中國生物能源資源豐富，農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)殘余物、工業(yè)用木料加工剩余物以及能源植物生物質(zhì)資源量每年的存量相當(dāng)于6. 74億t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中，年可開發(fā)資源相當(dāng)于1. 78億t標(biāo)準(zhǔn)煤，而且其利用不受區(qū)域限制，比太陽能、風(fēng)能等新能源更適合中國地廣人多且分布不均衡的國情。中國不僅具有廣泛的生物質(zhì)能源優(yōu)勢，而且開發(fā)生物質(zhì)能源的相關(guān)技術(shù)條件和法律環(huán)境也已經(jīng)具備。《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》目標(biāo)是，到2020年生物質(zhì)發(fā)電總裝機容量達(dá)到3000萬kW。
自主研發(fā)的循環(huán)流化床鍋爐相對其它型鍋爐具有燃燒生物質(zhì)高效、高脫硫效率、低NO。排放、高碳燃盡率、長燃料停留時間、強烈的顆粒返混、均勻床溫、燃料適應(yīng)性廣等優(yōu)點。中國自20世紀(jì)80年代末開始對燃料生物質(zhì)流化床鍋爐進(jìn)行研究，后期根據(jù)稻殼的物理、化學(xué)性質(zhì)和燃燒特性，設(shè)計出以流化床燃燒方式為主，輔之以懸浮燃燒和固定床燃燒的組合燃燒式流化床鍋爐，并且為配合三段組合燃燒采取了四段送風(fēng)的方式。
筆者充分利用研發(fā)的生物質(zhì)直燃循環(huán)流化床鍋爐，研究適合生物質(zhì)直燃循環(huán)流化床鍋爐性能測試的方法。在人爐燃料粒徑、生物質(zhì)燃料化驗、冷態(tài)實驗、風(fēng)煙流程取樣、灰渣熱損失和排煙特性等方面，不斷探討改進(jìn)測試方法，并進(jìn)行總結(jié)歸納，為生物質(zhì)直燃循環(huán)流化床鍋爐性能測試提供參考和指導(dǎo)意見，并對鍋爐優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。
三門峽富通新能源銷售的生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，如下圖所示：
1、實驗系統(tǒng)
實驗鍋爐是中溫次高壓參數(shù)、單鍋筒、自然循環(huán)、單段蒸發(fā)系統(tǒng)、集中下降管、平衡通風(fēng)的CFB鍋爐。鍋爐主要由爐膛、高溫絕熱分離器、自平衡“U”形返料器和尾部3個煙道組成。爐膛蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁，尾部第1，2煙道采用水冷包墻。爐膛下部布置水冷布風(fēng)板，布風(fēng)板上安裝鐘罩式風(fēng)帽，具有布風(fēng)均勻、防堵塞、防結(jié)焦和便于維修等優(yōu)點。鍋爐采用2個高溫絕熱分離器，布置在燃燒室與尾部對流煙道之間，外殼由鋼板制造，內(nèi)襯絕熱材料及耐磨耐火材料，分離器上部為蝸殼形，下部為錐形。防磨絕熱材料采用拉鉤、抓釘、支架固定。高溫絕熱分離器回料腿下布置1個非機械型返料器，返料為自平衡式，流化密封風(fēng)用高壓風(fēng)機單獨供給。返料器外殼由鋼板制成，內(nèi)襯絕熱材料和耐磨耐火材料。爐膛、旋風(fēng)分離器和返料器3部分構(gòu)成了CFB鍋爐的核心部分一物料熱循環(huán)回路，燃料在爐膛內(nèi)與循環(huán)物料混合并燃燒，產(chǎn)生熱煙氣，形成氣固兩相流。氣固兩相流在爐膛內(nèi)向上流動。在這一過程中大顆粒循環(huán)物料在不同高度向下回落，形成循環(huán)流化床鍋爐的內(nèi)循環(huán)。其余循環(huán)物料隨熱煙氣經(jīng)爐膛出口進(jìn)入到旋風(fēng)分離器，分離器對氣流進(jìn)行分離凈化，分離下來的固體顆粒經(jīng)過返料器返回爐膛，形成鍋爐的外循環(huán)。
2、實驗過程
實驗前，確保鍋爐及輔機能長時間正常穩(wěn)定運行；鍋爐主要運行控制系統(tǒng)能正常投入，各調(diào)節(jié)擋板操作靈活，指示無誤；實驗前，對現(xiàn)場專用儀器儀表進(jìn)行檢查或校驗，使之能正常使用；儲備足夠數(shù)量并符合設(shè)計要求的燃料；鍋爐及輔助設(shè)備已完成優(yōu)化調(diào)整；實驗所需的臨時測點及臨時腳手架、平臺、扶梯已加裝完畢，各測量地點及通道照明充足，并符合安全規(guī)程。
