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 1.1 A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.

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图 1 A厂上料系统俯视图和立面图 Fig. 1 Top view and elevation drawing of the conveying and feeding system in plant A

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. 1.2 B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.

图 2

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图 2 B厂上料系统俯视图和立面图 Fig. 2 Top view and elevation drawing of the conveying and feeding system in plant B

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. 1.3 C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.

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图 3 C厂上料和给料系统示意图 Fig. 3 Schematic diagram of the conveying and feeding system in plant C

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. 1.4 D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.

图 4

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图 4 D厂上料和给料系统示意图 Fig. 4 Schematic diagram of the conveying and feeding system in plant D

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.

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图 5 上料和给料系统方案图 Fig. 5 Process plan of the conveying and feeding system

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.

图 6

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图 6 双螺旋料斗螺旋给料机和辊式给料机 Fig. 6 The double helix hopper screw feeder and roller feeder

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.