【论文精选】工业园区生物质锅炉集中供热项目实践
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2024-11-06 17:10
天津
作者：符国运
第一作者单位：洋浦新奥能源发展有限公司
摘自《煤气与热力》2023年11月刊
符国运. 工业园区生物质锅炉集中供热项目实践［J］. 煤气与热力，2023，43（11）：A01-A03，A42.
我国能源消费结构向清洁低碳加快转变。初步核算，2019年煤炭消费占能源消费总量比例为57.7%，比2012年降低10.8个百分点；天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量比例为23.4%，比2012年提高8.9个百分点；非化石能源占能源消费总量比例达15.3%，比2012年提高5.6个百分点，已提前完成到2020年非化石能源消费比例达到15%左右的目标。为有效提高能源的整体利用效率，解决分散供热带来的运行效率低、污染物排放高、运输量大、土地占用量大、风险点多等问题，国家有序推进工业园区的集中供热［1］。结合海南林业废弃物生物质资源丰富的资源禀赋与国家对双碳目标的要求，拟采用生物质循环流化床锅炉（简称生物质锅炉）为洋浦经济开发区集中供应蒸汽，利用不同用户要求的蒸汽品位差异进行发电，提高能源利用率。本文对工业园区生物质锅炉集中供热项目概况以及能源站设计要点进行介绍。2 项目概况
工业园区蒸汽用户分为两种类型：一种是连续性用户，如石化类、大型粮油加工类。另一种是非连续性订单式生产用户，如食品加工、药品加工、饲料加工等。连续性用户用汽相对稳定，波动性较小。非连续性订单式生产用户一般多为白天用汽，夜间停产，或阶段性连续用汽，用汽不稳定、波动性较大。对于全年总用汽量，需根据行业或同类型企业经验数据进行整体估算，其中非连续性订单式生产用户需参照其市场销售、生产组织情况等进行保守估算。蒸汽用途可分为2种：一种是用于动力拖动装置（例如透平带动水泵、压缩机），一般使用中压蒸汽。另一种是用于物料提纯及加热装置（例如萃取罐、换热器、夹层锅等），一般使用低压蒸汽。动力拖动装置对进汽参数要求较高，需保证用户端蒸汽参数稳定在设计区间内。对于物料提纯及加热装置，无特殊情况下，原则上采用低过热度的方式进行输送，蒸汽到达用户端时接近饱和温度，或由用户端设置的减温减压装置调整为饱和蒸汽，可降低沿程产生凝结水造成的蒸汽损失。调查数据显示，海南省年生物质燃料资源总量约280×104 t/a。其中，橡胶规模化种植和每年按比例的更新采伐，为市场贡献了116.57×104 t/a的生物质燃料，是岛内生物质燃料的主要来源。其次为桉树林相关剩余物约95.71×104 t/a，两项合计达到212.28×104 t/a，占海南省年生物质燃料总量的75.8%。因此，海南省适合推广使用生物质锅炉。岛内各地林业废弃物经收集运输至固定场所，进行初步破碎，尺寸控制小于8 cm并经初步去杂后用汽车运输到能源站秸秆仓库内。在秸秆仓库内，将干料与湿料掺配好后，经转运皮带输送至生物质锅炉内进行燃烧。锅炉产生的中压蒸汽一部分经中压分汽缸及相应管道供至中压蒸汽用户，另一部分经中压分汽缸、汽轮发电机、低压分汽缸及相应管道供至低压蒸汽用户，汽轮发电机产生的电力输送至厂内高压母线馈入电网。循环流化燃烧方式对于生物质燃料的种类、破碎程度、水分、杂质含量等方面的变动均有较宽泛的适应性［2］。能源站设置2台额定蒸发量45 t/h生物质锅炉，1台额定蒸发量50 t/h冷凝式天然气蒸汽锅炉（备用），1台额定发电功率2.5 MW汽轮发电机（自发自用，余电上网），配套存料、制水、脱硝、除尘等设施。蒸汽管网约11 km。满负荷生产情况下全年可外供蒸汽60×104 t/a。目前，共有用户11家，包括石化、粮油加工、饲料生产、泡沫制品、布草洗涤、医药生产、食品生产等企业。3 能源站设计要点
