生物质发电厂上料和给料系统工艺分析

韩舒飞+马莉

摘要： 生物质电厂上料系统和给料系统是生物质能发电工程的重要组成部分，其系统因工艺复杂、转点较多、设备选型多样化、日常维护不到位等问题导致输送系统故障率较高，而长期安全稳定运行关系到生物质发电厂的经济效益.通过介绍国内4家生物质发电厂上料和给料系统工艺，对比分析各厂上料和给料系统工艺特点及存在的问题.针对上料和给料系统的设计与运行提出了建议，并给出了简化输送系统的工艺方案，以供生物质发电厂上料系统和给料系统设计与运行管理人员参考.

关键词：生物质发电； 上料和给料系统； 工艺

中图分类号： TK 6文献标志码： A

上料和给料系统是生物质发电工程的重要组成部分，其长期安全稳定运行关系到生物质发电厂的经济效益.本文介绍的生物质上料和给料系统不同于稻壳炉的上料和给料系统.一般稻壳炉上料和给料系统选用气力输送装置，再配以稻壳喷射器将稻壳喷入炉内[1].本文主要介绍黄秆和灰秆，如玉米秸秆、水稻杆、树皮等生物质的上料和给料系统.生物质上料系统大多数采用的是皮带机加炉前螺旋给料机的形式[2].因为国内与国外的主要燃料存在区别，国内对上料系统的研究尚不够充分，所以现场运行中依然存在系统卡塞、料仓搭桥的现象[3].目前，国内生物质发电厂上料和给料系统因工艺复杂、转点较多、设备选型多样化、日常维护不到位等问题导致输送系统故障率较高，严重影响机组的运行.本文通过介绍国内A、B、C、D等 4家生物质发电厂的上料和给料系统工艺，分析各工艺存在的问题，针对上料和给料系统的设计和运行管理提出意见，并提出简化输送系统的工艺方案，供生物质发电厂上料和给料系统设计与运行管理人员参考.

上料系统主要涉及范围从露天料场、干料棚起到主厂房炉前料仓顶部为止.整个上料系统包括露天料场、干料棚、地下螺旋、带式输送机系统、解包机、除铁器、称重设备等及其它辅助设施.给料系统主要范围从炉前料仓到锅炉给料口为止.整个给料系统包括炉前料仓、取料螺旋、拨料器、炉前给料螺旋、给料螺旋冷却系统等.

1生物质发电厂工艺分析

1.1A厂

A厂装机容量为1台130 t·h-1的高温高压锅炉及1台30 MW汽轮发电机组.当地生物质燃料以玉米秸秆、小麦秸秆及林业废弃物为主.上料系统采用水平链板包料、皮带散料方式；给料系统采用炉前料仓+取料器+双螺旋给料方式.上料系统有2条线，1条为水平链板输送机包料上料，1条为皮带散料上料.A厂上料系统俯视图和立面图如图1所示.包料由佩纳的抓斗（1次2包）放入水平链板输送机上，经链板机分配隔板分成两路，分别经过1号、2号解包机进入料仓前的皮带上；散料由铲车放入地下螺旋落入皮带散料线，经溜管进入炉前料仓的皮带上.给料系统由料仓经过取料螺旋进入给料螺旋（每台锅炉配备4组双螺旋），经过水冷料塞送入锅炉.

从现场运行情况来看，皮带散料线运行情况正常，满足额定运行工况.包料线未投入使用，主要原因有：① 因打包机打包尺寸不一致，导致包料摆放不整齐，干料棚顶部夹包机夹料困难；② 散包机绳子缠绕情况比较严重；③ 大包上料线中间分料器不能均匀分料至两条上料线；④ 包料大部分为玉米皮，韧性大，解包机散包时易成团，在取料器处易卡塞.

1.2B厂

B厂装机容量为1台130 t·h-1的高温高压水冷振动炉排锅炉及1台30 MW汽轮发电机组.燃料分为包料（玉米秸秆、小麦秸秆）和散料（黄色秸秆散料及林业废料）两种形式.包料分为大包（2.0 m×1.6 m×0.8 m）和小包（0.8 m×0.6 m×0.4 m）.上料和给料系统由2条皮带线、2条链板包料线、1条皮带辅助线、溜管（没有炉前料仓）、双螺旋给料、水冷套等组成.B厂上料系统俯视图和立面图如图2所示.炉前分2条皮带（图2（a）中1、4）上料（散料和小包料）和2条链板机（图2（a）中2、3）大包整包给料皮带，炉侧有1条辅助皮带（图2（a）中5）上料系统.辅助上料位置较高，通过2根溜管进入4条炉前上料皮带.整套系统没有料仓，通过4根溜管经过双螺旋给料机及水冷套进入锅炉内.

