前言
    據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前國家發(fā)改委或各省（直轄市、自治區(qū)）發(fā)改委已審批的利用農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目就有170余項(xiàng)，總裝機(jī)460萬千瓦；估計(jì)已經(jīng)投產(chǎn)的項(xiàng)目約50個(gè)，裝機(jī)百萬千瓦以上。
    2007年9月發(fā)布的可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃中明確提出了到2020年我國生物質(zhì)能裝機(jī)容量達(dá)到30GW的發(fā)展目標(biāo)”。31。特別是從2010年7月起，國家在生物質(zhì)能發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)上給予了重大扶持，每千瓦時(shí)電價(jià)上調(diào)至0 75元人民幣。總的說來，生物質(zhì)能發(fā)電行業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1、生物質(zhì)電廠鍋爐的主要型式
    生物質(zhì)發(fā)電是生物質(zhì)能源規(guī)模化利用的重要方式之一。規(guī)模化的生物質(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)，是利用生物質(zhì)作為鍋爐的原料產(chǎn)生蒸汽，用蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。
    生物質(zhì)直燃發(fā)電的燃料屬于固體燃料，通常對(duì)于固體燃料，燃燒方式主要有三種，即以煤粉爐為代表的懸浮燃燒、爐排爐為代表的層燃燃燒和以流化床鍋爐為代表的流化態(tài)燃燒。根據(jù)生物質(zhì)燃料的自身特性，煤粉爐不適用于生物質(zhì)的燃燒。我國在已經(jīng)投入運(yùn)行的生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目中主要使用水冷振動(dòng)爐排鍋爐和循環(huán)流化床(CFB)鍋爐兩種類型鍋爐。
2、生物質(zhì)CFB鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)
    西方發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)開始進(jìn)行CFB鍋爐燃生物質(zhì)燃料的研究開發(fā)工作，并且已有多個(gè)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目。我國的一些科研單位和鍋爐廠在早期也進(jìn)行了比較深入的研究，先后開發(fā)出純燒蔗渣鍋爐、蔗渣煤粉混燒鍋爐、造紙廠用堿回收鍋爐和棕櫚鍋爐，這些鍋爐已經(jīng)形成系列產(chǎn)品。
    近幾年國家出于節(jié)能減排、提高資源利用率的考慮，號(hào)召開發(fā)生物質(zhì)能源的再生利用技術(shù)，燃用生物質(zhì)燃料的CFB鍋爐應(yīng)運(yùn)而生。中國節(jié)能《宿遷）生物質(zhì)發(fā)電有限公司秸稈直燃發(fā)電項(xiàng)目鍋爐是國內(nèi)第一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物質(zhì)CFB鍋爐，此后各科研機(jī)構(gòu)和各鍋爐廠陸續(xù)研發(fā)了不同參數(shù)一系列CFB鍋爐產(chǎn)品并有部分項(xiàng)目投入運(yùn)行。生物質(zhì)CFB鍋爐國產(chǎn)化擺脫了我國在生物質(zhì)發(fā)電依靠引進(jìn)國外技術(shù)的高成本、技術(shù)不適應(yīng)我國生物質(zhì)燃燒的局面。為我國生物質(zhì)鍋爐向低成本、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前已投入運(yùn)行的生物質(zhì)電廠中用CFB鍋爐的項(xiàng)目超過1 5個(gè)，運(yùn)行較好的項(xiàng)目設(shè)備年利用小時(shí)數(shù)超過7000小時(shí)。圖1為某鍋爐廠130t/h高溫高壓生物質(zhì)鍋爐的方案示意圖。
    生物質(zhì)燃料與煤比較有以下特性：氯含量及堿金屬含量高、揮發(fā)份高、氧含量高、水分含量高、固定炭低，灰分低、熱值低、硫含量低。鍋爐的設(shè)計(jì)必須根據(jù)燃料特性進(jìn)行。
