摘要：对国内单机容量最大的生物质发电项目探讨优化电厂热机专业设计。结合该电厂热机专业设计的特点及试运期间出现的若干热机专业问题进行讨论研究。优化了生物质发电领域热机专业的设计思路及方法。以该生物质发电项目热机系统为参考模型，结合目前机组的运行情况，以生物质燃料性质为出发点，就生物质电厂热机专业设计的主辅机选型、热机系统、主厂房布置等，结合本工程试运出现的若干问题，对生物质发电厂热机专业的设计进行优化，以推动生物质发电技术的进一步发展。
关键词：生物质；生物质发电；热机设计
　　广东粤电湛江生物质发电项目(2x50 MW)是广东省第1个生物质发电项目及国内装机规模单机容量最大的生物质发电项目。2011年8月20日18:18，该工程1号机组顺利通过72 h加24 h满负荷试运行。作为该项目核心的热机专业，设计及试运期间有不少经验和教训，本文在简要描述原设计特点的同时对需要进一步改进的地方提出优化探讨。
1、生物质发电燃料来源及品质
1.1燃料来源
    本工程可以利用的燃料包括桉树砍伐加工产生的树皮、枝叶；木材、家具加工产生的废料如边角料、木段、刨花、锯末、碎板；甘蔗收割和制糖过程中遗弃的蔗叶、蔗渣以及其它可能的当地农业生产废弃物等。
    原设计燃料来源于拟建厂址60 km半径范围内，燃料收集区域基本覆盖了湛江主要林区和农业种植区，采用汽车运输到厂。满负荷试运期间，因为燃料品质及价格等诸多原因，收料半径由60 km扩大为300 km，相信在相当长时间内，业主方收料半径仍会扩大。
1.2燃料品质
    表1为该工程燃料品质表，从表1可看出原设计中燃料品质比较理想，除树皮的含水量达到70%外，其他燃料的含水量均在41%以下。满负荷试运期间，尽管业主方选用最好的燃料，但燃料的含水率平均值仍在50%左右，燃料中还参杂着大量石块、泥土，导致烟气量大、炉床积渣严重、温度升高。燃料品质变化对锅炉运行及配套辅助设备的影响相当大，可以说是生物质电厂设计中的难点、重点之一。
    燃料问题是火电厂运行最需重视的问题，生物质燃料种类繁多，能否找到一个稳定的优质的燃料供应源，是电厂能否稳定运营的关键。作为设计单位，也应尽量考虑生物质燃料的特殊性及多样性，在设计主、辅机参数选型时，合理选取设计裕量。
2、主要设备及系统概述
    1)锅炉。制造厂：华西能源工业股份有限公司。型号：HX220/9.8-Ⅳ1。型式：高温高压参数、自然循环、单炉膛、平衡通风、露天布置、钢架双排柱悬吊结构、固态排渣循环流化床锅炉。主要技术参数：最大连续蒸发量为220t/h；额定蒸汽压力为9.80MPa.g；额定蒸汽温度为540℃。
    2)汽轮机。制造厂：东方电气集团东方汽轮机有限公司。型号：N50-8.83-2型。型式：高温高压、单轴、单缸、冲动、单排汽凝汽式。主要技术参数：额定功率为50MW；额定转速为3000r/min；额定进汽压力为8.83MPa.a；额定进汽温度为535℃。
    3)发电机。制造厂：山东济南发电设备厂。型号：50WX182-047LLT。型式：空气冷却式。额定功率：50MW。额定电压：6.3kV。
3、燃烧系统试运期间存在的问题和处理
3.1  炉前给料系统
    燃料经破碎合格后，通过输料皮带运至主厂房皮带层，落人炉前秸秆料仓。通过料仓内的拨料器、一级螺旋、二级螺旋逐级输送到锅炉给料口，进入炉膛燃烧。
    在调试试运行期间，炉前给料系统暴露出一系列问题，特别是螺旋给料机无法连续给料，成为机组安全稳定运行的一大障碍。通过播料器上方的人孔观察，发现燃料从播料器上方直接落人一级螺旋给料机上，播料器起不到播料及承载燃料的作用，一级螺旋叶片发生严重的扭曲，头部螺旋叶片产生裂纹；二级螺旋给料机人口给料发生堵塞，出现卡死现象。经过运行调试以及现场分析，可能存在以下问题：
    1)实际燃料中水分较多，增加了燃料的韧性、粘性，燃料流动性差，易发生缠绕和牵连；
    实际燃烧中“三块”（铁块、石块、木块）等杂质成分较多，给炉前给料系统出力增加了很大负担，甚至造成给料系统出力不足，电动机过载烧毁等；
    3)播料器存在局部设计问题。
    通过对炉前给料系统的改造，机组满负荷试运期间，堵料、给料不畅的问题得到了比较好的解决，给料系统对燃料品质变化的适应性大大提高。
3.2物料循环及床料添加系统
    经旋风分离器分离下来的物料经返料阀返回炉膛继续燃烧，运行中床料通过斗式提升机经螺旋输送机送到床料仓，由通过床料仓底部的星型阀控制床料添加量，通过返料管上床料添加口随循环物料进入炉膛。