从现场运行情况来看，散料线（图2（a）中1、4）及辅助给料线（图2（a）中5）运行情况正常，满足额定运行工况.包料线未投入使用（图2（a）中2、3、6），主要原因有：① 解包机未能实现采购时厂家承诺的自动解包功能，打包所用的绳子还是较多地缠绕在解包机的滚筒上；② 给料系统水冷套部位堵塞严重，这是由于水冷套长度（2 m）过长造成的.

1.3C厂

C厂规模为2台65 t·h-1循环流化床锅炉和2台15 MW汽轮发电机组.燃料主要为锯末、稻壳及质量分数为10%左右的软质秸秆.软质秸秆及尺寸较大的硬质秸秆在场内破碎至长度为150 mm的短秸秆.上料方式为皮带炉前给料，每条线给料方式均为：每台炉1条皮带上料—炉前料仓（每台炉2个料仓）—取料螺旋—落料管—工频无轴螺旋给料—风套（播料风）.没有料塞，主要靠锅炉负压以及播料风防止回火.C厂上料和给料系统示意图如图3所示.

C厂上料和给料系统开始运行时出现的主要问题有：① 料仓大（1 h的储量），堵料严重；② 给料螺旋较长，容易堵塞.针对这些问题，C厂对给料系统进行了改造，基本解决了上述问题.改造措施有：① 将炉前料仓改小，目前料仓的储料时间为20 min左右，基本上不会发生料仓堵料的情况；② 给料系统改成2级给料，1级给料采用变频输送螺旋（由4个水平放置的螺旋组成），2级给料采用工频无轴螺旋给料.

1.4D厂

D厂采用水冷振动炉排高温高压生物质锅炉，规模为1台110 t·h-1锅炉和1台25 MW汽轮发电组.燃料主要为小麦杆40%、林木废料20%（以上为质量分数）.软质秸秆场内破碎至长度为30～50 mm.采用皮带炉前给料的上料方式.上料和给料系统工艺为：皮带上料+炉前料仓+取料螺旋（由8个水平放置的螺旋组成）+双螺旋给料+风冷套.上料和给料系统示意图如图4所示.

现场运行情况显示：炉前料仓不具备储料功能，只起过渡作用，由皮带速度控制进料量.炉前给料风冷套处密封差，运行时，炉前灰尘较大.

2上料和给料系统稳定运行问题分析

4家生物质电厂中A、B和D厂均为高温高压水冷振动炉排锅炉机组，C厂为次高温次高压CFB锅炉机组.生物质燃料为玉米秸秆、小麦秸秆及林业废弃物等.C厂CFB锅炉机组采用碎料入炉的形式.D厂因上料系统结构简单，运转环节较少，运行情况较好.从现场运行情况来看，4家生物质电厂上料系统散料线运行情况正常，包料线基本未投入使用.

上料系统基本能满足运行要求，但也存在问题，主要有：① 因打包机打包尺寸不一致，导致包料摆放不整齐，夹包机夹料困难；② 解包机滚筒绳子缠绕比较严重，不能实现解包散包功能；③ 包料上料线中间分料器不能均匀分料至2条上料线；④ 包料线位置较高，干料棚内夹包机操作人员放置位置有偏差；⑤ 上料系统比较复杂，现场维护工作量大；⑥ 皮带输送机系统本身的原因，包括托辊、胶带、滚筒、头尾部的支架等.诸多部件如果出现质量或安装问题，都会对燃料的正常输送造成很大影响.

给料系统普遍存在问题有：① 各厂对料仓的设置、料仓的大小存在不同的观点，实际运行中不设置料仓，料仓过大、过小均影响机组正常运行；② 炉前料塞的设置、料塞的长度也影响机组的正常运行；③ 给料螺旋的形式采用有轴和无轴螺旋给料会影响机组的连续运行.

3改进措施及建议

针对上料和给料系统普遍存在的问题，提出如下改进措施及建议.

3.1上料和给料系统设计

生物质电厂上料系统一般为一次性建成，因此上料输送系统尽量考虑双路布置，互为备用.尽可能减少转运环节，降低设备故障率，提高系统可靠性；建议包料和散料均从干料棚内直接向皮带或者链板输送机给料.

从4家生物质电厂运行情况来看，黄秆包料上料系统基本未投入运行.这是由于包料尺寸及堆放导致行车夹包困难，建议包料线取消行车夹包，采用电瓶叉车给输送系统上料，并将链板输送机设置在干料棚地面上.

