振动式炉排秸秆直燃锅炉介绍-裘迅斌

振动式炉排秸秆直燃锅炉介绍摘要：国能浚县生物发电工程1X30MW机组控制系统使用的是中控WebField ECS-100 控制系统，实现现场数据的实时采集、控制方案实施和信息化管理。

本文简要介绍了生物发电技术在国内的现状、发展和WebField ECS-100控制系统在本工艺上的成功应用效果，重点叙述了生物发电锅炉本体的主要结构设计。

关键字：中控、ECS-100、DCS、生物发电、清洁能源、丹麦、秸秆锅炉一、生物质发电的现状：根据国际上通行的能源预测，石油在未来40年左右步入枯竭，天然气将在60年左右被用光，煤炭也只能用220年左右。

丹麦BWE公司率先研发秸秆生物燃烧发电技术，1988就诞生了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂，如今已有130多家秸秆发电厂遍及丹麦，秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24％以上。

据资料显示，目前在丹麦、荷兰、瑞典、芬兰等欧洲国家，利用植物秸秆作为燃料发电的机组已有300多台。

从能源生产和消费来看，目前我国已经成为世界上第二大能源生产国和第二大能源消费国，大量生产和使用化石能源所造成的环境污染已经十分严重。

生物质直接燃烧发电（简称生物质发电）是目前世界上发展条件及技术条件仅次于风力发电的可再生能源发电技术。

据专家估算，我国目前每年废弃的农作物秸秆约有1亿吨，折合标准煤5000万吨。

但是目前，在我国广大农村地区，这些宝贵的生物质资源并没有被很好地利用，每年都有大量的秸秆被废弃或就地焚烧，不仅浪费了宝贵的资源，还污染了环境，干扰公路通车和飞机起降，对人们的生产生活产生了不利影响。

因此，加大能源结构调整力度，加快可再生能源发展势在必行。

国家制定了清洁能源的强制要求：2008年前，生物质燃烧发电达到20万千瓦；2010年前，生物质燃烧发电达到400万千瓦。

国内的各大电力集团，都在开展各种清洁能源的建设，到2006年底，通过国家和地方发展改革委核准的秸秆发电项目已达50处，总装机容量超过150万千瓦，主要分布在山东、吉林、江苏、河南、黑龙江、辽宁和新疆等地。

国内的各种研究机构，都在进行秸秆直燃技术的引进及开发，并且已经在固定床上有了业绩：山东单县等项目已经投入正常运行。

在流化床方面，已有浙江大学热能所、无锡华光锅炉厂等一批单位在进行工业化方面的试用及推广工作。

二、秸秆直燃发电的主要炉型及特点：生物质发电主要由直接燃烧发电及气化燃烧发电两种类型：直接燃烧发电与燃煤发电十分相似，两者都是燃料在锅炉内燃烧产生蒸汽、汽轮机将蒸汽的热能转化为机械能、发电机再将机械能转化为电能的过程。

气化燃烧发电是通过对生物质进行气化，生成可燃烧性气体，通过蒸汽锅炉、燃气轮机或内燃机将化学能最终转化为电能的过程。

生物质燃料具有高氯、高碱、挥发分高、灰熔点低等特点，燃烧时易腐蚀锅炉，并产生结渣、结焦等，因此，对锅炉设计有特殊的技术要求。

直接燃烧发电的锅炉主要根据燃烧方式分成固定床或流化床：固定床燃烧方式多采用往复式炉排、振动式炉排、链条式炉排、马丁炉（多见于垃圾炉）等炉型；流化床燃烧方式多采用流化床、循环流化床、二级流化床等炉型。

