王智

(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430040)

0 前言

在國家鼓勵(lì)發(fā)展清潔能源的大背景下［1－3］，各地興建了一大批以生物質(zhì)作為燃料的生物質(zhì)電廠。與煤燃燒后的飛灰相比，生物質(zhì)燃燒后的飛灰密度小，吸濕性強(qiáng)，粒度較大［4－5］。因此，在設(shè)計(jì)生物質(zhì)電廠除灰系統(tǒng)時(shí)，不能照搬燃煤電廠除灰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則［6－7］。但目前國內(nèi)關(guān)于生物質(zhì)電廠的設(shè)計(jì)規(guī)范尚未出臺(tái)［8－9］，國外也沒有相關(guān)規(guī)范可供參考，因此，研究適合生物質(zhì)電廠的除灰系統(tǒng)，對(duì)生物質(zhì)電廠的設(shè)計(jì)規(guī)范制定有重要指導(dǎo)意義。下面以凱迪崇陽生物質(zhì)電廠為例，探討生物質(zhì)電廠除灰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

1 工程概況

凱迪崇陽生物質(zhì)電廠的設(shè)計(jì)燃料為秸稈，校核燃料為稻殼，即以燃燒秸稈為主，當(dāng)秸桿供給不足時(shí)，摻燒稻殼。秸桿與稻殼的摻燒質(zhì)量比為2∶1。電廠安裝一臺(tái)25 MW抽汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，配130 t/h燃燒生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐煙氣通過布袋除塵器除塵，除塵效率為99.9%。

生物質(zhì)燃料的燃燒特性見表1。

表1 生物質(zhì)燃料燃燒特性表

鍋爐灰渣量見表2。

表2 鍋爐排灰渣量

2 除灰系統(tǒng)的擬定

除灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩套方案，方案一為正壓濃相輸送系統(tǒng)，即使用壓縮空氣作為動(dòng)力，通過倉泵將除塵器收集的飛灰輸送至灰?guī)靸?chǔ)存。方案二為正壓稀相輸送系統(tǒng)，即使用羅茨風(fēng)機(jī)為動(dòng)力源，通過連續(xù)氣力射流泵將除塵器收集的飛灰輸送至灰?guī)靸?chǔ)存。兩套方案的系統(tǒng)出力均為4 t/h，為燃用設(shè)計(jì)燃料排灰量的1.7倍。

2.1 除灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1.1 正壓濃相輸送系統(tǒng)(方案一)

正壓濃相輸送方案采用壓縮空氣將干灰輸送到灰?guī)靸?nèi)貯存。輸送系統(tǒng)采用空壓機(jī)配合正壓輸送泵氣力輸灰的方案。除塵器灰斗的排灰進(jìn)入灰斗下的輸灰泵后，用壓縮空氣將灰送到灰?guī)?。系統(tǒng)設(shè)灰?guī)煲蛔規(guī)熘睆? m，灰?guī)煊行萘?20 m3，可貯存1 ×130 t/h鍋爐燃用設(shè)計(jì)燃料滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)約24 h排灰量?；?guī)煜略O(shè)兩個(gè)卸灰口，一路接干灰散裝機(jī)裝罐式運(yùn)灰車外運(yùn)。另一路接打包機(jī)，打包后外運(yùn)或堆存于臨時(shí)灰場。灰?guī)鞄祉斣O(shè)有排除庫中空氣的布袋除塵器及保護(hù)灰?guī)旖Y(jié)構(gòu)安全的壓力真空釋放閥，設(shè)有高、低料位計(jì)、連續(xù)料位計(jì)及檢修起吊設(shè)施。

為了保證灰?guī)煜禄伊鲿?，系統(tǒng)設(shè)灰?guī)鞖饣L(fēng)機(jī)和空氣加熱器供灰?guī)鞖饣脷狻?/p>

正壓濃相輸送系統(tǒng)工藝圖見圖1。

圖1 正壓濃相輸送系統(tǒng)工藝示意圖

2.1.2 正壓稀相輸送系統(tǒng)(方案二)

