流化床燃煤鍋爐 （ CFB鍋爐）進(jìn)行了全燃生物質(zhì)技術(shù)改造。經(jīng)過8 個月努力，實現(xiàn)了企業(yè)從燃煤到全燃生物質(zhì)的根本轉(zhuǎn)變，燃煤電廠成功升級為全燃生物質(zhì)電廠。連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司全燃生物質(zhì)改造工程于09 年 9 月份順利通過江蘇省經(jīng)信委、南京電監(jiān)會、江蘇省環(huán)保局、江蘇省物價局、江蘇供電公司、連云港經(jīng)信委等部門聯(lián)合驗收，至目前連續(xù)運行已超過一年時間，運行情況穩(wěn)定良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。循環(huán)流化床燃煤鍋爐全燃生物質(zhì)技改工程既節(jié)約了資金，又充分利用原有土地、資產(chǎn)，減少了資源浪費，同時還贏得寶貴的時間，這表明對循環(huán)流化床燃煤鍋爐進(jìn)行全燃生物質(zhì)改造，

5、是實現(xiàn)生物質(zhì)直燃發(fā)電的一條短、平、快的便捷之路。一、全燃技術(shù)改造的可行性連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司所在的連云港及周邊地區(qū)有豐富的生物質(zhì)原料資源，能夠充分滿足全燃生物質(zhì)鍋爐改造后的原料需求；國內(nèi)不少新上生物質(zhì)電廠采用循環(huán)流化床爐型全燃秸稈，運行情況穩(wěn)定正常； 同時，連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司前階段，在循環(huán)流化床鍋爐大比例（80%）摻燒生物質(zhì)秸稈運行方面已摸索出較成熟經(jīng)驗， 因此對循環(huán)硫化床燃煤鍋爐進(jìn)行全燃生物質(zhì)改造是可能的。1各類生物質(zhì)有關(guān)特性實驗室檢驗指標(biāo)：品種水分揮發(fā)分灰分固定碳發(fā)熱量備注（%）（%）（ %）（ %）（ kcal/kg）麥秸7.869.115.7117.383687國家煤

6、檢中心化驗棉花桿13.465.173.2018.233591國家煤檢中心化驗稻殼9.46127133216 013484國家煤檢中心化驗花生殼10.567173 1519.184010國家煤檢中心化驗樹枝12.369.781.9815.943866國家煤檢中心化驗稻草11.659.5014.1014.803139國家煤檢中心化驗?zāi)拘?.069.004.5117.493800本公司化驗黃豆桿8.470.204.1517.253800本公司化驗玉米桿9.570.314.0116.183813國家煤檢中心化驗樹皮19.858.445.1716.593184國家煤檢中心化驗* 灰渣變形溫度：稻麥草約為

7、800，玉米桿約為 1100，棉花稈約 660。2生物質(zhì)秸稈類燃料燃燒特性分析2.1秸稈燃燒機(jī)理(1) 預(yù)熱：秸稈進(jìn)入爐膛后被預(yù)熱。(2) 干燥：預(yù)熱后析出水分。(3) 揮發(fā)份析出并燃燒： 熱分解約在 250揮發(fā)份開始析出， 325開始十分活躍， 350時已有 80%揮發(fā)份析出，形成焦碳。揮發(fā)份被高溫空氣引燃。(4) 焦碳 (固定碳 )燃燒：由于焦碳被揮發(fā)份包圍，不易接觸到氧氣而燃燒，當(dāng)揮發(fā)份快燃燒終了時， 焦炭周圍溫度很高且氧氣有可能接觸到焦炭表面， 從而開始燃燒并產(chǎn)生灰燼。2.2生物質(zhì)秸稈類燃料的特點（1）熱值約為煤的一半，熱值較低。（2）揮發(fā)份很高，但階段性含水量極高。（3）燃料灰份少。