某生物质发电项目上料和给料系统方案如图5所示.该生物质发电项目上料系统设计为双路，分为散料棚和包料棚.散料通过铲车、推土机送入地下给料斗进入皮带，包料通过叉车送入链板输送机经散包机落入皮带输送机.两路皮带输送机直接爬升到主厂房炉前料仓的顶部，散料经过头部溜槽进入料仓，经料仓底部取料螺旋进入给料螺旋入炉.带式输送机从料场直接爬升到主厂房炉前料仓的顶部，其间没有其它转运环节，使得整个上料系统流程环节最少，从而确保带式输送机系统不会受到工艺流程的影响.

3.2地下给料

针对秸秆、麦秆或林业废料等不同燃料，地下给料斗取料螺旋采用不同方式.对尺寸较大或未破碎的秸秆采用辊式给料机；对尺寸较小或经过破碎的的生物质燃料采用双螺旋料斗螺旋给料机.双螺旋料斗螺旋给料机 、辊式给料机如图6所示.

3.3料仓设置

根据4家生物质发电厂实际运行情况，料仓的设置对于机组连续运行有很大影响.但料仓的容积不能过大，建议采用能满足20 min储料量的容积.

3.4给料螺旋形式

炉前给料螺旋分为有轴螺旋和无轴螺旋，均属于易磨损部件，两种螺旋方式各有利弊.相同叶轮材质的有轴螺旋强度大，但容易被燃料中夹杂的石块卡塞；无轴螺旋不易卡塞，但强度不够.在加强运行管理的情况下，建议选用有轴螺旋进料.

3.5设备采购

皮带输送机系统设备零部件较多.诸多项目经验表明，驱动装置、传动滚筒、托辊等的质量对皮带输送机的稳定运行有较大影响[4].在设备选购时，对这些部件应严格要求，加强监造，仔细验收，可以有效杜绝因产品质量导致的故障问题.

3.6加强日常管理及维护

在运行情况良好的生物质电厂发现，日常管理维护工作非常重要.在皮带输送机系统自身质量、施工安装等得到保证的情况下，加强管理维护工作可以确保上料和给料系统设备的稳定、可靠运行.

4结论

生物质发电厂上料和给料系统影响到整个机组的长期稳定运行，也是生物质发电厂维护量较大的设备.采用输送系统的工艺方案，减少中间转点，同时选择适合的设备，加强采购管理及日常维护，能有效地减少上料和给料系统故障，延长运行时间，增加生物质电厂经济效益.

参考文献：

[1]董菊梅，王帅.小型链条炉排稻壳锅炉的开发设计[J].能源研究与信息，2008，24（1）：29-33.

[2]杨华，柳正信.生物质锅炉输料系统存在的问题及解决方案[J].能源研究与利用，2009（3）：46-48.

[3]王超， 王建中， 王雅彬.生物质发电厂上料系统的改造与创新研究[J].能源与节能，2012（7）：30-32.

[4]卢扬扬.崇阳生物质发电项目上料系统稳定运行分析及保障措施[J].科技信息，2011（33）：282.

现场运行情况显示：炉前料仓不具备储料功能，只起过渡作用，由皮带速度控制进料量.炉前给料风冷套处密封差，运行时，炉前灰尘较大.

2上料和给料系统稳定运行问题分析

4家生物质电厂中A、B和D厂均为高温高压水冷振动炉排锅炉机组，C厂为次高温次高压CFB锅炉机组.生物质燃料为玉米秸秆、小麦秸秆及林业废弃物等.C厂CFB锅炉机组采用碎料入炉的形式.D厂因上料系统结构简单，运转环节较少，运行情况较好.从现场运行情况来看，4家生物质电厂上料系统散料线运行情况正常，包料线基本未投入使用.

上料系统基本能满足运行要求，但也存在问题，主要有：① 因打包机打包尺寸不一致，导致包料摆放不整齐，夹包机夹料困难；② 解包机滚筒绳子缠绕比较严重，不能实现解包散包功能；③ 包料上料线中间分料器不能均匀分料至2条上料线；④ 包料线位置较高，干料棚内夹包机操作人员放置位置有偏差；⑤ 上料系统比较复杂，现场维护工作量大；⑥ 皮带输送机系统本身的原因，包括托辊、胶带、滚筒、头尾部的支架等.诸多部件如果出现质量或安装问题，都会对燃料的正常输送造成很大影响.

给料系统普遍存在问题有：① 各厂对料仓的设置、料仓的大小存在不同的观点，实际运行中不设置料仓，料仓过大、过小均影响机组正常运行；② 炉前料塞的设置、料塞的长度也影响机组的正常运行；③ 给料螺旋的形式采用有轴和无轴螺旋给料会影响机组的连续运行.