正壓稀相輸送方案采用羅茨風(fēng)機(jī)將干灰通過氣力輸送泵輸送到灰?guī)靸?nèi)貯存。輸送系統(tǒng)采用羅茨風(fēng)機(jī)配合連續(xù)氣力射流泵的氣力輸灰方案。除塵器灰斗的排灰進(jìn)入灰斗下的氣力輸送泵后，用羅茨風(fēng)機(jī)將灰吹送到灰?guī)?。該方案的灰?guī)煸O(shè)計(jì)與方案一一致，這里不再作詳細(xì)說明。

正壓稀相輸送系統(tǒng)工藝示圖見圖2。

圖2 正壓稀相輸送系統(tǒng)工藝示意圖

2.2 方案分析及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

2.2.1 方案特點(diǎn)分析

方案一正壓濃相輸送系統(tǒng)是目前最為常見的除灰系統(tǒng)方案，它有以下特點(diǎn):

(1)不受氣候條件影響，技術(shù)成熟，運(yùn)行安全可靠［10－12］。由于輸送用壓縮空氣經(jīng)過過濾處理，其中所含水分及油分很低，因此不會(huì)出現(xiàn)飛灰吸濕凝結(jié)導(dǎo)致堵管的現(xiàn)象。

(2)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。國內(nèi)大部分新建電廠已投入運(yùn)行的正壓濃相輸灰系統(tǒng)均運(yùn)行正常，積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可供參考。

(3)倉泵是間歇輸灰，系統(tǒng)閥門較多，維護(hù)費(fèi)用較高，控制系統(tǒng)復(fù)雜。

方案二與方案一相比，注意區(qū)別是輸灰用氣和輸灰設(shè)備不同。輸送飛灰的動(dòng)力來源由空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣改為羅茨風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的流動(dòng)氣流，還有把倉泵換成了連續(xù)氣力射流泵。它有以下特點(diǎn):

(1)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性受氣候條件影響［13－15］。由于羅茨風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的輸送用氣沒有經(jīng)過過濾處理，當(dāng)空氣潮濕時(shí)，輸送用氣中含水量高，容易造成飛灰吸濕凝結(jié)從而導(dǎo)致堵管。

(2)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足。國內(nèi)電廠已投入運(yùn)行的正壓稀相輸灰系統(tǒng)較少，可供參考的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足。

(3)設(shè)備簡單，主要設(shè)備只有羅茨風(fēng)機(jī)和氣力輸送泵，因此減少設(shè)備投資和安裝、建筑費(fèi)用。連續(xù)氣力射流泵是連續(xù)輸灰，系統(tǒng)閥門較少，控制及維護(hù)簡單。

2.2.2 兩方案的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

由于兩方案在灰?guī)旆矫娴脑O(shè)計(jì)是一致的，下面只需對(duì)輸送系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。

兩方案的基建及運(yùn)行費(fèi)用見表3。

表3 投資明細(xì)表

以上對(duì)比可見，方案二與方案一相比，“主要設(shè)備及材料費(fèi)用”和“建筑工程費(fèi)”大幅降低。這是由于二者的動(dòng)力系統(tǒng)不同造成的。方案一中壓縮空氣制取及過濾系統(tǒng)所涉及的設(shè)備較多，控制復(fù)雜，因此設(shè)備投資及相應(yīng)的控制系統(tǒng)費(fèi)用較高。方案一需要配套建設(shè)專門的空壓機(jī)房，而方案二中羅茨風(fēng)機(jī)可安裝在除塵器下，無需為其配套專門的建筑，所以方案二無“建筑工程費(fèi)”。

2.2.3 兩方案的技術(shù)性能對(duì)比

正壓濃相輸送系統(tǒng)與正壓稀相輸送系統(tǒng)在技術(shù)性能方面相比，各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面從四個(gè)方面具體比較:

