燃煤CFB锅炉改造为全燃生物质锅炉成功实践.docx
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燃煤CFB锅炉改造为全燃生物质锅炉成功实践
燃煤CFB锅炉改造为全燃生物质锅炉的成功实践
方逸庆
（连云港协鑫生物质发电有限公司连云港222100）
摘要：
新建生物质电厂,进行直燃或气化发电是实现生物质能利用的有效途径，但存在：
基建投资大，需新征用土地，建设周期长等问题。
本文通过实践证明：
对循环流化床（CFB）燃煤电站锅炉进行全燃生物质技术改造，是实现生物质直燃发电的一条短、平、快的便捷之路。
同时本技术对非电站锅炉利用生物质代替原煤，改烧生物质燃料，也具有重要借鉴意义。
关键词：
燃煤CFB锅炉全燃生物质技术改造
前言
以煤炭为主的能源消费结构及能源利用效率低下等因素使我国环境恶化日益严重，生态遭到破坏，SO2、CO2排放量分别列世界第一、第二位，造成的经济损失约占GDP总量的3%—7%。
然而我国生物质能资源非常丰富，椐初步统计，我国生物质能如用以代替煤炭发电，近期可相当5亿吨标煤，远期可相当10亿吨标煤以上。
生物质为低炭燃料，属于清洁能源，含硫量仅为0.1%左右，且含氯量小，含灰量低，生物质中有害物质，硫、灰份等，仅为中质烟煤的1/10左右（煤炭含硫一般高于0.8%）。
同时，生物质燃烧时CO2的排放，和生物质生长时CO2的吸收，构成自然界的碳循环，因此，生物质能的利用，可有效减少SO2排放形成的大气污染，并实现温室气体CO2零排放。
生物质的主要来源之一是各类植物秸杆，我国每年秸杆资源可获得量超过4亿吨，约相当于2亿吨标煤。
收购秸杆还可增加农民收入，而且秸杆燃尽后的炉灰，可以作为钾肥直接还田使用。
因此，利用生物质秸杆等可再生资源，对于我国优化能源结构、建立循环经济、实现可持速发展具有重要意义，生物质直燃发电已被国家发改委列入可再生能源产业发展指导目录。
合理布局,新建生物质电厂,进行直燃或气化发电是实现生物质能利用的有效途径。
但是，新建生物质电厂存在：
基建投资大（约2.5亿元人民币），需新征用土地（200亩以上），建设周期长（约2年）等问题，为克服上述弊端，对原有燃煤电厂进行全燃生物质改造就是一个很好的选择。
经江苏省经贸委批复，连云港协鑫生物质发电有限公司从09年初开始，利用原有工厂厂区，对公司原有的2台75T/H循环流化床燃煤锅炉（CFB锅炉）进行了全燃生物质技术改造。
经过8个月努力，实现了企业从燃煤到全燃生物质的根本转变，燃煤电厂成功升级为全燃生物质电厂。
连云港协鑫生物质发电有限公司全燃生物质改造工程于09年9月份顺利通过江苏省经信委、南京电监会、江苏省环保局、江苏省物价局、江苏供电公司、连云港经信委等部门联合验收，至目前连续运行已超过一年时间，运行情况稳定良好，达到了预期目标。
循环流化床燃煤锅炉全燃生物质技改工程既节约了资金，又充分利用原有土地、资产，减少了资源浪费，同时还赢得宝贵的时间，这表明对循环流化床燃煤锅炉进行全燃生物质改造，是实现生物质直燃发电的一条短、平、快的便捷之路。
一、全燃技术改造的可行性
连云港协鑫生物质发电有限公司所在的连云港及周边地区有丰富的生物质原料资源，能够充分满足全燃生物质锅炉改造后的原料需求；国内不少新上生物质电厂采用循环流化床炉型全燃秸秆，运行情况稳定正常；同时，连云港协鑫生物质发电有限公司前阶段，在循环流化床锅炉大比例（≥80%）掺烧生物质秸秆运行方面已摸索出较成熟经验，因此对循环硫化床燃煤锅炉进行全燃生物质改造是可能的。
1．各类生物质有关特性
实验室检验指标：
品种
水分
（%）
挥发分
（%）
灰分
（%）
固定碳
（%）
发热量
（kcal/kg）
备注
麦秸
7.8
69.11
5.71
17.38
3687
国家煤检中心化验
棉花杆
13.4
65.17
3.20
18.23
3591
国家煤检中心化验
稻壳
9.4
61．27
