1、前言
连云港某生物质发电有限公司是某集团控股有限公司投资兴建的环保型热电联产企业，公司地处江苏省连云港市赣榆县经济开发区内。项目设计规模为三炉二机，一期工程为二炉二机，主要设备选型为二台15MW抽凝式汽轮发电机组，配套二台75T/H循环流化床锅炉，机组于2005年7月投产发电，同年10月实现了对热用户供热，富通新能源专业生产销售
生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧
木屑颗粒机、
秸秆颗粒机压制的生物质颗粒燃料，生物质颗粒燃料如下图所示：
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，S02、C02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。
连云港某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。目前连续运行已超过4年时间，运行情况稳定良好，达到了预期目标。
一、全燃技术改造的可行性
连云港某发电有限公司地处连云港市赣榆县，赣榆县是一个农业生态县，生物质资源非常丰富，全县85万亩耕地面积，年产各种秸秆类生物质资源总量达到80万吨，扣除各种减量因素及农民自用量后，仍有40万吨左右的生物质资源可以供综合利用。同时连云港某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、生物质燃料的特性
北京国家煤炭质量监督检验中心对连云港及周边送检生物质样品的化验结果，见表1所示：
|
种类 |
工业分析成分 % |
元素组成 % |
低位热值KJ/Kg |
|
水分 |
灰分 |
挥发分 |
固定炭 |
H |
C |
S |
N |
P |
K2O |
|
杂草 |
5.43 |
9.4 |
68.27 |
16.40 |
5.24 |
41.00 |
0.22 |
1.59 |
1.68 |
13.60 |
16204 |
|
豆秸 |
5.10 |
3.13 |
74.56 |
17.12 |
5.81 |
44.79 |
0.11 |
5.85 |
2.86 |
16.33 |
16157 |
|
稻草 |
3.61 |
12.20 |
67.80 |
16.39 |
5.30 |
48.30 |
0.09 |
0.81 |
0.15 |
9.93 |
17636 |
|
稻壳 |
5.62 |
17.82 |
62.61 |
13.95 |
6.20 |
49.40 |
0.40 |
0.30 |
- |
0.60-1.60 |
16017 |
|
玉米秸 |
6.10 |
4.70 |
76.00 |
13.20 |
6.00 |
49.30 |
0.11 |
0.70 |
2.60 |
13.80 |
17746 |
|
玉米芯 |
4.87 |
5.93 |
71.95 |
17.25 |
6.00 |
47.20 |
0.01 |
0.48 |
- |
- |
17730 |
|
高梁秸 |
4.71 |
8.91 |
68.90 |
17.48 |
6.09 |
48.63 |
0.01 |
0.36 |
1.12 |
13.60 |
15066 |
|
棉秸 |
6.78 |
3.97 |
68.54 |
20.71 |
5.70 |
49.80 |
0.22 |
0.69 |
-2.10 |
24.70 |
18089 |
|
麦秸 |
4.39 |
8.90 |
67.36 |
19.32 |
6.20 |
49.60 |
0.07 |
0.61 |
0.33 |
20.40 |
18532 |
|
花生壳 |
7.88 |
1.60 |
68.10 |
22.42 |
6.70 |
54.90 |
0.10 |
1.37 |
|
|
21417 |
|
杉木 |
3.27 |
0.74 |
81.20 |
14.79 |
6.00 |
51.40 |
0.03 |
0.06 |
|
|
19194 |
|
榉木 |
5.90 |
0.60 |
79.00 |
14.50 |
6.20 |
49.70 |
0.01 |
0.28 |
|
|
18077 |
|
松木 |
6.00 |
0.40 |
79.60 |
17.00 |
6.00 |
51.00 |
0.00 |
0.08 |
|
|
19045 |
|
红木 |
|
|
|
|
6.00 |
50.80 |
0.03 |
0.05 |
|
|
19485 |
|
杨木 |
6.70 |
1.50 |
80.30 |
11.50 |
6.00 |
51.60 |
0.02 |
0.60 |
|
|
17933 |
|
柳木 |
3.50 |
1.60 |
78.00 |
16.90 |
5.90 |
49.50 |
0.04 |
0.42 |
|
|
18625 |
|
桦木 |
11.10 |
0.30 |
70.00 |
18.60 |
6.10 |
49.00 |
