生物质电厂锅炉炉前给料设备的研究

王正峰

（中国能源建设集团有限公司 广东省电力设计研究院，广东 广州 510663）

0 前言

自国内第一个示范秸秆电厂单县生物质发电厂于2006年12月投产[1]以来，全国投产、在建和开展前期工作的生物质发电项目有170多个，装机容量550多万千瓦。从多个生物质电厂的运行反馈情况看，炉前给料设备运行中出现的“堵料”问题是制约锅炉长期连续稳定运行的瓶颈之一。各个生物质电厂炉前给料设备型式差别很大，运行情况也有所差异。

1 炉前给料设备的型式

生物质电厂炉前给料设备型式多样，主要有 “活底料仓”、“炉前料仓+二级给料”、“分料器+一级给料”及“打包上料+炉前破碎”等。

2 活底料仓

“活底料仓”应用于国内首座生物质发电项目—山东单县生物质电厂，主要由料仓、螺旋收集机、螺旋输送机、螺旋分配机、螺旋给料机、给料管、插板门等部件组成，结构见图1。

图1 活底料仓

该套设备的主要工作原理为：分散在料仓中的燃料通过料仓底部的螺旋收集机收集后被输送到螺旋输送机的入口，再通过到螺旋输送机进入螺旋分配机按照合适的比例进行分配，供给下一级设备—螺旋给料机后进入炉膛。该套设备的出力是由螺旋收集机控制的，螺旋收集机自身轴向旋转的同时，还围绕料仓中心作匀速的圆周运动，两种运动的共同作用下，散布在仓底的燃料不断地向中心集中并被输送到螺旋输送机入口处。

在该套设备中，燃料从料仓开始经过收集、输送、分配、给料四个过程。在收集这个环节，其主要设备为螺旋收集机，由于需要同时做自身轴向旋转和围绕料仓中心圆周旋转，对设备的强度和耐磨有很高的要求，需要特殊的材质；在分配这个环节，螺旋分配机有一个进料口和三个出料口，燃料分配的均匀性很难得到保证，特别是在燃料种类变化时。

这套方案前后采用了四种螺旋设备，系统复杂，设备投资高，并且实际运行时对燃料的适应范围不广。国外技术普遍采用活底料仓，但是这种技术适用灰色生物质，对黄色生物质并不适用[2]，目前在国内的应用不多，只有包括山东单县在内几个早期的生物质电厂采用。

3 炉前料仓+二级给料

这是国内目前应用最多的一种炉前给料方案。虽然各个电厂的方案有所差别，但都是由以下几个主要设备组成：料仓、底部取料（承载）螺旋、给料螺旋，详结构见图2。

其主要工作原理为：通过位于料仓底部的取料（承载）螺旋的轴向旋转，提取燃料进入下一级的给料螺旋后进入炉膛。燃料提取的速度通过取料（承载）螺旋的旋转速度控制，取料（承载）螺旋还兼做承受料仓中燃料重力的作用；给料螺旋仅作为输送燃料用，一般全速运行。设置给料螺旋的目的，主要是如果取料（承载）螺旋直接与下料管连接，则给料距离太长，设备强度需要大大增加，增加给料螺旋后，虽然设备数量增加，但整套设备的投资还会降低。

图2 炉前料仓+二级给料

图3 承载、取料螺旋分开设置

有些生物质电厂的取料（承载）螺旋分开设置，即上部为承载螺旋，下部为取料螺旋，通过两级螺旋的设置，分别承担承载和取料的任务，减轻设备负担。这种方案主要用于料仓尺寸较大的情况，料仓较高时燃料对螺旋的压力大，料仓横向尺寸大则螺旋轴的长度尺寸大，刚度要求高。例如目前世界单机容量最大的生物质电厂——粤电湛江（2×50MW）生物质电厂，其炉前料仓就是采用的这种方案，结构见图3。

4 分料器+一级给料

目前，国内运行的炉前给料设备大部分都设置有料仓，实际运行时会出现堵料。近年来，一些电厂开始尝试取消料仓，采用“分料器+一级给料”的方案：从上料皮带来的燃料进入分料器分配后通过两套悬臂螺旋输送进入锅炉。相对于应用较多的“炉前料仓+二级给料”方案，采用了分料器代替了料仓和第一级的取料（承载）螺旋，系统更加简单，减少了可能出现堵料的环节。“分料器+一级给料”的结构见图4。