13．32
16．01
3484
国家煤检中心化验
花生壳
10.5
67．17
3．15
19.18
4010
国家煤检中心化验
树枝
12.3
69.78
1.98
15.94
3866
国家煤检中心化验
稻草
11.6
59.50
14.10
14.80
3139
国家煤检中心化验
木屑
9.0
69.00
4.51
17.49
3800
本公司化验
黄豆杆
8.4
70.20
4.15
17.25
3800
本公司化验
玉米杆
9.5
70.31
4.01
16.18
3813
国家煤检中心化验
树皮
19.8
58.44
5.17
16.59
3184
国家煤检中心化验
*灰渣变形温度：
稻麦草约为800℃，玉米杆约为1100℃，棉花秆约660℃。
2．生物质秸秆类燃料燃烧特性分析
2.1．秸秆燃烧机理
（1）预热：
秸秆进入炉膛后被预热。
（2）干燥：
预热后析出水分。
（3）挥发份析出并燃烧：
热分解约在250℃挥发份开始析出，325℃开始十分活跃，350℃时已有80%挥发份析出，形成焦碳。
挥发份被高温空气引燃。
（4）焦碳（固定碳）燃烧：
由于焦碳被挥发份包围，不易接触到氧气而燃烧，当挥发份快燃烧终了时，焦炭周围温度很高且氧气有可能接触到焦炭表面，从而开始燃烧并产生灰烬。
2.2．生物质秸秆类燃料的特点
（1）热值约为煤的一半，热值较低。
（2）挥发份很高，但阶段性含水量极高。
（3）燃料灰份少。
灰熔点较低，易在燃烧过程中熔化并结焦。
（4）含氯成分较高，对受热面有较强的腐蚀性。
3.全燃改造和运行中对循环流化床锅炉全燃生物质产生主要问题采取的对策：
3.1．结焦问题
生物质燃料的灰熔点低，玉米秆灰熔点DT只有1080℃，麦秆灰熔点DT只有760℃，棉花秆灰熔点DT只有660℃，果木枝条灰熔点DT只有650℃，在燃烧时很容易引起炉膛内部结焦，解决结焦问题的关键是控制好温度。
在运行中要注意在不影响锅炉效率的情况下控制好锅炉各个部分的温度，解决结焦问题通过以下几方面措施加以控制：
（1）采用合理的风帽结构，确保在运行过程中床层流化均匀；控制锅炉床温800～885℃左右，炉膛出口烟温850～890℃左右，确保炉膛和布风板不结焦。
（2）改变二次风布局，降低烟气上升速度，增加炉内循环，确保细的燃料颗粒一次燃尽，减少旋风分离器中二次燃烧份额，从而控制旋风分离器中烟气温度，确保旋风分离器不结焦。
（3）尽量提高旋风分离器效率，降低烟气含灰量，提高锅炉效率；并在返料器处布置返料风，在适当位置布置松动风。
3.2．腐蚀问题
生物质燃料中的CL元素容易造成高温腐蚀和低温腐蚀。
其中高温腐蚀主要发生在水冷壁和过热器处，其发生的条件有两个：
一是由烟气温度和介质温度确定的工作点在腐蚀区，二是受热面管子附件是还原区。
低温腐蚀主要在下级省煤器和空预器处，其发生的条件是管壁温度低于酸露点温度。
针对高、低温腐蚀的情况，采取炉膛富氧燃烧、高温过热器最后两排管子采用镍基喷涂处理、采用适当的排烟温度、空预器最后一排管组采用耐低温腐蚀的考登钢材料等解决。
3.3．高温粘结灰问题
生物质燃料中含有较多的碱金属，燃烧时容易在对流受热面形成高温粘结灰，堵塞烟道并引起积灰腐蚀，从而影响锅炉的效率和使用可靠性。
针对高温粘结灰，可以采取及时补充循环物料，以加强内外循环冲刷作用、在过热器等易积灰处布置吹灰器、人工定期停炉清理冲洗等来解决。
二、全燃改造技术方案简述
公司2台循环流化床锅炉原为75t/h次高温次高压燃煤锅炉，前阶段进行大比例（≥80%）掺烧生物质秸秆运行，现拟改造为全燃秸秆锅炉。
我们在充分利用原有设备的基础上，对炉本体进行改造：
每台炉开二个进料口，增加风冷套和测温测压装置，并增设返料风机及吹灰防腐装置等等。
对上料系统进行改造：
在散料库增加给料机，在24米层新增两条皮带。
对炉前给料系统进行改造：
增加生物质料仓及入炉给料系统等，并进行相应电气、热控DCS配套。
