摘要：對國內(nèi)單機容量最大的生物質(zhì)發(fā)電項目探討優(yōu)化電廠熱機專業(yè)設(shè)計。結(jié)合該電廠熱機專業(yè)設(shè)計的特點及試運期間出現(xiàn)的若干熱機專業(yè)問題進行討論研究。優(yōu)化了生物質(zhì)發(fā)電領(lǐng)域熱機專業(yè)的設(shè)計思路及方法。以該生物質(zhì)發(fā)電項目熱機系統(tǒng)為參考模型，結(jié)合目前機組的運行情況，以生物質(zhì)燃料性質(zhì)為出發(fā)點，就生物質(zhì)電廠熱機專業(yè)設(shè)計的主輔機選型、熱機系統(tǒng)、主廠房布置等，結(jié)合本工程試運出現(xiàn)的若干問題，對生物質(zhì)發(fā)電廠熱機專業(yè)的設(shè)計進行優(yōu)化，以推動生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的進一步發(fā)展。
關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；生物質(zhì)發(fā)電；熱機設(shè)計
廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電項目(2x50 MW)是廣東省第1個生物質(zhì)發(fā)電項目及國內(nèi)裝機規(guī)模單機容量最大的生物質(zhì)發(fā)電項目。2011年8月20日18:18，該工程1號機組順利通過72 h加24 h滿負荷試運行。作為該項目核心的熱機專業(yè)，設(shè)計及試運期間有不少經(jīng)驗和教訓，本文在簡要描述原設(shè)計特點的同時對需要進一步改進的地方提出優(yōu)化探討。
1、生物質(zhì)發(fā)電燃料來源及品質(zhì)
1.1燃料來源
本工程可以利用的燃料包括桉樹砍伐加工產(chǎn)生的樹皮、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；甘蔗收割和制糖過程中遺棄的蔗葉、蔗渣以及其它可能的當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物等。
原設(shè)計燃料來源于擬建廠址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)，采用汽車運輸?shù)綇S。滿負荷試運期間，因為燃料品質(zhì)及價格等諸多原因，收料半徑由60 km擴大為300 km，相信在相當長時間內(nèi)，業(yè)主方收料半徑仍會擴大。
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)計中燃料品質(zhì)比較理想，除樹皮的含水量達到70%外，其他燃料的含水量均在41%以下。滿負荷試運期間，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，導致煙氣量大、爐床積渣嚴重、溫度升高。燃料品質(zhì)變化對鍋爐運行及配套輔助設(shè)備的影響相當大，可以說是生物質(zhì)電廠設(shè)計中的難點、重點之一。
燃料問題是火電廠運行最需重視的問題，生物質(zhì)燃料種類繁多，能否找到一個穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)的燃料供應(yīng)源，是電廠能否穩(wěn)定運營的關(guān)鍵。作為設(shè)計單位，也應(yīng)盡量考慮生物質(zhì)燃料的特殊性及多樣性，在設(shè)計主、輔機參數(shù)選型時，合理選取設(shè)計裕量。
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：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、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。制造廠：東方電氣集團東方汽輪機有限公司。型號：N50-8.83-2型。型式：高溫高壓、單軸、單缸、沖動、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；額定進汽壓力為8.83MPa.a；額定進汽溫度為535℃。
3)發(fā)電機。制造廠：山東濟南發(fā)電設(shè)備廠。型號：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)試運期間存在的問題和處理
3.1 爐前給料系統(tǒng)
燃料經(jīng)破碎合格后，通過輸料皮帶運至主廠房皮帶層，落人爐前秸稈料倉。通過料倉內(nèi)的撥料器、一級螺旋、二級螺旋逐級輸送到鍋爐給料口，進入爐膛燃燒。
在調(diào)試試運行期間，爐前給料系統(tǒng)暴露出一系列問題，特別是螺旋給料機無法連續(xù)給料，成為機組安全穩(wěn)定運行的一大障礙。通過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螺旋給料機上，播料器起不到播料及承載燃料的作用，一級螺旋葉片發(fā)生嚴重的扭曲，頭部螺旋葉片產(chǎn)生裂紋；二級螺旋給料機人口給料發(fā)生堵塞，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。經(jīng)過運行調(diào)試以及現(xiàn)場分析，可能存在以下問題：
1)實際燃料中水分較多，增加了燃料的韌性、粘性，燃料流動性差，易發(fā)生纏繞和牽連；
實際燃燒中“三塊”（鐵塊、石塊、木塊）等雜質(zhì)成分較多，給爐前給料系統(tǒng)出力增加了很大負擔，甚至造成給料系統(tǒng)出力不足，電動機過載燒毀等；
3)播料器存在局部設(shè)計問題。
通過對爐前給料系統(tǒng)的改造，機組滿負荷試運期間，堵料、給料不暢的問題得到了比較好的解決，給料系統(tǒng)對燃料品質(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)旋風分離器分離下來的物料經(jīng)返料閥返回爐膛繼續(xù)燃燒，運行中床料通過斗式提升機經(jīng)螺旋輸送機送到床料倉，由通過床料倉底部的星型閥控制床料添加量，通過返料管上床料添加口隨循環(huán)物料進入爐膛。