3改进措施及建议

针对上料和给料系统普遍存在的问题，提出如下改进措施及建议.

3.1上料和给料系统设计

生物质电厂上料系统一般为一次性建成，因此上料输送系统尽量考虑双路布置，互为备用.尽可能减少转运环节，降低设备故障率，提高系统可靠性；建议包料和散料均从干料棚内直接向皮带或者链板输送机给料.

从4家生物质电厂运行情况来看，黄秆包料上料系统基本未投入运行.这是由于包料尺寸及堆放导致行车夹包困难，建议包料线取消行车夹包，采用电瓶叉车给输送系统上料，并将链板输送机设置在干料棚地面上.

某生物质发电项目上料和给料系统方案如图5所示.该生物质发电项目上料系统设计为双路，分为散料棚和包料棚.散料通过铲车、推土机送入地下给料斗进入皮带，包料通过叉车送入链板输送机经散包机落入皮带输送机.两路皮带输送机直接爬升到主厂房炉前料仓的顶部，散料经过头部溜槽进入料仓，经料仓底部取料螺旋进入给料螺旋入炉.带式输送机从料场直接爬升到主厂房炉前料仓的顶部，其间没有其它转运环节，使得整个上料系统流程环节最少，从而确保带式输送机系统不会受到工艺流程的影响.

3.2地下给料

针对秸秆、麦秆或林业废料等不同燃料，地下给料斗取料螺旋采用不同方式.对尺寸较大或未破碎的秸秆采用辊式给料机；对尺寸较小或经过破碎的的生物质燃料采用双螺旋料斗螺旋给料机.双螺旋料斗螺旋给料机 、辊式给料机如图6所示.

3.3料仓设置

根据4家生物质发电厂实际运行情况，料仓的设置对于机组连续运行有很大影响.但料仓的容积不能过大，建议采用能满足20 min储料量的容积.

3.4给料螺旋形式

炉前给料螺旋分为有轴螺旋和无轴螺旋，均属于易磨损部件，两种螺旋方式各有利弊.相同叶轮材质的有轴螺旋强度大，但容易被燃料中夹杂的石块卡塞；无轴螺旋不易卡塞，但强度不够.在加强运行管理的情况下，建议选用有轴螺旋进料.

3.5设备采购

皮带输送机系统设备零部件较多.诸多项目经验表明，驱动装置、传动滚筒、托辊等的质量对皮带输送机的稳定运行有较大影响[4].在设备选购时，对这些部件应严格要求，加强监造，仔细验收，可以有效杜绝因产品质量导致的故障问题.

3.6加强日常管理及维护

在运行情况良好的生物质电厂发现，日常管理维护工作非常重要.在皮带输送机系统自身质量、施工安装等得到保证的情况下，加强管理维护工作可以确保上料和给料系统设备的稳定、可靠运行.

4结论

生物质发电厂上料和给料系统影响到整个机组的长期稳定运行，也是生物质发电厂维护量较大的设备.采用输送系统的工艺方案，减少中间转点，同时选择适合的设备，加强采购管理及日常维护，能有效地减少上料和给料系统故障，延长运行时间，增加生物质电厂经济效益.

参考文献：

[1]董菊梅，王帅.小型链条炉排稻壳锅炉的开发设计[J].能源研究与信息，2008，24（1）：29-33.

[2]杨华，柳正信.生物质锅炉输料系统存在的问题及解决方案[J].能源研究与利用，2009（3）：46-48.

[3]王超， 王建中， 王雅彬.生物质发电厂上料系统的改造与创新研究[J].能源与节能，2012（7）：30-32.

[4]卢扬扬.崇阳生物质发电项目上料系统稳定运行分析及保障措施[J].科技信息，2011（33）：282.

现场运行情况显示：炉前料仓不具备储料功能，只起过渡作用，由皮带速度控制进料量.炉前给料风冷套处密封差，运行时，炉前灰尘较大.

2上料和给料系统稳定运行问题分析

4家生物质电厂中A、B和D厂均为高温高压水冷振动炉排锅炉机组，C厂为次高温次高压CFB锅炉机组.生物质燃料为玉米秸秆、小麦秸秆及林业废弃物等.C厂CFB锅炉机组采用碎料入炉的形式.D厂因上料系统结构简单，运转环节较少，运行情况较好.从现场运行情况来看，4家生物质电厂上料系统散料线运行情况正常，包料线基本未投入使用.