对除尘系统进行改造：
加装了旋风除尘器和仓泵，提高了环保除尘能力。
另外新添置切草机和铲车、抓草机，增加原料加工和运输能力，同时对其它配套设施进行完善。
主要改造内容如下：
（1）在散料库皮带落料口增加给料机，确保上料量的连续均匀。
（2）在主厂房14米层拆除原煤仓，并在相应位置新增二台生物质料仓及炉前给料装置。
（3）在主厂房24米层新上双皮带，可分别对2台炉的料仓输送生物质物料。
（4）在两台炉膛各开二个孔，装有入炉风冷套。
炉膛开孔内侧浇注耐磨耐温混凝土。
（5）一、二级给料间为落料管，落料管布置有金属膨胀节等。
（6）给料装置应布置平台并与锅炉膜式壁上方用斜吊杆固定。
（7）风冷套上端布置热电偶。
炉膛开孔上集箱上方布置热电偶。
在输送装置入炉口处布置热电偶。
正常工作时，如该热电偶温度大于240℃时应自动关闭下料挡板。
（8）锅炉本体增加吹灰器、过热器进行防腐喷涂，并增设返料风机。
（9）增加旋风除尘器及仓泵，以确保烟尘达标排放。
（10）电气、热控、DCS配套等。
（注：
若欲了解技术改造详情，可与本文作者联系。
邮箱：
）
图一.循环流化床燃煤锅炉全燃生物质技术改造中
三、技术改造工程预算
序号
名称
型号及规范
单位
数量
单价
（万元）
总价
（万元）
一、输料系统
1
给料机
套
2
16
32
2
输料皮带
L=45M
台
2
24
48
3
分料装置
台
2
1
2
4
切草机
台
1
31
31
5
50铲车
台
2
26
52
6
30抓草机
台
2
17.5
35
小计
200
二、炉前给料系统
1
方锥形料仓（含悬吊组件、料仓落料斗、料仓悬吊装置、卸料辊等）
个
2
23
46
2
炉前给料系统
套
4
42．5
170
小计
216
三、炉本体部分
1
炉膛开孔（含风冷套）
套
4
11.5
46
2
罗茨风机
套
2
5
10
3
测温装置
套
4
1
4
4
测压装置
套
4
1
4
5
锅炉吹灰、防腐、返料改造
套
2
40
80
小计
144
四、除尘系统
1
旋风除尘器
套
2
23
46
2
仓泵系统
套
2
13
26
小计
72
五、电气及热控系统
1
电气系统
控制柜
套
4
8.5
34
增加配套电柜、开关柜、电缆等
套
2
15
30
2
热控系统及DCS升级改造
46
46
小计
110
六、安装及材料费用
80
七、其它
1
粉尘治理设备
50
50
2
消防设施
15
15
3
监控设备
5
5
八、立项、备案、设计、调试、验收、性能试验
40
合计
两台炉改造费用
932
说明
本全燃生物质改造工程前期已进行过混燃80%生物质改造。
前期混燃改造工程中已进行料场施工、装载机械配备、散料库、堆料库、地下廊道、栈桥、转运站施工、输料皮带安装等等（总约4500万元），本次均加以利用，未列入本次改造费用统计。
四、技术改造工程效果
1．锅炉性能试验结论：
徐州电力试验中心于09年10月对二台循环硫化床锅炉全燃生物质技术改造直燃锅炉进行性能试验，试验结果如下：
1.1．#1锅炉燃用稻麦草50%、棉杆20%、花生壳（稻壳）30%混合燃料热效率如下：
工况
热效率
60t/h
75t/h
锅炉热效率（%）
88.97
89.02
换算到设计条件下热效率（%）
88.88
89.34
1.2．#1锅炉燃用树皮50%、稻麦草30%、花生壳（稻壳）20%混合燃料热效率如下：
工况
热效率
60t/h
75t/h
锅炉热效率（%）
89.38
89.80
换算到设计条件下热效率（%）
88.88
89.92
1.3．#2锅炉燃用稻麦草50%、棉杆20%、花生壳（稻壳）30%混合燃料热效率如下：
工况
热效率
56t/h
75t/h
锅炉热效率（%）
87.30
89.52
换算到设计条件下热效率（%）
87.38
89.67
1.4．#2锅炉燃用树皮50%、稻麦草30%、花生壳（稻壳）20%混合燃料热效率如下：
工况
热效率
63t/h