在生物质直燃的锅炉中，固定床的锅炉采用较多，技术水平较高，流化床的锅炉在国内正处于工业化方面的试用及推广阶段。

在秸秆直燃锅炉的大型化方面，振动式炉排使用比较合适，往复式炉排及链条式炉排使用较少。

因为振动式炉排活动件较少，动作时间短，设备可靠性及自动化水平高，维护量远远小于往复式炉排及链条式炉排。

国能公司投产的7套秸秆直燃锅炉+抽汽凝汽式发电机组中的锅炉就是引进丹麦ＢＷＥ公司的技术，采用振动式炉排锅炉。

与燃煤机组相比，从锅炉蒸汽出口开始，汽轮机部分基本相同。

这7套秸秆直燃锅炉锅炉本体部分基本一样，只有上料部分不同。

在单县、高唐、垦利电厂采用散料上料系统，进入锅炉上料线的是破碎后的散料；在浚县、鹿邑、望奎、辽源电厂采用料包上料系统，进入锅炉上料线的是完整料包。

采用丹麦BWE技术的振动式炉排锅炉与常规的燃煤锅炉在燃料的选用上不同外，在其它地方设计有很多的不同：全钢结构，炉内没有防火涂料，安装完毕马上可以投运；采用振动式炉排；大量采用光电信号进行料包位置的判断；上料线设计复杂的消防水系统；单元机组控制方案采用机跟炉方式进行等。

图1 锅炉岛的系统图三、秸秆锅炉项目的工艺及控制要求：1、锅炉概述：锅炉采用单锅筒自然循环锅炉，包括振动炉排及4个烟气回程。

锅炉安装在锅炉基座上。

前3个回程的水冷壁及炉排水冷壁共同组成了锅炉的蒸发系统。

这些水冷壁包围并形成了布置过热器的封闭空间。

锅筒内设置档板，档板位于水－蒸汽连接管的上方；下降管位于底部，用于水循环的供水；汽水分离器位于顶部，用以保证干燥的饱和蒸汽被输送至过热器。

锅筒通过左右两根下降管向左右两侧水冷壁下集箱和烟井2后墙水冷壁下集箱供水，并分配到炉排水冷壁下集箱和烟井3后墙水冷壁下集箱内，通过两侧水冷壁以及炉排水冷壁、前水冷壁和烟井2、3后墙水冷壁的吸热上升到上集箱最后进入锅筒。

在锅炉第3回程中，过热器是管束卧式布置；在第1回程及第2回程中，是屏式垂直布置；第一级过热器及第二级过热器在第3回程中，第三级过热器在第1回程即炉膛的上部；第四级过热器位于第2回程中。

省煤器、烟气冷却器安装在省煤器－烟气冷却器塔内，在锅炉中形成第4个回程。

锅炉这个部分没有受热面。

省煤器和烟气冷却器是由方形鳍片蛇形管组成。

省煤器位于第四回程的上部，分为两级。

烟气冷却器位于省煤器的下方，分为五级。

空气预热器单独立式布置在炉外，空气预热器是由一组圆形鳍片蛇形管组成。

空气预热器是通过给水与冷空气的热交换，来加热空气的。

汽水系统的流程图见图2。

图2 汽水系统的流程图２、炉前给料装置：炉前给料装置安装在锅炉前面，共有4套，分别对应4个锅炉前墙的给料口，与振动炉排的4个区域相匹配。

在全部给料系统内设有多处密封门、消防安全挡板和消防水喷淋设施。

炉前给料装置投运应该具备以下条件：●燃料以料包的形式传送，料包的各种数据符合设计要求；●料包从储料棚输送线配送到每一条秸秆给料燃烧线；●在传送过程中，料包的中心线应与称重机等输送设备中心线对齐；●炉膛压力保持微负压；●冷却水、消防水等辅助系统可用；●每一条秸秆给料燃烧线都是一个“完整的功能单元”，可由DCS远程手操和程序控制，所有设备的控制和保护功能均在MCC控制柜和DCS控制系统中实现；●DCS能够完成对每一条秸秆给料燃烧线的负荷分配控制。

秸秆给料燃烧线的流程见图3，外观见图4。

图3 秸秆给料燃烧线的流程图4 秸秆给料燃烧线现场照片3、送风系统：锅炉助燃空气取自锅炉房内屋顶之下，并输送到送风机，送风机位于锅炉房内。

从送风机出来的空气被输送到空气预热器，在此进行加热。

加热后的空气被配送到炉排下部一次风（PA）、4套炉前给料点火风(IA)、前后墙二次风(SA)和燃尽风(OFA)四个系统中，除了二次风以外每一个系统都有一个用于风量测量的文丘里管测量装置，这些一次风、二次风、点火风及燃尽风的份额都有固定的分配比例，风压和风量的调节由各自系统的电动调节风门进行调节，通过负荷来进行控制调节。