图4 分料器+一级给料

设置料仓的主要目的，是利用料仓内存有一定量的燃料对整套给料系统起缓冲作用，其上游的上料皮带的运行方式就更加灵活，可以采用间断给料的方式，也可以短时间内停运检修；并且生物质燃料在上料皮带上经常是成间断的堆状，很不均匀，通过料仓底部的螺旋取料控制锅炉进料量，与上料皮带的给料速度不存在直接联系，锅炉进料量均为均匀。若取消料仓，锅炉进料量与上料皮带更加密切，对上料皮带的给料连续性和均匀性要求很高。

目前，国内一些生物质电厂开始采用的“分料器+一级给料”的炉前给料方案，但均尚未投运，运行效果有待观察。

5 “打包上料+炉前破碎”

这套方案由龙基电力公司全套引进丹麦BWE公司的技术，其主要特点就是采用了针对灰色秸秆和黄色秸秆不同上料系统的方案。

针对灰色秸秆，采用的也是“炉前料仓+二级给料”的方案。

针对黄色秸秆，采用了打包上料的方案：成捆的秸秆包送到炉前，通过垂直布置的旋转破碎机对秸秆包进行解包和破碎后，在经过底部的螺旋给料机将燃料送入炉膛。一部分已经过破碎合格的燃料，可以直接进入螺旋给料机进口段，不需要经过解包破碎的过程。黄色秸秆上料系统流程见图5。

图5 黄色秸秆上料系统

这套系统在丹麦应用很多，其充分利用了黄色秸秆原料尺寸较长的特点，综合考虑燃料在收集地至锅炉的全套方案，在大面积的农场里配备燃料打包设备打包成秸秆包，运输和储存更加方便，详见图6。

图6 黄色秸秆的运输和储存

该套系统的炉前给料设备，就是自破碎机入口开始到炉膛进口，包括破碎机、给料机、防火门、连接段等，与其它给料方案最大的不同就是采用了炉前破碎机，兼顾解包用。由于垂直布置的炉前破碎机在高度方向上尺寸较大，需要通过倾斜的皮带将秸秆包提升到一定的高度，一方面需要较高的支撑结构，另一方面大高度设备在检修维护上也较为不便，甚至可能出现安全事故。目前，在此基础上出现了一些改进的方案，主要改动就是将垂直的破碎机改成水平布置，这样这个炉前给料设备的高度就得到了有效的降低，节省了支撑结构的投资，并且方便检修维护。改进前、后的炉前破碎机方案分别见图7和图8。

但是，这套系统在国内生物质电厂并没有得到大规模地应用，这与国内与丹麦生物质电厂燃料种类复杂程度有关。丹麦的生物质电厂，单个电厂使用的燃料一般种类比较单一并且稳定，设计使用黄色秸秆的电厂，就很少采用灰色秸秆；而国内的生物质电厂一般都会同时考虑黄色秸秆和灰色秸秆，甚至两种燃料混合入炉。这套系统并不适用灰色秸秆，但黄色秸秆却可以通过厂内外破碎合格后进入炉膛，甚至与灰色秸秆混合后一起进入，所以设置了一套对黄色和灰色秸秆都适用的炉前给料设备，即可实现使用不同种类燃料的目的，没有必要再设置这套系统。

因此，这套只适用黄色秸秆的“打包上料+炉前破碎”方案，不太适合国内生物质电厂燃料种类复杂的特点，从节省设备投资和减少运行复杂性考虑，在国内没有大规模应用。

图7 改进前的炉前破碎机方案

图8 改进后的炉前破碎机方案

6 结论

通过对国内目前几种型式的炉前给料设备的研究和分析，其中“炉前料仓+二级给料”方案具有相对成熟、燃料适应性强、应用业绩多的优点，建有优先采用。

［1］姜军海,宫俊亭.生物质发电厂区总平面布置的探讨[J].武汉大学学报:工学版,2009(10):82-84.

［2］李廉明,余春江,柏继松.中国秸秆直燃发电技术现状[J].化工进展,2010(29):84-90.