上料系统基本能满足运行要求，但也存在问题，主要有：① 因打包机打包尺寸不一致，导致包料摆放不整齐，夹包机夹料困难；② 解包机滚筒绳子缠绕比较严重，不能实现解包散包功能；③ 包料上料线中间分料器不能均匀分料至2条上料线；④ 包料线位置较高，干料棚内夹包机操作人员放置位置有偏差；⑤ 上料系统比较复杂，现场维护工作量大；⑥ 皮带输送机系统本身的原因，包括托辊、胶带、滚筒、头尾部的支架等.诸多部件如果出现质量或安装问题，都会对燃料的正常输送造成很大影响.

给料系统普遍存在问题有：① 各厂对料仓的设置、料仓的大小存在不同的观点，实际运行中不设置料仓，料仓过大、过小均影响机组正常运行；② 炉前料塞的设置、料塞的长度也影响机组的正常运行；③ 给料螺旋的形式采用有轴和无轴螺旋给料会影响机组的连续运行.

3改进措施及建议

针对上料和给料系统普遍存在的问题，提出如下改进措施及建议.

3.1上料和给料系统设计

生物质电厂上料系统一般为一次性建成，因此上料输送系统尽量考虑双路布置，互为备用.尽可能减少转运环节，降低设备故障率，提高系统可靠性；建议包料和散料均从干料棚内直接向皮带或者链板输送机给料.

从4家生物质电厂运行情况来看，黄秆包料上料系统基本未投入运行.这是由于包料尺寸及堆放导致行车夹包困难，建议包料线取消行车夹包，采用电瓶叉车给输送系统上料，并将链板输送机设置在干料棚地面上.

某生物质发电项目上料和给料系统方案如图5所示.该生物质发电项目上料系统设计为双路，分为散料棚和包料棚.散料通过铲车、推土机送入地下给料斗进入皮带，包料通过叉车送入链板输送机经散包机落入皮带输送机.两路皮带输送机直接爬升到主厂房炉前料仓的顶部，散料经过头部溜槽进入料仓，经料仓底部取料螺旋进入给料螺旋入炉.带式输送机从料场直接爬升到主厂房炉前料仓的顶部，其间没有其它转运环节，使得整个上料系统流程环节最少，从而确保带式输送机系统不会受到工艺流程的影响.

3.2地下给料

针对秸秆、麦秆或林业废料等不同燃料，地下给料斗取料螺旋采用不同方式.对尺寸较大或未破碎的秸秆采用辊式给料机；对尺寸较小或经过破碎的的生物质燃料采用双螺旋料斗螺旋给料机.双螺旋料斗螺旋给料机 、辊式给料机如图6所示.

3.3料仓设置

根据4家生物质发电厂实际运行情况，料仓的设置对于机组连续运行有很大影响.但料仓的容积不能过大，建议采用能满足20 min储料量的容积.

3.4给料螺旋形式

炉前给料螺旋分为有轴螺旋和无轴螺旋，均属于易磨损部件，两种螺旋方式各有利弊.相同叶轮材质的有轴螺旋强度大，但容易被燃料中夹杂的石块卡塞；无轴螺旋不易卡塞，但强度不够.在加强运行管理的情况下，建议选用有轴螺旋进料.

3.5设备采购

皮带输送机系统设备零部件较多.诸多项目经验表明，驱动装置、传动滚筒、托辊等的质量对皮带输送机的稳定运行有较大影响[4].在设备选购时，对这些部件应严格要求，加强监造，仔细验收，可以有效杜绝因产品质量导致的故障问题.

3.6加强日常管理及维护

在运行情况良好的生物质电厂发现，日常管理维护工作非常重要.在皮带输送机系统自身质量、施工安装等得到保证的情况下，加强管理维护工作可以确保上料和给料系统设备的稳定、可靠运行.

4结论

生物质发电厂上料和给料系统影响到整个机组的长期稳定运行，也是生物质发电厂维护量较大的设备.采用输送系统的工艺方案，减少中间转点，同时选择适合的设备，加强采购管理及日常维护，能有效地减少上料和给料系统故障，延长运行时间，增加生物质电厂经济效益.

参考文献：

[1]董菊梅，王帅.小型链条炉排稻壳锅炉的开发设计[J].能源研究与信息，2008，24（1）：29-33.

[2]杨华，柳正信.生物质锅炉输料系统存在的问题及解决方案[J].能源研究与利用，2009（3）：46-48.

[3]王超， 王建中， 王雅彬.生物质发电厂上料系统的改造与创新研究[J].能源与节能，2012（7）：30-32.

[4]卢扬扬.崇阳生物质发电项目上料系统稳定运行分析及保障措施[J].科技信息，2011（33）：282.