8、灰熔點較低，易在燃燒過程中熔化并結(jié)焦。（4）含氯成分較高，對受熱面有較強(qiáng)的腐蝕性。3 . 全燃改造和運行中對循環(huán)流化床鍋爐全燃生物質(zhì)產(chǎn)生主要問題采取的對策：3.1結(jié)焦問題生物質(zhì)燃料的灰熔點低，玉米稈灰熔點 DT 只有 1080，麥稈灰熔點 DT 只有 760，棉花稈灰熔點 DT 只有 660，果木枝條灰熔點 DT 只有 650，在燃燒時很容易引起爐膛內(nèi)部結(jié)焦， 解決結(jié)焦問題的關(guān)鍵是控制好溫度。 在運行中要注意在不影響鍋爐效率的情況下控制好鍋爐各個部分的溫度， 解決結(jié)焦問題通過以下幾方面措施加以控制：（ 1）采用合理的風(fēng)帽結(jié)構(gòu)， 確保在運行過程中床層流化均勻；控制鍋爐床溫800 885左右，爐膛

9、出口煙溫850890左右，確保爐膛和布風(fēng)板不結(jié)焦。（ 2）改變二次風(fēng)布局，降低煙氣上升速度，增加爐內(nèi)循環(huán)，確保細(xì)的燃料顆粒一次燃盡，減少旋風(fēng)分離器中二次燃燒份額， 從而控制旋風(fēng)分離器中煙氣溫度，確保旋風(fēng)分離器不結(jié)焦。（3）盡量提高旋風(fēng)分離器效率，降低煙氣含灰量，提高鍋爐效率；并在返料器處布置返料風(fēng)，在適當(dāng)位置布置松動風(fēng)。3.2腐蝕問題生物質(zhì)燃料中的 CL 元素容易造成高溫腐蝕和低溫腐蝕。 其中高溫腐蝕主要發(fā)生在水冷壁和過熱器處， 其發(fā)生的條件有兩個： 一是由煙氣溫度和介質(zhì)溫度確定的工作點在腐蝕區(qū)， 二是受熱面管子附件是還原區(qū)。 低溫腐蝕主要在下級省煤器和空預(yù)器處，其發(fā)生的條件是管壁溫度低于酸露

10、點溫度。針對高、低溫腐蝕的情況， 采取爐膛富氧燃燒、 高溫過熱器最后兩排管子采用鎳基噴涂處理、 采用適當(dāng)?shù)呐艧煖囟取?空預(yù)器最后一排管組采用耐低溫腐蝕的考登鋼材料等解決。3.3高溫粘結(jié)灰問題生物質(zhì)燃料中含有較多的堿金屬，燃燒時容易在對流受熱面形成高溫粘結(jié)灰，堵塞煙道并引起積灰腐蝕，從而影響鍋爐的效率和使用可靠性。針對高溫粘結(jié)灰，可以采取及時補(bǔ)充循環(huán)物料，以加強(qiáng)內(nèi)外循環(huán)沖刷作用、在過熱器等易積灰處布置吹灰器、人工定期停爐清理沖洗等來解決。二、全燃改造技術(shù)方案簡述公司 2 臺循環(huán)流化床鍋爐原為 75t/h 次高溫次高壓燃煤鍋爐， 前階段進(jìn)行大比例 （ 80%） 摻燒生物質(zhì)秸稈運行，現(xiàn)擬改造為全燃秸

11、稈鍋爐。我們在充分利用原有設(shè)備的基礎(chǔ)上， 對爐本體進(jìn)行改造： 每臺爐開二個進(jìn)料口， 增加風(fēng)冷套和測溫測壓裝置， 并增設(shè)返料風(fēng)機(jī)及吹灰防腐裝置等等。 對上料系統(tǒng)進(jìn)行改造： 在散料庫增加給料機(jī)，在 24 米層新增兩條皮帶。對爐前給料系統(tǒng)進(jìn)行改造：增加生物質(zhì)料倉及入爐給料系統(tǒng)等， 并進(jìn)行相應(yīng)電氣、 熱控 DCS配套。對除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造：加裝了旋風(fēng)除塵器和倉泵， 提高了環(huán)保除塵能力。 另外新添置切草機(jī)和鏟車、抓草機(jī)，增加原料加工和運輸能力，同時對其它配套設(shè)施進(jìn)行完善。主要改造內(nèi)容如下：（1）在散料庫皮帶落料口增加給料機(jī)，確保上料量的連續(xù)均勻。（2）在主廠房 14 米層拆除原煤倉，并在相應(yīng)位置新增二臺生

