循环流化床锅炉生物质气力输送直燃发电系统
循环流化床锅炉气力输送掺烧生物质燃料直燃发电系统
连云港协鑫环保生物质热电有限公司 方逸庆
摘要:找到一种简单易行、稳定可靠、便于调整、连续大量输送生物质直接进入循环流化床锅炉,且稳定燃烧系统,代替燃煤直燃发电,是当前众多流化床电站锅炉改烧生物质燃料的关键所在。本生物质气力输送入炉直燃发电系统,在这方面进行了有益的探索。本文对厂外生物质原料基地备料流程、厂内生物质气力输送入炉直燃系统流程及其设计计算进行了介绍。
关键词:生物质 气力输送 直燃发电
一. 前言
煤炭是我国主要的一次能源,在目前我国能源消费结构中约占70%左右。而煤炭在世界平均能源消费结构中所占比例仅25%,我国的能源消费结构明显失衡。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0.12%—0.18%,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,极大降低SO2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,根据规划,至2010年我国生物质能发电装机容量要达到300万千瓦 。
目前,我国循环流化床电站锅炉主要是燃烧煤、煤矸石、
煤泥等,也有通过皮带、埋刮板等输送入炉,掺烧10—30%生物质的(热值比)。而大量连续气力输送生物质,直接进入循环流化床锅炉燃烧,尚未见到相关成功报道。
因此,找到一种简单易行、稳定可靠、便于调整、连续大量输送生物质,直接进入流化床锅炉,且稳定燃烧系统(循环物料稳定,各种运行参数稳定),代替燃煤直燃发电,就成为当前众多流化床电站锅炉改烧生物质燃料的关键所在。本生物质气力输送入炉直燃发电系统,在这方面进行了有益的探索。
二. 生物质气力输送系统介绍
1.各类生物质有关特性指标:
实地检测露天存放三个月以上,当年棉花秆含水量为9.50%,麦秸含水量为10.90%,树枝含水量为10.22%,玉米秆含水量为10.56%。
实验得出稻壳堆积比约为:14 ,花生壳堆积比约:10,切断棉花楷堆积比约:8,切断树枝堆积比约:7 。
2.厂外生物质原料基地备料流程方框图:
3.厂内生物质气力输送入炉直燃系统流程方框图 :
4.系统流程简述:
各类秸杆等生物质原料在厂外生物质原料备料基地,加工切断成10—30mm长度的短棒运送至电厂,然后由铲车等运至生物质车间。秸杆短棒等由皮带输送机经星形给料器给入沉砂箱上部。由罗茨风机来的压力风从沉砂箱一端上部水平接入。压力风和秸杆短棒等组成的气固两相混合流中的杂物泥砂等,因重力作用在沉砂箱中进行第一次沉降分离,分离后的生物质气固两相流由沉砂箱另一端上部水平接出,必要时可再经旋风分离器进行第二次泥砂离心分离。二次分离
泥砂
后的气固两相流经生物质管道,送至流化床锅炉炉膛密相区前侧给煤机落煤管根部,直接进入流化床锅炉密相区进行燃烧。皮带机上装有电子称,称量信号直接送入DCS系统,以准确计量每条皮带添加生物质重量。星形给料器上部装有排气罩,通过吸风机接至室外除尘系统。
每台流化床炉可根椐需要,采用两套或两套以上这样气力输送系统,经炉前不同的给煤机落煤管,同时分别向炉内密相区供料,以确保生物质总添加量热值比大于80%以上。另外,为增加锅炉生物质掺烧比例,还可利用原有皮带输煤系统,掺拌部分生物质(可经过压缩),与燃煤混合输送进入炉膛燃烧。
