秸秆发电锅炉选型分析
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秸秆发电锅炉选型分析
作者：杨帆
来源：《中国科技博览》2013年第16期
摘要：本文对秸秆锅炉的燃烧特性进行了论述，通过对燃料适应性、颗粒度要求、年运行时间、运行维护、点火方式、锅炉效率的研究，对三种炉型进行了详细的对比分析，同时从效率、腐蚀、造价等对三种参数进行了对比分析。
关键词：秸秆发电，联合炉排锅炉，水冷振动炉排炉，循环流化床锅炉，选型分析
中图分类号：TM619；TK229.6
0 引言
秸秆是一种很好的清洁可再生能源，每两吨秸秆的热值就相当于一吨标准煤，而且其平均含硫量只有3.8‰，而煤的平均含硫量约达1%。在秸秆的再生利用过程中，排放的CO2与秸秆再生时吸收的CO2达到碳平衡，具有CO2零排放的作用。
我国农村的秸秆资源相当丰富，主要的农作物种类有稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类油料作物、棉花和甘蔗。在2000年到2010年期间，我国每年秸秆资源的可获得量为3.5亿～3.7亿t，相当于1.7亿吨标煤。如果将这些秸秆资源用于发电，相当于0.9亿kW火电机组年平均运行5000h，年发电量为4500亿kWh，这对节省不可再生资源、缓解电力供应紧张等方面都具有特别重要的意义。
作为秸秆电厂的主要设备，锅炉选型直接影响到秸秆电厂运行可靠性和经济性。秸秆锅炉选型一是涉及到锅炉炉型，二是涉及到锅炉参数，本文将针对这两项进行选型分析。
1秸秆燃烧特性
生物质综合燃烧特性指数明显好于煤的综合燃烧特性，生物质燃料着火温度一般在280℃左右，燃尽温度大约在500℃，燃烧速率最大时对应温度与其着火温度相差无几，说明生物质着火后能很快达到最大燃烧速率。因此锅炉燃烧组织的重点在于挥发份的燃尽，减少半焦颗粒的形成及其尺寸，以提高锅炉燃烧效率。目前锅炉主要采用联合炉排锅炉、水冷振动炉排炉、循环流化床锅炉这三种炉型。由于秸秆锅炉单炉容量一般小于130t/h，所有锅炉参数一般为高温高压、次高温次高压、中温中压，仅有少数公司在尝试使用高温超高压参数的锅炉。
2 锅炉炉型分析
秸秆直燃炉在燃烧方面分为：引进国外技术、国内消化吸收制造的联合炉排锅炉，水冷振动炉排炉和国内自主开发的循环流化床锅炉。目前已建成和在建项目采用引进丹麦BWE技术龙源期刊网
制造的水冷震动炉排式锅炉（在国外使用多年，技术成熟）和水冷振动炉排炉居多。循环流化床锅炉在部分科研院所、设计院、锅炉厂的推动下，开始进入生物质发电领域，下面将联合炉排锅炉、水冷振动炉排炉、循环流化床锅炉的特点进行详细对比分析。
2.1 燃料适应性
联合炉排锅炉燃料适应性介于水冷振动炉排炉和循环流化床锅炉之间，对燃料破碎粒度要求低（不阻塞能送入即可）。
水冷振动炉排锅炉适宜设计燃料，对不同种类燃料适应性差；要求水分≤20%，高水分、高灰渣燃料适应性差；适宜软硬秸秆，对稻壳适应性差。
循环流化床锅炉燃料适应性强，不同种类燃料均可燃烧。对燃料水分、灰渣要求低（高水分、高灰渣燃料可适应）；适宜软硬秸秆。
2.2 燃料颗粒度要求
联合炉排锅炉、水冷振动炉排锅炉对燃料破碎粒度要求低（不阻塞能送入即可，一般≤10cm）。如若解决进料问题，软质秸杆不用破碎，对燃烧无影响。
循环流化床锅炉对燃料破碎粒度要求严格（宜5cm左右，一般≤8cm）。所有秸秆须破碎。
2.3 年运行时间
联合炉排锅炉故障率高于水冷振动炉排锅炉。炉排由往复炉排+鳞片式链条炉排组成，零部件太多，机械运转故障率偏高。
水冷振动炉排锅炉故障率低。故障率表现在炉排振动设备故障，炉排、过热器等结焦，尾部积灰，高温管道腐蚀等，锅炉年运行时间≥7000h。
循环流化床锅炉故障率高于水冷振动炉排锅炉。故障率表现在床上、返料器易结焦；过热器结焦，尾部积灰；高温管道腐蚀；磨损问题等。锅炉年运行时间≥6000h。
2.4 运行维护
联合炉排锅炉操作控制要求高于水冷振动炉排锅炉，两级炉排存在搭配问题。由于运行电耗低，燃料破碎要求低，采用人工点火，操作控制要求低，辅机电耗较低，故运行费用低。
水冷振动炉排锅炉操作控制要求低，主要控制炉排燃烧温度。运行费用与联合炉排锅炉相当。 龙源期刊网
循环流化床锅炉操作控制要求高于水冷振动炉排锅炉，主要控制床温和返料器温度，需添加床料。由于运行电耗高，燃料破碎要求高，采用油点火，操作控制要求高，辅机电耗较高（送引风机功率较大），故运行费用高。
2.5 点火方式
联合炉排锅炉、水冷振动炉排锅炉可采用人工点火，非常简单。
循环流化床锅炉一般采用床下油点火。油点火要求高，且需上轻油站设施，增加一定的投资。
2.6锅炉效率
联合炉排锅炉、水冷振动炉排锅炉效率一般在84～86%左右。
循环流化床锅炉效率一般可达88～90%。
3 锅炉参数分析
目前已建成和在建项目中高温高压、次高温次高压和中温中压参数的都有， 75t级锅炉以次高温次高压和中温中压参数为主，部分项目采用高温高压参数；130t级锅炉采用高温高压参数的项目较多，国外的生物质直燃发电项目有75%以上采用高温高压参数，少数公司在尝试使用高温超高压参数的锅炉。由于高温超高压仅在130t级锅炉进行试运行，下表仅针对高温高压、次高温次高压和中温中压参数三种参数进行对比分析。
4. 结论
从上述分析来看，炉排炉锅炉效率虽然低于流化床约4%，但厂用电的减少基本可弥补相对低的锅炉效率，炉排炉综合运行指标占优；从燃料适应性来说，明显流化床锅炉占优；从燃料含水量和含灰量来说，流化床锅炉占优。由于燃料受市场、气候当地农民种植选择影响较大，目前实际投产的秸秆电厂运行中使用的燃料与设计燃料均有较大偏差，所以循环流化床锅炉在秸秆发电领域适应性更强，具有更广阔的发展空间。
虽然高温高压锅炉过热器高温腐蚀比较严重，但是全厂热效率远高于次高温次高压和中温中压参数的锅炉，在燃料价格、人工成本、运输成本长期看涨的情况下，高温高压锅炉具有绝对的优势。130t级高温超高压锅炉受制于锅炉本体、汽轮机组及辅机配套的不成熟、造价高、可靠性差、运行维护成本高，目前还无法大面积推广，但是更高的参数、更高的效率必将是秸秆发电行业的发展方向。
参考文献 龙源期刊网
1.蔡永祥，蔡宏伟，陈俊，流化床生物质燃烧技术的应用与发展[J]，研究与开发，1004-8774（2011）06-17-04
2.盖东飞，吕英胜，王磊，张建国、宋举星，水冷振动炉排锅炉在生物质直燃发电厂中的应用[J]，研究与开发，1004-8774（2011）06-27-04
