生物质电厂燃料输送系统的探讨

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摘 要：本文根据近年来国内生物质发电项目的发展情况，简要介绍了电厂燃料输送系统的几种常见类型，分析了各种燃料输送系统在运行中存在的问题及各自对燃料输送的适应性，依托本院所设计的典型生物质发电工程，对生物质发电厂各种燃料输送系统进行了研究。
关键词：生物质发电；生物质燃料；燃料输送系统；适应性
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.160
1 概述
生物质发电技术是上世纪七十年代以来，为了应对国际石油危机逐步发展起来的，能够将大自然广泛存在的可再生生物质能源转化为电能的一种新型技术，主要采用农作物秸秆和林业废弃物作为发电燃料。到了21世纪，随着化石燃料的进一步紧张，生物质能源利用也越发的重要起来，利用生物质能源能够有效地节约煤、石油、天然气等一次不可再生能源，是目前国际国内研究的前沿课题。
目前，世界各国尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以达到保护矿产资源、保障国家能源安全、实现CO2减排、保持国家经济可持续发展的目的。但是由于国内生物质直燃发电起步晚，没有成熟的经验，设备制造水平低，而且我国的农作物品种繁多，种植方式多样，导致电厂燃料组成复杂，项目当地既有玉米、小麦秸秆等堆积比重较低的燃料，又有树皮枝桠、木材下脚料、棉花秸秆等堆积比重较高的燃料，不同的燃料热值、规格不一致，这就导致常规的燃料输送系统难以适应国内多种类生物质燃料的输送要求，为了将不同种类的燃料安全可靠的输运至炉前料仓，迫切需要开发适合于中国国情的燃料输送系统。
2 输送方式简介
生物质燃料的物理特性与煤炭不同，因此燃料的输送方案也有很大区别。通常情况下，从生物质燃料性质上来划分有“黄色燃料”和“灰色燃料”两种。“黄色燃料”主要是指玉米、小麦、水稻等轻质秸秆燃料；“灰色燃料”又称硬质燃料，主要是指棉花秸秆、树皮枝桠、荆条等木质燃料。由于“黄色秸秆”与“灰色秸秆”的物理特性、燃烧特性不同，因此两种燃料的输送系统也有非常大的区别。
2.1 黄色燃料输送系统
黄色燃料普遍密度较小，为了使收集和运输经济合理，所以在收集输送中一般采用打包压缩增加单位体积重量的方式，以减少运输成本。所以在国内黄色燃料输送系统设计时一般考虑燃料采用打包形式进行输送。近年来黄色燃料输送系统主要采用了秸秆捆抓斗起重机加链式输送机和解包机上料的方案，但是在什么地方进行解包，现在常用的有两种方案，一是将大包在上料系统中解包然后以散状物料型式输送至炉前，二是以包料型式输送至炉前，在炉前解包方案。方案一的核心技术是大包在上料系统中解包，即设置新型大包解包机。方案二在炉前解包，需要在锅炉炉前配有立式螺旋解包机，依靠不等径螺旋叶片旋转实现对料包的破碎。
经过对运行的电厂调研发现，单一的黄色燃料输送系统存在一些问题：首先，由于解包机对料包加工尺寸及工艺要求都比较严格，但是在技术、成本等因素影响下，国内燃料的包型尺寸或者密度上，大都不太合乎要求，所以经常造成秸秆燃料在输送中频繁堵料或者掉包，导致电厂不得不在厂内再利用打包机进行二次打包，提高了电厂的运行成本。其次大包上料系统在运行时经常会发生秸秆捆抓斗起重机抓取包料时，会发生掉包现象，了解后发现可能是因为打包不规格或者司机操作不熟练所致，在输送大包时，链条输送机上会发生卡包的现象，需要运行人员进行人工调整。
综上所述，单一的黄色燃料输送系统不仅存在以上难以解决的问题，而且由于这种输送系统只能够输送大包黄色秸秆燃料，一旦黄色燃料收购出现困难，难以利用其它燃料进行代替，适应性较差。
2.2 灰色燃料输送系统
由于灰色燃料粉碎后其物理特性与煤炭有些类似，可以部分参考燃煤电厂的输送方案，但是又有所区别，生物质电厂灰色燃料由于种类比较复杂，既有堆积比重较轻的树皮等纤维燃料，也有板材下脚料、树根等堆积比重较大的木质燃料，既有有木片、树皮及枝丫柴以切碎后的成品燃料进厂，也有树根、板材下脚料等大块的燃料进厂。灰色燃料的输送常采用两种布置方案：装载机或者其他上料设备和地下料斗配合上料方案，桥式抓斗起重机和地下料斗上料方案。
经过对电厂的调研发现，单一的灰色燃料输送系统同样会存在一些问题：在输送燃料的过程中容易出现篷料、洒料问题，而且由于输送系统只能输送散状物料，如果在灰色燃料短缺时候使用黄色燃料，就需要对黄色大包秸秆燃料进行人工或者利用其它设备解包，造成了运行的不方便，对各种燃料的输送适应性一般。
2.3 黄色和灰色燃料输送系统
我国国土面积辽阔，生物质资源种类繁多，当一个地区同时有黄色燃料和灰色燃料时，考虑到单一的一套黄色或者灰色燃料输送系统无法满足电厂燃料的输送要求，这就极大的制约了电厂的燃料收购，造成了电厂只能收购有限的几种燃料，提高了发电成本，也是对其它生物质资源的一种浪费。为了解决上料线功能单一的问题和适应多样的生物质来源，需要将黄色包状燃料输送和灰色散状燃料输送结合起来，不能简单设为两套系统的叠加。根据现有电厂运行经验和两种燃料的混合地点来看，现在大致有两种布置方案：系统在炉前料仓处进行混合，也可以在系统中部进行混合。
两种方案均能实现散状灰色燃料和包状黄色燃料的输送，其中方案一为单独设置的两套输送系统，由于炉前料仓位置较高，受皮带机倾角的限制，散料输送系统带式输送机的长度较长，初始投资较高。方案二散料输送系统通过转运站与包状燃料输送系统融合，散料输送系统带式输送机长度短，初始投资相对较省。
方案二燃料输送系统由大包线、散料线组成，大包线、散料线任意一条单独运行时均能能够满足机组满负荷的需要。散料线皮带输送机尾部设置有一台双螺旋给料机（小解包机）和辅料螺旋料斗，与大包系统配合，使整套上料系统既能满足上大包的需要，而且能够上小包和散状燃料，对燃料供应形式的适应性强。
3 总结
生物质发电工程与燃煤、油、气发电工程从原理上讲所使用的技术是基本相同的，最大的不同点是燃料不一样，生物质发电工程的燃料是生物质，其燃料流动性差、比重轻、体积大、颗粒不规则、热值低、热值波动大、化学成分变化大、自热霉变快，降解快、易燃，在生物质电厂中，从而导致燃料输送系统设计较为复杂，然而燃料输送系统在生物质电厂中又是一个极其重要的环节，针对各种
燃料的输送适应性，系统设计及设备选型均没有成熟经验可以借鉴，黄色、灰色两种燃料共同输送成功突破了国内单一物料输送的局限性，无论大小包、整散料、灰色还是黄色燃料，都能实现顺利输送，为生物质电厂不受农作物种类、大小等因素的限制，在全国大范围的推广奠定了基础，解决了黄色包状燃料和灰色散状燃料的混和输送问题，增加了可供锅炉燃烧的燃料种类，确保了电厂燃料来源的可靠性和稳定性。
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