    每台锅炉设2x50%容量的罗茨返料风机。原设计中罗茨返料风机无备用，但考虑到生物质电厂的特点及本工程的具体情况，为了提高机组运行的可靠性，整体试运前经各方讨论决定，拟每炉增设50%容量罗茨返料风机l台，运行模式由原来的2运无备用变为2运1备。
3.3烟风系统
    烟风系统采用平衡通风的方式，通过匹配一次风机、二次风机与引风机的出力平衡炉膛的压力。
    由一次风机送出的一次冷风经过空预器加热后，经布风板下一次风室通过布风板和风帽进入炉膛，使炉内床料流化，同时向炉膛下部密相区提供一定的氧气供燃料燃烧。一次风机采用2x50%容量的离心式风机，人口导叶调节。
    二次风由二次风机提供，主要是补充炉内燃料燃烧的氧气并加强物料的掺混，调整炉内温度场的分布，防止局部烟气温度过高，抑制NOx的生成。二次冷风经过空预器加热后，从炉膛前后墙不同高度分级送入。二次风机采用2x50%容量的离心式风机，人口导叶调节。
    燃烧后的烟气经过布袋除尘器除尘后，由引风机送至烟囱排放，每台锅炉安装l台布袋除尘器。引风机采用2x50%容量的离心式风机，变频调节。
    机组试运期间，由于燃料水分过大及炉床积渣，造成锅炉阻力偏大，引风机一度出现出力不足使炉膛冒正压现象。原设计引风机压头裕量按20%选取，对于生物质电厂，因燃料多样化，个人认为引风机压头裕量可按50%选取为佳，电机配变频调节，以适应恶劣工况运行。
4、热力系统
    本期工程汽机热力系统与传统50MW燃煤电厂无太大差异。主蒸汽、给水、凝结水等主要系统采用切换母管制。
    值得一提的是电动给水泵采用液偶调速，凝结水泵采用变频调速，在机组实际运行中取得较好效果。当锅炉燃料燃烧不稳定、负荷无法稳定时，水泵就能根据机组负荷调节转速，节约了厂用电，更适应生物质电厂特性。
5、主厂房布置设计优化
    单机容量为50 MW的燃煤机组在国内有非常多的业绩，主厂房整体布局已相当成熟，从施工、运行及检修等各方面来看都较为合理，尤其是汽机房和锅炉房内部布置。配置循环流化床锅炉的燃煤机组，常规的主厂房布置为汽机房-除氧煤仓间-锅炉房-+除尘器-烟囱；汽轮机为岛式布置；锅炉房采用岛式或大平台布置，除氧煤仓间从下到上各层依次布置高低压配电间、热控电子设备间、集中控制室、除氧器、料仓及输煤皮带等。
    本期工程主厂房布置与传统50 MW燃煤机组布置大体相同，但也结合生物质电厂设备及工作环境特点做了设计优化，从运行情况看取得较好效果。主要从两方面进行优化：
    1)料仓间与除氧间分开成两跨，料仓间D排柱紧贴锅炉K．柱。作此布置优化主要是因生物质给料设备决定的，炉前给料系统中二级给料螺旋要求尽量靠近锅炉以缩短给料距离。如按常规布置料仓间D排柱与锅炉K，柱间距一般为7m，两柱之间形成炉前低封，用作炉前通道。如果按此思路设计，料仓仍布置于料仓间，将大大增加二级给料螺旋距离，二级给料螺旋距离越大，要求轴径越大，功率就越大，更致命的是增加了燃料缠绕搭桥的几率；若将料仓布置在炉前低封，虽然可以缩短二级给料螺旋距离，但必须将料仓承载梁搭在锅炉钢柱K，上，满仓500 t的料仓重量是锅炉钢柱无法承受的。
    经各方充分探讨协商，最终将料仓间与除氧间分开成两跨，料仓间D排柱紧贴锅炉K．柱，两柱中心距l 500 mm。料仓间O—8 m房间功能划分为1/2，靠汽机侧做高低压配电间、电子设备间及化水加药间；靠锅炉侧做锅炉底层及运转层炉前通道。料仓间12 m以上布置料仓及皮带等。除氧间高度16 m，除氧器露天布置。这样做的优点是料仓可以紧贴锅炉入料口，二级给料螺旋距离短，最大限度确保给料输送的顺畅；整个料仓的承载又可以由料仓间支撑。缺点是锅炉底层及运转层炉前通道放置在房间内，增加了通道成本，减少了主厂房容积利用率。
    2)集中控制室放置汽机房固定端。生物质燃料的特点之一是密度轻，容易产生飞灰，对机组运行人员身体产生伤害。如果按常规布置把集中控制室放在2台机的除氧料仓间8m层，正好在料仓底部下方，集控操作环境不理想。原设计充分考虑这一情况，把集控室单独拉出来布置在主厂房固定端，以裙楼形式设计成1座集控楼，既改善了运行监控环境自成一体，又仍在汽机房内部。集控楼各层通道较常规布置顺畅宽敞，区域特点明显，各功能房间较齐全，且具有常规布置运转层上集控室的监控视野。
6、结语
    目前，国家已颁布实施《再生资源法》，生物质能发电必将迎来一个大的发展。生物质能发电厂的设计和建设在国内还刚刚起步，有许多问题需要在实际运行中发现并解决。本文以国内装机规模以及单机容量最大的生物质发电项目热机系统为参考模型，结合目前的机组运行情况，对生物质发电厂热机专业设计做了初步探讨，将推动生物质发电技术的进一步发展。