    生物質(zhì)燃料由于含有一定量的堿金屬無機(jī)雜質(zhì)，燃燒過程中灰顆粒容易在低溫下出現(xiàn)熔融現(xiàn)象，因而容易在高溫的爐膛內(nèi)結(jié)焦，在流態(tài)化燃燒過程中主要體現(xiàn)在床層聚團(tuán)和水冷壁及爐膛內(nèi)受熱面結(jié)焦等方面。
    床層聚團(tuán)發(fā)生的主要原因是局部熔融的生物質(zhì)半焦或者灰顆粒粘附床料顆粒之后降低流化質(zhì)量，由于局部流化不充分會(huì)導(dǎo)致局部高溫從而加劇灰顆粒的熔融，從而強(qiáng)化床料顆粒之間的粘結(jié)，使流化進(jìn)一步惡化，最使流化失敗。因此，作為燃用生物質(zhì)的鍋爐系統(tǒng)，要解決的主要難題是：燃料在鍋爐中燃燒容易引起結(jié)團(tuán)、結(jié)焦的問題；對(duì)流受熱面易形成高溫粘結(jié)灰，產(chǎn)生高溫堿金屬腐蝕、鍋爐尾部低溫氯腐蝕、飛灰搭橋的問題。
    眾多科研機(jī)構(gòu)（或院校）及鍋爐廠在研究過程中，對(duì)生物質(zhì)燃料的燃燒特性理解和認(rèn)識(shí)上基本是一致的，但具體的技術(shù)解決方案各有千秋，主要表現(xiàn)在方案設(shè)計(jì)、工藝選材、運(yùn)行調(diào)整手段等不同。
    縱觀各家設(shè)計(jì)方案l41，依據(jù)受熱面的布置形式差異可歸結(jié)為兩大技術(shù)流派：
    第一類技術(shù)流派主張爐膛內(nèi)（包括水平煙道內(nèi)）盡可能少布置對(duì)流受熱面。這類布置方式尾部需要比較長的煙氣流程，以滿足更多的受熱面的熱交換。如圖2為65t/h高溫次高壓的生物質(zhì)CFB鍋爐采用了尾部三煙道的設(shè)計(jì)方案，屏式過熱器布置于第一煙道內(nèi)，低溫過熱器、高溫過熱器分別位于第二煙道上下部，省煤器和空氣預(yù)熱器布置在第三煙道內(nèi)。除了加長尾部煙氣流程，另一解決方案是將高溫過熱器布置在外置式換熱器中。采用外置式換熱器方案通過調(diào)整進(jìn)入換熱器的循環(huán)灰量與直接返回爐內(nèi)循環(huán)灰量的比例控制床料溫度，使調(diào)整床溫更具靈活性。根據(jù)需要還可以采用水冷或汽冷旋風(fēng)分離器，以保證鍋爐足夠的受熱面積。一般使用在較大容量的CFB鍋爐。
    第二類技術(shù)流派是主張?jiān)跔t膛內(nèi)多布置受熱面。部分廠家除了在爐膛內(nèi)布置翼墻式水冷屏外，還將中高溫過熱器布置爐膛內(nèi)（或水平煙道內(nèi)）。如圖3所示，爐膛內(nèi)稀相區(qū)下部布置水冷管屏，爐膛上部布置中溫過熱器和高溫過熱器蛇形管，受熱面通過對(duì)流管束懸吊在爐膛內(nèi)。這類方案主要是靠調(diào)節(jié)返料量來調(diào)節(jié)床內(nèi)固體顆粒濃度，以改變水冷壁和過熱器的換熱系數(shù)，從而改變爐內(nèi)吸熱量來控制床溫。當(dāng)然，相對(duì)于燃煤鍋爐而言，生物質(zhì)爐膛出口溫度水平降低后其尾部還是應(yīng)增加一定受熱面積。
    因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)布置形式的差異，對(duì)相同容量的鍋爐而言，第一類方案在造價(jià)上略高于第二類方案：技術(shù)流派的演變是一個(gè)技術(shù)發(fā)展的過程，本文不在于評(píng)價(jià)某個(gè)方案的優(yōu)劣，畢竟生物質(zhì)直燃發(fā)電在我國起步較晚，燃生物質(zhì)CFB鍋爐還都是新設(shè)備，在短時(shí)間內(nèi)還不能判斷今后實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)暴露的各種問題，需要長期運(yùn)行的檢驗(yàn)、不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。讓鍋爐達(dá)到更加安全可靠、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、高效環(huán)保運(yùn)行的目標(biāo)。
    雖然各鍋爐廠的燃生物質(zhì)CFB鍋爐在蒸汽參數(shù)和結(jié)構(gòu)布置形式上存在差異，但流化態(tài)燃燒與其他燃燒方式相比較，CFB鍋爐有其共同的技術(shù)特點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：
    (1)鍋爐爐膛低溫燃燒，由于生物質(zhì)灰熔點(diǎn)普遍較低，爐膛采用750-850℃燃燒溫度（根據(jù)燃料灰熔點(diǎn)確定）能有效抑制堿金屬的結(jié)渣、腐蝕的幾率。