能源站总占地面积为28 000 m2。能源站呈较为规整的矩形，北侧紧靠嘉洋路东段，西侧、南侧和东侧为开发区空地。四周设有实体围墙。根据选址条件、工艺流程、安全间距等各方面的要求，能源站分为主厂房区、储运区、厂前区。能源站平面布置见图1。图中仅给出主要厂房。包括主厂房、空压机房、高压变频器室、除尘器房、引风机房、氨水罐区、灰库、渣库、消防水罐、化学水处理室外设施、计量调压柜等。主厂房包括除氧料仓间、生物质锅炉房、燃气锅炉房、化学水处理车间、汽轮机房等。包括秸秆仓库1、秸秆仓库2、输料栈桥、地磅等。秸秆仓库1布置在北侧，秸秆仓库2布置在南侧。输料栈桥布置在两个秸秆仓库中间，直接通往主厂房的除氧料仓间，地磅布置在厂区西侧的物料出入口处。包括办公楼、雨水调节池、非机动车停放区、机动车停放区、门卫室等设施。秸秆仓库1内设有落料口，可将生物质燃料推入地下廊道内的转运皮带并经输料栈桥送至炉前料仓。秸秆仓库2更多用于堆存与掺配成品物料，通过推料方式经由秸秆仓库1送入输料栈桥，再送至炉前料仓。秸秆仓库1长96 m，跨度为30 m，储存面积约2 880 m2，设置3 m高挡墙，挡墙上部设置防风抑尘网。秸秆仓库1主要堆存厂外破碎后的生物质燃料，燃料堆积密度按0.25 t/m3计算，可储存生物质燃料约2 000 t。秸秆仓库2长96 m，双跨结构，每跨30 m，总储存面积约5 760 m2，设置3 m高挡墙，挡墙上部设置防风抑尘网。秸秆仓库2南侧燃料堆积密度按照0.45 t/m3计算，北侧燃料堆积密度按0.15 t/m3计算，可储存生物质燃料约5 000 t。2座秸秆仓库共可储存生物质燃料约7 000 t，理论上可满足2台生物质锅炉约8 d的用量。2座秸秆仓库之间设通车开间，方便生物质倒料和堆存。在实际运行中，在考虑料场内预留通道、汽车回转半径及实际可堆高度等因素后，2座秸秆仓库实际可储存生物质燃料约4 500 t。飞灰收集采用正压浓相气力输送系统，每台生物质锅炉为1个独立的输送单元。飞灰由除尘器灰斗集中后，经输灰仓泵送至灰库储存，每台生物质锅炉设1根输送灰管。灰库采用钢结构，内直径8 m，有效容积500 m3，可储存生物质飞灰约150 t，理论上满足2台生物质锅炉运行约3 d产生的灰量。实际运行中，单台生物质锅炉满负荷排灰量约25 t/d，与设计值相近。锅炉产生的炉渣经冷渣器冷却至100 ℃以下，采用带式输送机收集后转运至渣库存放，定期由汽车外运进行综合利用。渣库采用钢结构，内直径5 m，有效容积60 m3，堆渣密度按照0.5 t/m3计算，可储渣约30 t，理论上可以满足2台生物质锅炉运行约5 d产生的渣量。实际运行中，单台生物质锅炉满负荷排渣量远超设计值，分析原因主要与仅对林业废弃物进行普通收集、堆放与运输，未进行净化处理，含杂较多有关。能源站水源为市政自来水，满负荷下单台生物质锅炉供水量约65 t/h，锅炉水质符合GB/T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》要求。采用10 kV电压等级接入电网。汽轮发电机出线电压为10.5 kV，发电机采用单母线分段接线，出口设断路器，以两回10 kV线路接入系统变电所10 kV母线，与系统并网。生物质锅炉主要燃料为林业废弃物，燃料自身含硫量较低，经测算生物质锅炉尾部排放烟气二氧化硫质量浓度不超过35 mg/m3，因此未设计脱硫系统。实际运行中，排放烟气二氧化硫质量浓度小于5 mg/m3。生物质锅炉采用SNCR（选择性非催化还原法）+SCR（选择性催化还原法）联合脱硝方案。先在锅炉出口高温区喷入稀释氨水进行SNCR脱硝，未反应完成的氨水随烟气进入高温省煤器后进行SCR脱硝，实现二级脱硝。截至目前，除燃用个别批次生物质燃料、负荷波动较大的情况外，排放烟气氮氧化物质量浓度均小于50 mg/m3。SCR催化剂可长期连续运行，未发生催化剂中毒导致失效的现象。生物质锅炉配套高效布袋除尘器，考虑到可能出现生物质燃料未燃尽状态下的火星被带出锅炉，从而造成布袋烧坏，在布袋除尘器入口段设置旋风筒，将未燃尽的颗粒物从烟气中分离。烟气除尘装置可确保排放烟气烟尘质量浓度小于10 mg/m3。海南地区生物质燃料资源丰富，适合发展生物质燃料集中供热项目。能源站布局合理，方便生物质燃料储存与上料。能源站于2020年8月投产，总体运行平稳，污染物排放水平理想。［1］王春峰，孙惠山，姜继伟. 浅析工业园区集中供热［C］//中国石油和化工勘察设计协会热工设计专业委员会. 中国石油和化工勘察设计协会热工设计专业委员会、全国化工热工设计技术中心站2013年年会论文集. 杭州：中国石油和化工勘察设计协会，2013：80-83.［2］林永明，潘峰，王正峰. 生物质发电燃烧方式与炉型选择［J］. 广西电力，2009（1）：5-8.维普免费下载《煤气与热力》论文（现刊和过刊均可）
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