0.00 |
0.10 |
|
|
18413 |
|
枫木 |
5.60 |
3.60 |
74.20 |
16.60 |
6.10 |
51.3 |
0.00 |
0.25 |
|
|
18902 |
|
马粪 |
6.43 |
21.85 |
58.99 |
12.82 |
5.35 |
37.25 |
0.17 |
1.40 |
1.02 |
3.14 |
14022 |
|
牛粪 |
6.46 |
32.40 |
48.72 |
12.52 |
5.46 |
32.07 |
0.22 |
1.41 |
1.71 |
3.84 |
11627 |
|
烟煤 |
8.85 |
21.37 |
38.48 |
31.30 |
3.81 |
57.42 |
0.46 |
0.93 |
|
|
24300
|
通过上表分析，生物质成分组成、特性、产地、气候及生产过程等变化很大，仍具有共性：
1.1工业分析送检样品很干水分较低，实际收购水分较大，从我们公司收购入炉情况看，水分有时会在40%左右。生物质的灰分一般较低，除稻壳和稻草在14%左右，其余都在6%以下；挥发份较高60%-80%，固定碳在10%～20%之间。
1.2元素分析
生物质应用基含碳在40%左右，氧量35%左右，氢5%左右，硫0.05%-0.2之间。生物质与煤炭对比，生物质为低炭燃料，属于清洁能源，含硫量少、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C02的排放，和生物质生长时C02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S02排放形成的大气污染，并实现温室气体C02零排放。．
1.3灰分分析生物质的灰分中碱金属及氯在燃烧中会引起受热面的结渣、积灰及腐蚀。通过4年的运行锅炉的过热器、省煤器管道表面结渣积灰非常严重，2个月需要停炉清理一次。旋风分离器因积灰通流面积降低需要停炉清理。
1.4发热量及自然堆积密度生物质收到基地位发热量一般在13-16MJ/Kg之间，与锅炉设计煤种20. 3IMJ/Kg相比，发热量低很多。生物质堆积密度较小，一般在120-160kg/m3之间，平均密度仅为煤炭的1/8。生物质的单位热值密度比煤炭低的多，约为煤炭的1/10。由于生物质自身特点，生物质的入炉问题是改造的重点和难点之一。
1.5燃烧特性
2、生物质自身挥发份含量很高，而CFB锅炉主要是通过内部蓄热循环提高炉效。生物质在炉内燃烧时间短、循环倍率低是降低炉效的一个因素。
二、全燃生物质产生主要问题采取的对策：
2.1．结焦问题
生物质燃料的灰熔点低，玉米秆灰熔点DT 1100℃，麦秆灰熔点DT 940℃，棉花秆灰熔点DT 12200℃，树枝灰熔点DT1500℃，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加以控制：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800～900℃左右，炉膛出口烟温850～890℃左右，确保炉膛和布风板不结焦。
9.9．腐蚀问题
生物质燃料中的氯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。
2.3．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。通过4年的运行锅炉的过热器、省煤器管道表面结渣积灰非常严重，2个月需要停炉清理一次。
2.4．飞灰问题
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，增加水冷壁的辐射热交换，减少旋风分离器中二次燃烧份额，在控制旋风分离器中烟气温度的同时，确保旋风分离器不结焦分离效率得以保障。降低飞灰热损失。
2.5分离问题
生物质全燃改造后由于燃料品种质的改变，分离器磨损已经不存在，由于生物质的灰熔点较低，在分离器内会发生粘结，在旋风分离器四周增加吹扫风通过运行时间断扰动降低旋风分离器积灰，利用停炉进行清理可以解决此类问题。
三、 结语
生物质全燃改造实现了锅炉改造的预期目标，系统运行正常，燃烧稳定，锅炉的热效率基本达到设计值。徐州电力试验中心试验报告认为：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。由于受热面没有改动，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。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。
09年9月完成l#、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4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。
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