摘要：對國內單機容量最大的生物質發電項目探討優化電廠熱機專業設計。結合該電廠熱機專業設計的特點及試運期間出現的若干熱機專業問題進行討論研究。優化了生物質發電領域熱機專業的設計思路及方法。以該生物質發電項目熱機系統為參考模型，結合目前機組的運行情況，以生物質燃料性質為出發點，就生物質電廠熱機專業設計的主輔機選型、熱機系統、主廠房布置等，結合本工程試運出現的若干問題，對生物質發電廠熱機專業的設計進行優化，以推動生物質發電技術的進一步發展。
關鍵詞：生物質；生物質發電；熱機設計
廣東粵電湛江生物質發電項目(2x50 MW)是廣東省第1個生物質發電項目及國內裝機規模單機容量最大的生物質發電項目。2011年8月20日18:18，該工程1號機組順利通過72 h加24 h滿負荷試運行。作為該項目核心的熱機專業，設計及試運期間有不少經驗和教訓，本文在簡要描述原設計特點的同時對需要進一步改進的地方提出優化探討。
1、生物質發電燃料來源及品質
1.1燃料來源
本工程可以利用的燃料包括桉樹砍伐加工產生的樹皮、枝葉；木材、家具加工產生的廢料如邊角料、木段、刨花、鋸末、碎板；甘蔗收割和制糖過程中遺棄的蔗葉、蔗渣以及其它可能的當地農業生產廢棄物等。
原設計燃料來源于擬建廠址60 km半徑范圍內，燃料收集區域基本覆蓋了湛江主要林區和農業種植區，采用汽車運輸到廠。滿負荷試運期間，因為燃料品質及價格等諸多原因，收料半徑由60 km擴大為300 km，相信在相當長時間內，業主方收料半徑仍會擴大。
1.2燃料品質
表1為該工程燃料品質表，從表1可看出原設計中燃料品質比較理想，除樹皮的含水量達到70%外，其他燃料的含水量均在41%以下。滿負荷試運期間，盡管業主方選用最好的燃料，但燃料的含水率平均值仍在50%左右，燃料中還參雜著大量石塊、泥土，導致煙氣量大、爐床積渣嚴重、溫度升高。燃料品質變化對鍋爐運行及配套輔助設備的影響相當大，可以說是生物質電廠設計中的難點、重點之一。
燃料問題是火電廠運行最需重視的問題，生物質燃料種類繁多，能否找到一個穩定的優質的燃料供應源，是電廠能否穩定運營的關鍵。作為設計單位，也應盡量考慮生物質燃料的特殊性及多樣性，在設計主、輔機參數選型時，合理選取設計裕量。
2、主要設備及系統概述
1)鍋爐。制造廠：華西能源工業股份有限公司。型號：HX220/9.8-Ⅳ1。型式：高溫高壓參數、自然循環、單爐膛、平衡通風、露天布置、鋼架雙排柱懸吊結構、固態排渣循環流化床鍋爐。主要技術參數：最大連續蒸發量為220t/h；額定蒸汽壓力為9.80MPa.g；額定蒸汽溫度為540℃。
2)汽輪機。制造廠：東方電氣集團東方汽輪機有限公司。型號：N50-8.83-2型。型式：高溫高壓、單軸、單缸、沖動、單排汽凝汽式。主要技術參數：額定功率為50MW；額定轉速為3000r/min；額定進汽壓力為8.83MPa.a；額定進汽溫度為535℃。
3)發電機。制造廠：山東濟南發電設備廠。型號：50WX182-047LLT。型式：空氣冷卻式。額定功率：50MW。額定電壓：6.3kV。
3、燃燒系統試運期間存在的問題和處理
3.1 爐前給料系統
燃料經破碎合格后，通過輸料皮帶運至主廠房皮帶層，落人爐前秸稈料倉。通過料倉內的撥料器、一級螺旋、二級螺旋逐級輸送到鍋爐給料口，進入爐膛燃燒。
在調試試運行期間，爐前給料系統暴露出一系列問題，特別是螺旋給料機無法連續給料，成為機組安全穩定運行的一大障礙。通過播料器上方的人孔觀察，發現燃料從播料器上方直接落人一級螺旋給料機上，播料器起不到播料及承載燃料的作用，一級螺旋葉片發生嚴重的扭曲，頭部螺旋葉片產生裂紋；二級螺旋給料機人口給料發生堵塞，出現卡死現象。經過運行調試以及現場分析，可能存在以下問題：
1)實際燃料中水分較多，增加了燃料的韌性、粘性，燃料流動性差，易發生纏繞和牽連；
實際燃燒中“三塊”（鐵塊、石塊、木塊）等雜質成分較多，給爐前給料系統出力增加了很大負擔，甚至造成給料系統出力不足，電動機過載燒毀等；
3)播料器存在局部設計問題。
通過對爐前給料系統的改造，機組滿負荷試運期間，堵料、給料不暢的問題得到了比較好的解決，給料系統對燃料品質變化的適應性大大提高。
3.2物料循環及床料添加系統
經旋風分離器分離下來的物料經返料閥返回爐膛繼續燃燒，運行中床料通過斗式提升機經螺旋輸送機送到床料倉，由通過床料倉底部的星型閥控制床料添加量，通過返料管上床料添加口隨循環物料進入爐膛。
每臺鍋爐設2x50%容量的羅茨返料風機。原設計中羅茨返料風機無備用，但考慮到生物質電廠的特點及本工程的具體情況，為了提高機組運行的可靠性，整體試運前經各方討論決定，擬每爐增設50%容量羅茨返料風機l臺，運行模式由原來的2運無備用變為2運1備。