风烟系统的流程图见图5。

图5 风烟系统的流程图4、烟气系统：通过炉膛内炉排上面生物质的燃烧以及与送风系统送入的热风助燃，源源不断地生成了高温烟气，烟气不断地与流经炉膛四周的膜式水冷壁与水冷壁空腔内的三级过热器、四级过热器、二级过热器和一级过热器进行热交换。

烟气在离开一级过热器后通过转弯烟道进入尾部的省煤器、烟气冷却器塔，在这个塔内，烟气先后与省煤器和烟气冷却器管排进行热交换，在离开最后一级烟气冷却器之后，烟气在锅炉内完成了全部的热交换，最后在炉外的布袋除尘器内经过对烟气的消烟除尘，通过引风机由烟囱向大气排放。

锅炉的整个烟气系统是一个负压系统，由引风机的压头来克服烟气流经烟道、冲刷受热面的阻力以及除尘器的阻力。

在振动炉排振动时，自动增加-150Pa的设备值偏差，防止出现振动时负压异常的现象。

5、省煤器、空气预热器及烟气冷却器系统：省煤器卧式布置在锅炉第四回程内的上方。

烟气冷却器卧式布置在锅炉第四回程内，位于省煤器的下方。

空气预热器系统是一个独立布置的系统。

在上述的空气预热器、烟气冷却器旁路内另有一条短接空气预热器的旁路和一条短接烟气冷却器的旁路，用于在不同工况下的运行，这些旁路都分别有电动调节阀控制流量。

6、炉排：振动炉排横向分成4个区域，由专门的驱动装置通过连接杆推动炉排组件进行往复振动。

炉排下部设置12个灰斗，收集从炉排表面漏下的细灰。

炉排自动启停条件：振动炉排自动循环激活后，按操作员设定的时间运行。

7、吹灰系统：锅炉设有吹灰系统，在炉膛内壁采用墙式吹灰器，在第3回程中装有长伸缩式吹灰器，在第4回程的省煤器及烟气冷却器部分装有耙式吹灰器。

吹灰器的吹灰介质是过热蒸汽。

主蒸汽经过减压和减温，送入吹灰器进行吹灰。

在吹灰器中，共有3种吹灰器，分别为炉膛吹灰器、长伸缩吹灰器及耙式吹灰器。

三种吹灰器可以各种类型单独顺序吹灰，也可以三种同时顺序吹灰。

8、除渣系统：锅炉的除渣系统由2台刮板捞渣机和1台链板输送机组成。

捞渣机用于炉排燃尽灰渣和烟道沉降灰的连续清除，由一套电机减速机通过传达链带动刮板园环链实现物料输送。

9、除尘器系统：烟气除尘器是旋转喷吹型脉冲布袋除尘器，可以实现定时/定压差喷吹和在线检修。

除尘器的正常工作温度是90℃－190℃，当锅炉启动初期以及非正常运行时，烟气温度高于或者低于这个温度区间，烟气从除尘器旁路通过，不流经除尘器。

10、疏水及放汽系统：从水冷壁底部疏水集箱排放出来的疏水，被输送到疏水扩容器。

被输送到疏水扩容器的还有连续排污、定期排污、紧急放水、冷却水、安全阀疏水、启动放汽阀疏水和放气管道凝结水的疏水。

从辅助系统，如吹灰系统等排放出来的疏水，也被输送到疏水扩容器。

从过热器系统出来的放汽，被输送到锅炉房顶部通风口。

从辅助系统出来的放汽，也被输送到锅炉房顶部通风口。

从疏水扩容器上部引出的排汽也被输送到锅炉房顶部通风口。

从疏水扩容器引出来的凝结排水输送到排水沟。

四、结束语中控WebField ECS-100 DCS系统在国能浚县生物发电工程1X30MW机组上的投运成功，开创了国内生物发电工程的先河，对生物发电工程在国内的进一步发展具有重要的意义。

该项目发电量大，运行稳定，控制方案复杂但易操作，投运率为91%，达到验评的优秀标准。

本项目的成功实施，为推动后期清洁能源在国内的发展积累了大量的经验，并为后续该类项目的实施树立良好的示范。