12、物質(zhì)料倉及爐前給料裝置。（3）在主廠房 24 米層新上雙皮帶，可分別對 2 臺爐的料倉輸送生物質(zhì)物料。（4）在兩臺爐膛各開二個孔， 裝有入爐風(fēng)冷套。 爐膛開孔內(nèi)側(cè)澆注耐磨耐溫混凝土。（5）一、二級給料間為落料管，落料管布置有金屬膨脹節(jié)等。（6）給料裝置應(yīng)布置平臺并與鍋爐膜式壁上方用斜吊桿固定。（7）風(fēng)冷套上端布置熱電偶。 爐膛開孔上集箱上方布置熱電偶。 在輸送裝置入爐口處布置熱電偶。正常工作時，如該熱電偶溫度大于 240時應(yīng)自動關(guān)閉下料擋板。（8）鍋爐本體增加吹灰器、過熱器進(jìn)行防腐噴涂，并增設(shè)返料風(fēng)機(jī)。（9）增加旋風(fēng)除塵器及倉泵，以確保煙塵達(dá)標(biāo)排放。（10）電氣、熱控、 DCS 配套等。（注：

13、若欲了解技術(shù)改造詳情， 可與本文作者聯(lián)系。郵箱：13815636088139.com）圖一 .循環(huán)流化床燃煤鍋爐全燃生物質(zhì)技術(shù)改造中三、技術(shù)改造工程預(yù)算序單價總價名稱型號及規(guī)范單位數(shù)量（萬號（萬元）元）一、輸料系統(tǒng)1給料機(jī)套216322輸料皮帶L=45M臺224483分料裝置臺2124切草機(jī)臺13131550 鏟車臺22652630 抓草機(jī)臺217.535小計200二、爐前給料系統(tǒng)方錐形料倉(含懸吊組件、料倉落1料斗、料倉懸吊裝置、卸料輥等 )爐前給料系2統(tǒng)小計三、爐本體部分個22346套4425170216爐 膛 開 孔1（ 含 風(fēng) 冷套411.546套）2羅茨風(fēng)機(jī)套25103測溫裝置套41

14、44測壓裝置套414鍋爐吹灰、5防腐、返料套24080改造小144計四、除塵系統(tǒng)1旋風(fēng)除塵器套223462倉泵系統(tǒng)套21326小計72五、電氣及熱控系統(tǒng)1 電氣系統(tǒng)控制柜套48.534增加配套電柜、開關(guān)柜、套21530電纜等熱控系統(tǒng)及2DCS 升級改4646造小110計六、安裝及材料費用80七、其它1粉塵治理設(shè)備50502消防設(shè)施15153監(jiān)控設(shè)備55八、立項、備案、設(shè)計、調(diào)試、驗收、性能試驗40合兩臺爐改造費用932計本全燃生物質(zhì)改造工程前期已進(jìn)行過混燃80%生物質(zhì)改說造。前期混燃改造工程中已進(jìn)行料場施工、裝載機(jī)械配備、散料庫、堆料庫、地下廊道、棧橋、轉(zhuǎn)運站施工、輸料皮帶明安裝等等（總約45

15、00 萬元），本次均加以利用，未列入本次改造費用統(tǒng)計。四、技術(shù)改造工程效果1鍋爐性能試驗結(jié)論：徐州 電力 試驗 中心 于 09 年 10 月對二臺 循環(huán)硫化床鍋爐全燃生物質(zhì)技術(shù)改造直燃鍋爐進(jìn)行性能試驗，試驗結(jié)果如下：1.1 #1 鍋爐燃用稻麥草50%、棉桿 20%、花生殼 (稻殼 )30%混合燃料熱效率如下：工況60t/h75t/h熱效率鍋爐熱效率（ %）88.9789.02換算到設(shè)計條件下熱效率（%）88.8889.341.2 #1 鍋爐燃用樹皮50%、稻麥草 30%、花生殼 (稻殼 )20%混合燃料熱效率如下：工況60t/h75t/h熱效率鍋爐熱效率（ %）89.3889.80換算到設(shè)計條