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。方案一的輸灰動(dòng)力來源是壓縮空氣，系統(tǒng)除了配備空壓機(jī)外，還要安裝初級(jí)過濾器和精過濾器，以及多個(gè)儲(chǔ)氣罐。方案二的輸灰動(dòng)力來源是風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的流動(dòng)氣流，系統(tǒng)只需要配備2臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)。兩者相比方案二的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單。

(2)系統(tǒng)的輸送能力。方案一適合大容量、長距離輸送，而方案二的輸送距離較短，一般控制在500 m之內(nèi)。由于輸送用壓縮空氣氣壓較大(0.6～0.8 MPa)，因此長距離輸送時(shí)不易堵管。而羅茨風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓較小(＜0.1 MPa)，因此長距離輸送時(shí)容易堵管。2012年7月20日在北京舉行的《火力發(fā)電廠除灰系統(tǒng)研討會(huì)》上，專家團(tuán)一致認(rèn)為，為保證正壓稀相輸送系統(tǒng)運(yùn)行安全溫度，輸送距離應(yīng)控制在500 m以內(nèi)，以300 m以內(nèi)為最佳。

(3)系統(tǒng)的安全可靠性。方案一與方案二相比，最大的優(yōu)勢(shì)就是系統(tǒng)安全可靠，這在實(shí)際運(yùn)行中得到證實(shí)。由于方案二采用羅茨風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的流動(dòng)氣流作為氣源，氣源沒有經(jīng)過過濾處理，含有較多的水分。干灰的吸水性很強(qiáng)，一旦氣源中的水分過高(如陰雨天空氣濕度大時(shí))就會(huì)導(dǎo)致干灰吸水凝結(jié)，直至發(fā)生堵管現(xiàn)象，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。此外，羅茨風(fēng)機(jī)在高真空的工況下，葉片間隙漏風(fēng)加劇，使實(shí)際輸送空氣量下降，也容易導(dǎo)致堵管。而方案一的壓縮空氣經(jīng)過過濾處理后品質(zhì)較高，所含水分較少，而且輸送空氣量穩(wěn)定，因此一般不會(huì)發(fā)生堵管事故，系統(tǒng)的安全可靠性較高。

(4)運(yùn)行及維護(hù)。方案一的倉泵是間歇輸送，需要頻繁地切換閥門，對(duì)閥門的磨損較嚴(yán)重，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。方案二的連續(xù)氣力射流泵是連續(xù)輸送，無閥門，因此運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低。方案一的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，方案二的控制系統(tǒng)簡單，便于操作。

綜合以上經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性能分析，方案一雖然投資較多，但性能安全可靠，方案二雖然投資較少，但系統(tǒng)的安全可靠性不高。所以綜合考慮，推薦采用正壓濃相輸送系統(tǒng)。

3 結(jié)論

(1)生物質(zhì)電廠灰量較大且除塵器與灰?guī)炀嚯x較遠(yuǎn)時(shí)，首選正壓濃相輸送系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行證明，正壓濃相輸送系統(tǒng)適合大灰量長距離輸送，運(yùn)行工況良好。如采用正壓稀相輸送系統(tǒng)在距離過長特別是空氣濕度較大的情況下，容易發(fā)生堵管事故。

(2)生物質(zhì)電廠灰量較小，尤其是除塵器與灰?guī)炀嚯x較近(不超過500 m)時(shí)，從降低成本角度考慮，可以選擇正壓稀相輸送系統(tǒng)。與正壓濃相輸送系統(tǒng)相比，采用正壓稀相輸送系統(tǒng)可降低40%的一次建設(shè)成本。

(3)生物質(zhì)電廠采用正壓稀相輸送系統(tǒng)時(shí)，一定要考慮堵管問題，在布置輸灰管道時(shí)最好直線布置，無法直線布置時(shí)也應(yīng)盡量避免彎頭集中。

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