在气力输送过程中,大量输送生物质风进入炉内,对炉膛内燃烧状况会产生扰动作用。但是经过反复实践,可以根椐气力输送风量的大小,通过削减二次风(将每台炉二次风喷口底层7个全部关小或二次风机入口挡板关小)及调整一次风等方法,进行合理操作,就能保证锅炉空气动力场基本不变,保持燃烧总风量平衡,使流化床锅炉维持稳定燃烧。流化床锅炉大量掺烧生物质后,排烟温度会有所上升(3—5℃),炉效会有所下降,锅炉负荷也会有所降低。但通过进
一步加大生物质供给量,75T/H流化床锅炉可以维持在65T/H以上负荷稳定运行。
由于生物质属低碳燃料,所含挥发份较高,燃烧后所剩残渣较少,因此,大量和长时间的掺烧生物质,会使流化床炉流化所需床料及内外循环所需炉渣减少,进而锅炉无法正常工作。为此,本系统在干煤棚内,利用输煤皮带落煤坑作为正常补渣口,在炉顶煤仓至给煤机之间落煤通道处设立紧急快速补渣口,可以根椐情况进行正常补渣和紧急补渣。 5.系统设计计算简介:
A. 气力输送所需空气量和输送管道内径计算:
75T/H流化床炉,当整台炉掺烧生物质热值比>80%时,经计算需掺烧生物质量为16T/H(生物质平均热值取3000kcal/kg)。若考虑每台炉由两路管道进行生物质气力输送,则每路管道输送生物质量为8T/H。
(a) 所需空气量Qa:
Qa=Gs/(μsγa)=111.11(m3/min)
考虑气力输送系统不够严密,造成部分空气泄漏,选取风机时,取富裕系数1.2,则:
Qa=111.11×1.2=133.33(m3/min)=7999.92(m3/h)
(b) 输送管道内径D:
输送管道内径D=√4Gs/(60πμsγaVa ) =0.281(m)
圆整到标准管径:φ325mm。
B. 气力输送系统压力损失计算: (a) 纯空气管道压力损失ΔPa: ΔPa=λa(L / D)(γa /2g)Va2
=826.53(kg/m2)
(b)物料加速压力损失ΔPc:
ΔPc=(c+μs)(γa /2g)Va2
=330.61(kg/m2)
(c) 物料在管道中运输时的压力损失ΔPm: ΔPm=αΔPa
=1381.48(kg/m2)
(d) 容积式分离器(沉砂箱)的压力损失ΔPr: ΔPr=ξr(γa Va2 /2g)(1+Kμs)
=322.35(kg/m2)
(e) 旋风分离器的压力损失ΔPs: ΔPs=ξs(γa Va2 /2g)
=330.61(kg/m2)
(f) 管件的总压力损失ΔP: ΔP单 =ξ(γa Va2 /2g)(1+Kμs)
=9.74(kg/m2)
按20个弯头考虑,则管件的总压力损失:
ΔP=9.74×20=194.80(kg/m2) (g) 排气压力损失ΔP排:
炉膛密相区压力约为1kpa,炉前播煤风压力为10 kpa,为可靠选取排气压力损失为: ΔP排=10kpa
(h) 总压力损失∑P:
∑P=ΔPa+ΔPc+ΔPm+ΔPr+ΔPs+ΔP+ΔP排 =43.86(kpa)
考虑设计误差和输送条件改变时的安全性,选取罗茨风机时压力可放大1.1倍(即48.25 kpa)以上。 C. 综上计算得知:
(a) 气力输送管道管径为:φ325mm ; (b) 罗茨风机选取参数为:Q风≥7999.92 m3/h , P
风≥48.25 kpa
。
D.输送机、星型给料器、 沉砂箱、旋风分离器选型计算:
略。
6.小结:
本系统流程简便,改造容易,上马快,投资省,生物质输送过程连续稳定。对生物质原料适应性强,稻壳、花生壳及经加工切断的麦楷、棉花楷、玉米杆、树枝等,气力输送系统都能将之直接送至循环流化床锅炉炉膛密相区进行燃烧。适用于原有燃煤循环流化床锅炉,改变原料结构掺烧生物质。
(完)
11