生物质燃料特性对锅炉运行的影响

黄仕高

（粤电集团湛江生物质能发电有限公司，广东湛江524000）

　　摘要：随着社会经济高速发展和传统能源日益稀缺，开发新能源成为了当代的重要课题。而生物质能因其良好的再生能力与丰富的储存量在新能源中占据重要的地位。文章结合生物质燃料的主要特性，分析了生物质能发电厂运行中遇到的主要问题并提出了相应的解决措施，为生物质发电厂锅炉的安全稳定运行提供了可靠依据。

　　1概述

　　传统能源日益稀缺极大地制约了社会经济的发展。太阳能、风能、生物质能等新能源已成为重点发展方向，其中生物质能可开发总量极其丰富。近年国内生物质能得到了快速的发展，各能源企业不断发展生物质能并积极抢占市场。因此，生物质能作为新能源的重要组成部分，开始逐步发展。

　　《湛江生物质发电项目》的两台50MW的机组已于2011年8月正式投产。从调试及投产至今，发生了许多设备及运行事故，而这些事故都与生物质燃料的特性有莫大关联。本文将以调试、投运过程中遇到的问题为载体，分析生物质燃料对机组锅炉运行的影响，分析问题并采取相应措施，以保证机组的长周期安全经济运行。

　　2生物质概述

　　2.1定义

　　生物质是指有机物中除化石燃料以外的所有来源于动植物的可再生物质。生物质能主要指绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在植物内部的能量。

　　2.2主要分类

　　林木生物质、农业生物质、水生植物、城镇有机物、粪便。

　　2.3特点

　　（1）分布广泛、产量巨大；（2）可再生性好；（3）生物质能是绿色能源；（4）开发转化技术相对容易。

　　2.4生物质燃料的主要特性

　　（1）粒度和形状；（2）杂质及灰份；（3）水分含量；（4）碱金属含量。

　　3生物质燃料特性对CFB锅炉运行的影响

　　与传统燃料相比，不同种类的生物质燃料密度、热值、水分等均有较大差异。根据生物质燃料的特性，结合我厂生物质CFB锅炉运行中发生的问题，寻找它们之间的因果关系，为解决锅炉运行问题提供参考依据，有利于燃用生物质燃料的CFB锅炉稳定运行。

　　3.1粒度和形状对CFB锅炉运行的影响

　　粒度是指颗粒的大小，即在空间范围内所占据的线性尺寸。生物质燃料是由大量单颗粒组成的颗粒群，而颗粒形状是指颗粒的轮廓或表面上各点所构成的图像。生物质燃料的颗粒形状有球状、针状、粒状、片状以及各种不规则形状[1]。在实际生产中，收集来的燃料种类及形状千差万别，其干湿度、硬度也不尽相同。由此引发的一些运行问题主要表现如下：（1）输料皮带时有破损，特别是皮带头部转换处磨损尤为严重；（2）炉前料仓入料口堵料；（3）料仓内一级给料机被料缠绕导致过负荷卡死，无法转动；（4）炉膛给料口频繁堵料；（5）给料仓内一、二级下料口搭桥。

　　以上问题在我厂投运初期频繁发生。为避免以上问题，本厂采取针对性措施主要如下：（1）改造破碎机，使之适用于多种生物质燃料；（2）暂不收取本厂不能破碎又不能直接燃用的物料；（3）对料仓落料口一、二级给料机下料口扩容改造，提高其适应少部分未破碎及格的料进入炉膛的能力；（4）在炉前料仓中下部安装6台与一级给料机方向垂直且间隔相等的承载螺旋给料机。

　　3.2杂质及灰分对CFB锅炉运行的影响

　　生物质燃料一般是通过分散收购后集中运输进行采集的，其特点为收集工序复杂、种类繁多。在收集汇总与存放运输的过程中，入厂燃料混杂较多的泥沙、石头、砖块等杂质。这些生物质中不能燃烧的矿物杂质对锅炉影响特别大，主要存在以下几个问题：（1）破碎机磨损严重，影响正常破碎效率和质量，甚至发生损坏；（2）螺旋给料机卡死、叶片变形损坏，甚至造成给料机断轴和叶片脱落；（3）炉内流化不良、燃烧不稳定，床压波动大；（4）风帽磨损严重；（5）锅炉排渣不顺畅，排渣管和排渣器堵死。