70t/h
锅炉热效率（%）
87.89
88.92
换算到设计条件下热效率（%）
88.24
89.21
1.5．#1、#2锅炉徐州电力试验中心试验报告认为：
#1、#2锅炉经过全燃生物质燃料改造后，能够连续稳定的运行，锅炉的热效率基本达到设计值。
建议#1、#2锅炉在在全燃生物质燃料时，在可能情况下，应尽量维持在70t/h以上负荷运行，此工况下运行锅炉效率较高，运行比较经济。
#1、#2锅炉全燃生物质燃料时锅炉排烟温度及排烟氧量比纯燃用煤及掺烧时有所升高，因此排烟损失比较大。
循环流化床锅炉改造后，全燃生物质燃料（稻杆、麦杆、玉米杆、棉花杆、稻壳、稻草、树皮）不但可以节约资源，而且保护大气环境，这种技术应该在循环流床锅炉上大力推广。
2．本公司长期运行实践结论：
公司06开始掺烧30%生物质混燃发电，08年开始掺烧80%生物质混燃发电，09年9月完成1#、2#循环流化床燃煤锅炉全燃生物质改造并全燃生物质运行发电，至今已一年多时间，运行状况稳定良好。
通过数年刻苦努力探索，系统和设备不断修改完善，运行方式不断调整优化，道路虽然曲折，但在燃煤锅炉全燃生物质改造和运行方面也积累了丰富的经验。
目前全燃生物质改造工程：
设备已趋成熟，系统已趋合理，运行调整已趋规范，进入了良性循环状态。
通过对3#水冷振动炉排全燃生物质锅炉与1#2#循环流化床全燃改造生物质锅炉运行实践分析比较得知：
2.1．若未对受热面作大的改动，循环流化床燃煤锅炉进行全燃生物质改造后出力将有所下降，约下降为原来出力的80-85%左右。
在正常原料情况下（秸秆、树皮、壳屑等），75T/H循环流化床燃煤锅炉改燃生物质，出力约为60-65T/H左右。
2.2．循环流化床生物质锅炉全燃生物质，其灰渣可充分燃尽，其炉效高于水冷振动炉排全燃生物质锅炉。
五、全燃改造效益分析
连云港协鑫生物质发电有限公司循环流化床锅炉全燃生物质改造后，可全面享受全燃生物质发电有关政策，企业通过电价补贴、税收返还等每年可新增加收入1000万元以上，一年内即可收回全燃改造投资。
而新建一座同样规模的生物质电厂约需新增资金2.5亿元人民币，新征土地资源200亩以上，且建设周期长达2年。
因此对循环流化床锅炉进行全燃生物质改造，经济效益十分明显。
图二.生物质原料运输车辆排队等待卸料
全燃生物质改造后，企业每年燃烧秸秆30万吨以上，少消耗标煤12万吨。
年减少CO2排放30万吨以上，年减少S02排放300吨以上，有效地降低环境污染，并可消除农民焚烧秸秆等农林废弃物造成的大气污染。
变废为宝的秸秆也给当地农民带来实惠，农民年新增秸秆销售收入9000万元以上，可拉动就业岗位600个以上。
秸杆经锅炉燃尽后的灰渣，还可以作为制作钾肥原料或直接还田使用。
六、结语
循环流化床锅炉全燃生物质改造工程获得圆满成功，具有广泛的行业技术推广示范作用。
对目前我国现有众多小型燃煤循环流化床电站锅炉和非电站锅炉利用生物质代替原煤，改烧生物质燃料，具有重要借鉴意义。
该技术对原有小型燃煤电厂转型改造，盘活原有资产，减少资源浪费，尤为有利，并能为国家实现大幅节能减排作贡献。
该技术利国利民，进行推广后，必将产生巨大经济效益、环保效益、社会效益。
参考文献：
[1]75T/H循环流化床锅炉使用说明书济南锅炉厂
[2]制浆造纸机械与设备华南工学院天津轻工学院合编
[3]锅炉性能试验报告徐州电力试验中心
作者简介
方逸庆，男，连云港协鑫生物质发电有限公司总经理，高级工程师，长期从事于火电厂基建、经营管理以及生物质电厂的建设和经营管理工作。
电话：
8手机：
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通信地址：
江苏省赣榆县环城南路82号连云港协鑫生物质发电有限公司邮编：
222100
2010-11-10
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