每臺鍋爐設(shè)2x50%容量的羅茨返料風機。原設(shè)計中羅茨返料風機無備用，但考慮到生物質(zhì)電廠的特點及本工程的具體情況，為了提高機組運行的可靠性，整體試運前經(jīng)各方討論決定，擬每爐增設(shè)50%容量羅茨返料風機l臺，運行模式由原來的2運無備用變?yōu)?運1備。
3.3煙風系統(tǒng)
煙風系統(tǒng)采用平衡通風的方式，通過匹配一次風機、二次風機與引風機的出力平衡爐膛的壓力。
由一次風機送出的一次冷風經(jīng)過空預(yù)器加熱后，經(jīng)布風板下一次風室通過布風板和風帽進入爐膛，使爐內(nèi)床料流化，同時向爐膛下部密相區(qū)提供一定的氧氣供燃料燃燒。一次風機采用2x50%容量的離心式風機，人口導葉調(diào)節(jié)。
二次風由二次風機提供，主要是補充爐內(nèi)燃料燃燒的氧氣并加強物料的摻混，調(diào)整爐內(nèi)溫度場的分布，防止局部煙氣溫度過高，抑制NOx的生成。二次冷風經(jīng)過空預(yù)器加熱后，從爐膛前后墻不同高度分級送入。二次風機采用2x50%容量的離心式風機，人口導葉調(diào)節(jié)。
燃燒后的煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后，由引風機送至煙囪排放，每臺鍋爐安裝l臺布袋除塵器。引風機采用2x50%容量的離心式風機，變頻調(diào)節(jié)。
機組試運期間，由于燃料水分過大及爐床積渣，造成鍋爐阻力偏大，引風機一度出現(xiàn)出力不足使爐膛冒正壓現(xiàn)象。原設(shè)計引風機壓頭裕量按20%選取，對于生物質(zhì)電廠，因燃料多樣化，個人認為引風機壓頭裕量可按50%選取為佳，電機配變頻調(diào)節(jié)，以適應(yīng)惡劣工況運行。
4、熱力系統(tǒng)
本期工程汽機熱力系統(tǒng)與傳統(tǒng)50MW燃煤電廠無太大差異。主蒸汽、給水、凝結(jié)水等主要系統(tǒng)采用切換母管制。
值得一提的是電動給水泵采用液偶調(diào)速，凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)速，在機組實際運行中取得較好效果。當鍋爐燃料燃燒不穩(wěn)定、負荷無法穩(wěn)定時，水泵就能根據(jù)機組負荷調(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)計優(yōu)化
單機容量為50 MW的燃煤機組在國內(nèi)有非常多的業(yè)績，主廠房整體布局已相當成熟，從施工、運行及檢修等各方面來看都較為合理，尤其是汽機房和鍋爐房內(nèi)部布置。配置循環(huán)流化床鍋爐的燃煤機組，常規(guī)的主廠房布置為汽機房-除氧煤倉間-鍋爐房-+除塵器-煙囪；汽輪機為島式布置；鍋爐房采用島式或大平臺布置，除氧煤倉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、料倉及輸煤皮帶等。
本期工程主廠房布置與傳統(tǒng)50 MW燃煤機組布置大體相同，但也結(jié)合生物質(zhì)電廠設(shè)備及工作環(huán)境特點做了設(shè)計優(yōu)化，從運行情況看取得較好效果。主要從兩方面進行優(yōu)化：
1)料倉間與除氧間分開成兩跨，料倉間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，料倉仍布置于料倉間，將大大增加二級給料螺旋距離，二級給料螺旋距離越大，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；若將料倉布置在爐前低封，雖然可以縮短二級給料螺旋距離，但必須將料倉承載梁搭在鍋爐鋼柱K，上，滿倉500 t的料倉重量是鍋爐鋼柱無法承受的。
經(jīng)各方充分探討協(xié)商，最終將料倉間與除氧間分開成兩跨，料倉間D排柱緊貼鍋爐K．柱，兩柱中心距l(xiāng) 500 mm。料倉間O—8 m房間功能劃分為1/2，靠汽機側(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)做鍋爐底層及運轉(zhuǎn)層爐前通道。料倉間12 m以上布置料倉及皮帶等。除氧間高度16 m，除氧器露天布置。這樣做的優(yōu)點是料倉可以緊貼鍋爐入料口，二級給料螺旋距離短，最大限度確保給料輸送的順暢；整個料倉的承載又可以由料倉間支撐。缺點是鍋爐底層及運轉(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房固定端。生物質(zhì)燃料的特點之一是密度輕，容易產(chǎn)生飛灰，對機組運行人員身體產(chǎn)生傷害。如果按常規(guī)布置把集中控制室放在2臺機的除氧料倉間8m層，正好在料倉底部下方，集控操作環(huán)境不理想。原設(shè)計充分考慮這一情況，把集控室單獨拉出來布置在主廠房固定端，以裙樓形式設(shè)計成1座集控樓，既改善了運行監(jiān)控環(huán)境自成一體，又仍在汽機房內(nèi)部。集控樓各層通道較常規(guī)布置順暢寬敞，區(qū)域特點明顯，各功能房間較齊全，且具有常規(guī)布置運轉(zhuǎn)層上集控室的監(jiān)控視野。
6、結(jié)語
目前，國家已頒布實施《再生資源法》，生物質(zhì)能發(fā)電必將迎來一個大的發(fā)展。生物質(zhì)能發(fā)電廠的設(shè)計和建設(shè)在國內(nèi)還剛剛起步，有許多問題需要在實際運行中發(fā)現(xiàn)并解決。本文以國內(nèi)裝機規(guī)模以及單機容量最大的生物質(zhì)發(fā)電項目熱機系統(tǒng)為參考模型，結(jié)合目前的機組運行情況，對生物質(zhì)發(fā)電廠熱機專業(yè)設(shè)計做了初步探討，將推動生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的進一步發(fā)展。
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