　　针对以上问题，本厂采取主要措施如下：（1）提高燃料收集的科学性，加强对收料第一环节的要求与控制；（2）对厂外供应商资格进行考评认定；（3）加强厂用料场的硬体化改造，减少储存时混入的杂质；（4）通过质检取样控制，对入炉燃料质量严格把关；（5）厂内上料前进行人工预查，清理明显杂质。

　　3.3水分对CFB锅炉运行的影响

　　在生产过程中，生物质燃料水分主要指生物质燃料在运输和储存过程中受到雨水淋湿或随着季节变化、空气温度湿度变化而存在于生物质燃料中的外在水分[2]，这对锅炉的运行有很大影响。本厂因燃料水分过大造成的问题主要如下：（1）锅炉给料系统中料仓、螺旋给料器搭桥堵塞；（2）锅炉燃烧后烟气体积较大，引风机出力不足，炉内不断冒正压，造成给料系统堵料返火；（3）水分含量提高使热值降低。同时增加了运输成本，且水分含量高的燃料不易破碎，容易粘附在设备上；（4）燃料水分高导致着火困难，使炉内温度降低，其机械不完全燃烧损失和化学不完全燃烧损失增加，导致锅炉尾部排烟温度升高，排烟热损失增大，同时飞灰含碳量增加。针对以上问题，本厂采取以下措施：（1）对入厂燃料进行水分化验，水分含量超过60%的燃料一律不予进厂；（2）厂内新建干料棚。收购的燃料分类有序存放，防止雨水淋湿。露天只存放树头之类不易吸收水分的燃料；（3）新建晒料场对水分较高的燃料进行机械化晾晒；（4）根据燃料的水分含量不同制定详细的配烧方案，稳定入炉燃料的水分含量。

　　通过采取以上措施，本厂锅炉运行的经济效益得到明显提高，可通过表1进行反映：

　　由表1可知，随着燃料中水分含量提高，燃料热值逐渐降低，其飞灰可燃物含量明显增大，锅炉效率及经济性则相应降低。

　　3.4碱金属含量对CFB锅炉运行的影响

　　与煤相比，生物质碱金属（钾、钠）含量较高，同时生物质燃料中氯元素含量较高，导致锅炉高温过热器严重腐蚀，进而引起泄漏和爆管事故，影响锅炉的安全性和稳定性。

　　只要入炉燃料中含有碱金属和氯元素，将必然发生腐蚀。碱金属和氯元素含量多少只会影响腐蚀速度。当过热器蒸汽温度在490~520℃时，管壁腐蚀速度明显加快；当蒸汽温度大于520℃时，腐蚀速度将急剧增大。只要腐蚀一旦发生，将持续进行且不会停止[3]。

　　我厂自投运以来，因腐蚀爆管泄漏问题较为严重，我门提出了针对性措施如下：（1）在对高温过热器管排进行清焦清灰时，不宜采用机械的清灰方式，避免破坏管壁的保护性覆层；（2）严把入炉燃料质量关，严禁腐蚀性元素含量高的燃料入炉。同时，加强入炉燃料的配烧工作，从燃料的易燃性、粒度、水分、灰分、热值等方面综合考虑，确保入炉燃料品质的稳定性。

　　4结束语

　　生物质燃料的颗粒度、杂质、水分及所含碱金属等物性对CFB锅炉的正常运行影响较大，主要包括给料系统不稳定、燃烧工况不稳定、设备损坏及主设备腐蚀严重等方面。为了提高生物质机组锅炉运行的安全性与稳定性，提高经济效益，需要对生物质燃料的收购、运输、储存严格把关，从给料系统改造、运行调整和合理配烧等方面综合控制，以保证生物质CFB锅炉能够长期安全稳定运行。

　　参考文献

　　[1]张殿军，陈之航.生物质燃烧技术的应用[J].能源研究与信息，1999，15（3）.

　　[2]刘建禹，翟国勋，陈荣耀.生物质燃料直接燃烧过程特性的分析[J].东北农业大学学报，2001，32（3）.

　　[3]宋鸿伟，甄邯伟.生物质锅炉高温过热器腐蚀机理的研究[J].锅炉制造，2010，5.