    (2)對(duì)燃料的適應(yīng)好。這不但表現(xiàn)在對(duì)于不同品種、不同品質(zhì)的生物質(zhì)燃料均能在CFB鍋爐中順利實(shí)現(xiàn)著火燃燒，在燃燒條件發(fā)生劇烈變化、特別是水分變化和粒度變化的情況下，對(duì)未燃盡物質(zhì)的再循環(huán)燃燒可以確保始終維持較高的燃燒效率。
    (3) CFB鍋爐氣相污染物排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)排放限值。生物質(zhì)燃料含硫量極低，且灰成分中的Ca0，K20等堿性物質(zhì)可與硫進(jìn)行脫硫反應(yīng)，從而使進(jìn)入煙氣的S02的濃度遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)排放限值。N02排放低的原因：一是低溫燃燒，此時(shí)空氣中的氮一般不會(huì)生成N02，當(dāng)溫度低于1 500℃時(shí)，熱力型NOx和快速型NOx的生成可以忽略。二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化N02，并使部分已生成N02得到還原成N2。
    (4)尾部受熱面（省煤器、空預(yù)器等）管組一般采用順列布置，橫向節(jié)距普遍比燃煤鍋爐的節(jié)距大。其主要目的是防止飛灰搭橋。
    (5)負(fù)荷調(diào)節(jié)性好，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，需調(diào)節(jié)給料量、空氣量和物料循環(huán)量、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍可低至30%以下。此外，由于截面風(fēng)速高和吸熱高和吸熱控制容易，循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)速率也很快，
    (6)燃燒效率高。循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率高是因?yàn)橄率鎏攸c(diǎn)：氣、固混合良好，燃燒速率高，特別是對(duì)水分含量大的燃料，絕大部分未燃盡的燃料被再循環(huán)至爐膛再燃燒，同時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐能在較寬的運(yùn)行變化范圍內(nèi)保持較高的燃燒效率。
    表一為國內(nèi)生產(chǎn)生物質(zhì)CFB的主要廠家及其技術(shù)支持（協(xié)作）方。
3、生物質(zhì)CFB鍋爐的發(fā)展趨勢(shì)
    3.1蒸汽由低參數(shù)向高參數(shù)發(fā)展
    燃生物質(zhì)CFB鍋爐目前的發(fā)展趨勢(shì)是由低參數(shù)逐漸向高參數(shù)發(fā)展，由最初的中溫中壓參數(shù)到中溫次高壓，再到高溫高壓參數(shù)，甚至武漢凱迪電力旗下的生物質(zhì)電廠開始采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫超高壓CFB燃燒技術(shù)。往高參數(shù)發(fā)展的目的是提高鍋爐熱效率。
   3.2鍋爐容量一般不超過220t/h
   從容量上看，因受燃料的供應(yīng)量所限及燃燒特性決定了生物質(zhì)CFB鍋爐容量不可能做得太大，多數(shù)在65t／h、75t/h到130t／h之間，迄今為止國內(nèi)最大容量的直燃生物質(zhì)CFB鍋爐是華西能源工業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的220t/h鍋爐，用戶為廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司，目前正在安裝中。
    3.3對(duì)耐腐蝕特殊鋼材要求較高
    隨著鍋爐參數(shù)的提高以及針對(duì)生物質(zhì)燃料含有氯元素的特性，鍋爐受熱面防腐要求也越來越高。中溫中壓參數(shù)的高溫過熱器的材質(zhì)一般用12CrlMoVG，高溫高壓參數(shù)鍋爐的高溫過熱器用耐腐蝕的不銹鋼TP347H或SUS316，甚至有廠家用到一般超臨界參數(shù)鍋爐才用到的SA-213T91鋼材，可見對(duì)預(yù)防高溫堿金屬腐蝕引起了鍋爐廠非常高的重視。空氣預(yù)熱器低溫段通常采用09CuPCrNi-A（烤登鋼）或搪瓷管等材料以減少低溫氯腐蝕對(duì)鍋爐的不利影響，
    富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)顆粒燃料和木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料同時(shí)銷售。