2.1 實驗工況
為了達(dá)到整個鍋爐機組的熱力平衡、物料平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡，鍋爐在實驗工況開始前、啟動后至少已連續(xù)穩(wěn)定運行了24～48 h。在實驗開始前的12 h中，最初9h應(yīng)保持鍋爐負(fù)荷不低于額定負(fù)荷的75%；后3h鍋爐最大連續(xù)出力、常用負(fù)荷及額定負(fù)荷對應(yīng)的發(fā)電功率為I5，13.5，12 MW 3種工況測試；鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷根據(jù)鍋爐和汽機能夠穩(wěn)定運行的最低負(fù)荷確定。
2.2燃料特性
鍋爐實驗的燃料特性見表1。
3、數(shù)據(jù)處理
3.1鍋爐熱效率計算
鍋爐效率參照GB 10184-1988《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》和DL/T 964-2005《循環(huán)流化床鍋爐性能試驗規(guī)程》中的熱損失法計算，熱損失考慮下列項目：排煙熱損失q2；可燃?xì)怏w未完全燃燒熱損失q3；固體未完全燃燒熱損失q4；散熱損失g5；灰渣物理熱損失q6；效率計算中灰渣比率按實際測量取值。
3.2鍋爐熱效率的修正
按GB 10184-1988中規(guī)定的基準(zhǔn)溫度和給水溫度偏差修正。效率計算的基準(zhǔn)溫度為20℃，當(dāng)實際進(jìn)風(fēng)溫度偏離設(shè)計值時，按GB 10184-1988《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》中規(guī)定的方法進(jìn)行修正。給水溫度偏離設(shè)計值10℃以上，進(jìn)行排煙溫度修正，修正方法按GB 10184-1988《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》中規(guī)定的方法計算。
由于實驗期間人爐燃料全水分較高，低位發(fā)熱量與設(shè)計燃料發(fā)熱量相比偏低，實驗燃料特性明顯偏離設(shè)計值，研究對因燃料變化引起的熱損失變化項目按照GB 10184-1988《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》中規(guī)定進(jìn)行修正。
4、實驗結(jié)果與分析
對65 t/h生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐在最大、常用及額定負(fù)荷下進(jìn)行熱效率測試實驗。根據(jù)現(xiàn)場條件決定，該生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐的常用負(fù)荷為13.5 MW．并對額定負(fù)荷12 MW及常用負(fù)荷13.5 MW進(jìn)行2次熱效率測試實驗，以檢驗實驗結(jié)果的一致性，當(dāng)2次效率實驗值偏差不大于1%時，取其算術(shù)平均值作為最終實驗結(jié)果，否則應(yīng)進(jìn)行第3次實驗。鍋爐效率實驗開始前，雙方已確認(rèn)具備實驗條件，鍋爐運行狀況良好，工況穩(wěn)定3h后進(jìn)行實驗。
4.1 鍋爐主要運行參數(shù)
鍋爐主要運行參數(shù)見表2。
4.2鍋爐熱效率
根據(jù)化驗分析及測試數(shù)據(jù)，計算鍋爐效率及主要熱損失項目見表3。由表3可知，鍋爐熱損失的主要來源是排煙熱損失q2和固體未完全燃燒熱損失q4。在12 MW工況下的實測鍋爐熱效率為86. 645%．13.5 MW工況下鍋爐熱效率為87. 882%，15 MW工況下鍋爐熱效率為87. 307%。排煙溫度經(jīng)過進(jìn)風(fēng)溫度和給水溫度修正，以及燃料性質(zhì)修正后，12 MW工況下的鍋爐熱效率為87. 57%，13.5 MW工況下鍋爐熱效率為88. 77 010，15 MW工況下鍋爐熱效率為88. 72%。12，13.5和15 MW工況下熱效率均略低于設(shè)計值。
5、結(jié) 論
CFB性能實驗完成了鍋爐最大連續(xù)出力實驗，鍋爐熱效率（最大、額定、常用負(fù)荷）等實驗。實驗結(jié)果為：對進(jìn)風(fēng)溫度、給水溫度、燃料特性修正后，12.0 MW工況下的鍋爐熱效率為87. 57%，13.5MW工況下鍋爐熱效率為88. 77%，15.0 MW工況下鍋爐熱效率為88. 72%。