16、件下熱效率（%）88.8889.921.3#2 鍋爐燃用稻麥草50%、棉桿 20%、花生殼 (稻殼 )30%混合燃料熱效率如下：工況56t/h75t/h熱效率鍋爐熱效率（ %）87.3089.52換算到設(shè)計條件下熱效率（ %）87.3889.671.4#2 鍋爐燃用樹皮 50%、稻麥草 30%、花生殼 (稻殼 )20%混合燃料熱效率如下：工況63t/h70t/h熱效率鍋爐熱效率（ %）87.8988.92換算到設(shè)計條件下熱效率（ %）88.2489.211.5#1、#2 鍋爐徐 州 電力 試驗 中心 試驗報告認(rèn)為：#1、 #2 鍋爐經(jīng)過全燃生物質(zhì)燃料改造后，能夠連續(xù)穩(wěn)定的運行，鍋爐的熱效率基本

17、達(dá)到設(shè)計值。建議#1、#2 鍋爐在在全燃生物質(zhì)燃料時，在可能情況下，應(yīng)盡量維持在 70t/h以上負(fù)荷運行，此工況下運行鍋爐效率較高， 運行比較經(jīng)濟(jì)。#1、#2 鍋爐全燃生物質(zhì)燃料時鍋爐排煙溫度及排煙氧量比純?nèi)加妹杭皳綗龝r有所升高，因此排煙損失比較大。循環(huán)流化床鍋爐改造后，全燃生物質(zhì)燃料（稻桿、麥桿、玉米桿、棉花桿、稻殼、稻草、樹皮）不但可以節(jié)約資源，而且保護(hù)大氣環(huán)境，這種技術(shù)應(yīng)該在循環(huán)流床鍋爐上大力推廣。2本公司長期運行實踐結(jié)論：公司 06開始摻燒 30%生物質(zhì)混燃發(fā)電， 08年開始摻燒 80%生物質(zhì)混燃發(fā)電， 09年 9月完成 1#、2#循環(huán)流化床燃煤鍋爐全燃生物質(zhì)改造并全燃生物質(zhì)運行發(fā)電，

18、至今已一年多時間， 運行狀況穩(wěn)定良好。 通過數(shù)年刻苦努力探索， 系統(tǒng)和設(shè)備不斷修改完善， 運行方式不斷調(diào)整優(yōu)化， 道路雖然曲折， 但在燃煤鍋爐全燃生物質(zhì)改造和運行方面也積累了豐富的經(jīng)驗。 目前全燃生物質(zhì)改造工程： 設(shè)備已趨成熟，系統(tǒng)已趨合理，運行調(diào)整已趨規(guī)范，進(jìn)入了良性循環(huán)狀態(tài)。通過對 3#水冷振動爐排全燃生物質(zhì)鍋爐與 1#2#循環(huán)流化床全燃改造生物質(zhì)鍋爐運行實踐分析比較得知：2.1 若未對受熱面作大的改動， 循環(huán)流化床燃煤鍋爐進(jìn)行全燃生物質(zhì)改造后出力將有所下降，約下降為原來出力的 80-85%左右。在正常原料情況下（秸稈、樹皮、殼屑等），75 T/H 循環(huán)流化床燃煤鍋爐改燃生物質(zhì)，出力約為60-65T/H 左右。2.2 循環(huán)流化床生物質(zhì)鍋爐全燃生物質(zhì)，其灰渣可充分燃盡， 其爐效高于水冷振動爐排全燃生物質(zhì)鍋爐。五、全燃改造效益分析連云港協(xié)鑫生物質(zhì)發(fā)電有限公司循環(huán)流化床鍋爐全燃生物質(zhì)改造后，可全面享受全燃生物質(zhì)發(fā)電有關(guān)政策，企業(yè)通過電價補(bǔ)貼、稅收返還等每年可新增加收入 1000 萬元以上，一年內(nèi)即可收回全燃改造投資。而新建一座同樣規(guī)模的生物質(zhì)電廠約需新增資金2.5 億元人民幣，新征土地資源200 畝以上，且建設(shè)周期長達(dá) 2 年。因此對循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行全燃生物質(zhì)改造，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。圖二 .生物質(zhì)原料運輸車輛排隊等待卸料全燃生物質(zhì)改造后，