3.3煙風系統
煙風系統采用平衡通風的方式，通過匹配一次風機、二次風機與引風機的出力平衡爐膛的壓力。
由一次風機送出的一次冷風經過空預器加熱后，經布風板下一次風室通過布風板和風帽進入爐膛，使爐內床料流化，同時向爐膛下部密相區提供一定的氧氣供燃料燃燒。一次風機采用2x50%容量的離心式風機，人口導葉調節。
二次風由二次風機提供，主要是補充爐內燃料燃燒的氧氣并加強物料的摻混，調整爐內溫度場的分布，防止局部煙氣溫度過高，抑制NOx的生成。二次冷風經過空預器加熱后，從爐膛前后墻不同高度分級送入。二次風機采用2x50%容量的離心式風機，人口導葉調節。
燃燒后的煙氣經過布袋除塵器除塵后，由引風機送至煙囪排放，每臺鍋爐安裝l臺布袋除塵器。引風機采用2x50%容量的離心式風機，變頻調節。
機組試運期間，由于燃料水分過大及爐床積渣，造成鍋爐阻力偏大，引風機一度出現出力不足使爐膛冒正壓現象。原設計引風機壓頭裕量按20%選取，對于生物質電廠，因燃料多樣化，個人認為引風機壓頭裕量可按50%選取為佳，電機配變頻調節，以適應惡劣工況運行。
4、熱力系統
本期工程汽機熱力系統與傳統50MW燃煤電廠無太大差異。主蒸汽、給水、凝結水等主要系統采用切換母管制。
值得一提的是電動給水泵采用液偶調速，凝結水泵采用變頻調速，在機組實際運行中取得較好效果。當鍋爐燃料燃燒不穩定、負荷無法穩定時，水泵就能根據機組負荷調節轉速，節約了廠用電，更適應生物質電廠特性。
5、主廠房布置設計優化
單機容量為50 MW的燃煤機組在國內有非常多的業績，主廠房整體布局已相當成熟，從施工、運行及檢修等各方面來看都較為合理，尤其是汽機房和鍋爐房內部布置。配置循環流化床鍋爐的燃煤機組，常規的主廠房布置為汽機房-除氧煤倉間-鍋爐房-+除塵器-煙囪；汽輪機為島式布置；鍋爐房采用島式或大平臺布置，除氧煤倉間從下到上各層依次布置高低壓配電間、熱控電子設備間、集中控制室、除氧器、料倉及輸煤皮帶等。
本期工程主廠房布置與傳統50 MW燃煤機組布置大體相同，但也結合生物質電廠設備及工作環境特點做了設計優化，從運行情況看取得較好效果。主要從兩方面進行優化：
1)料倉間與除氧間分開成兩跨，料倉間D排柱緊貼鍋爐K．柱。作此布置優化主要是因生物質給料設備決定的，爐前給料系統中二級給料螺旋要求盡量靠近鍋爐以縮短給料距離。如按常規布置料倉間D排柱與鍋爐K，柱間距一般為7m，兩柱之間形成爐前低封，用作爐前通道。如果按此思路設計，料倉仍布置于料倉間，將大大增加二級給料螺旋距離，二級給料螺旋距離越大，要求軸徑越大，功率就越大，更致命的是增加了燃料纏繞搭橋的幾率；若將料倉布置在爐前低封，雖然可以縮短二級給料螺旋距離，但必須將料倉承載梁搭在鍋爐鋼柱K，上，滿倉500 t的料倉重量是鍋爐鋼柱無法承受的。
經各方充分探討協商，最終將料倉間與除氧間分開成兩跨，料倉間D排柱緊貼鍋爐K．柱，兩柱中心距l 500 mm。料倉間O—8 m房間功能劃分為1/2，靠汽機側做高低壓配電間、電子設備間及化水加藥間；靠鍋爐側做鍋爐底層及運轉層爐前通道。料倉間12 m以上布置料倉及皮帶等。除氧間高度16 m，除氧器露天布置。這樣做的優點是料倉可以緊貼鍋爐入料口，二級給料螺旋距離短，最大限度確保給料輸送的順暢；整個料倉的承載又可以由料倉間支撐。缺點是鍋爐底層及運轉層爐前通道放置在房間內，增加了通道成本，減少了主廠房容積利用率。
2)集中控制室放置汽機房固定端。生物質燃料的特點之一是密度輕，容易產生飛灰，對機組運行人員身體產生傷害。如果按常規布置把集中控制室放在2臺機的除氧料倉間8m層，正好在料倉底部下方，集控操作環境不理想。原設計充分考慮這一情況，把集控室單獨拉出來布置在主廠房固定端，以裙樓形式設計成1座集控樓，既改善了運行監控環境自成一體，又仍在汽機房內部。集控樓各層通道較常規布置順暢寬敞，區域特點明顯，各功能房間較齊全，且具有常規布置運轉層上集控室的監控視野。
6、結語
目前，國家已頒布實施《再生資源法》，生物質能發電必將迎來一個大的發展。生物質能發電廠的設計和建設在國內還剛剛起步，有許多問題需要在實際運行中發現并解決。本文以國內裝機規模以及單機容量最大的生物質發電項目熱機系統為參考模型，結合目前的機組運行情況，對生物質發電廠熱機專業設計做了初步探討，將推動生物質發電技術的進一步發展。
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