50MW循环流化床生物质锅炉自固硫特性研究.doc

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50MW循环流化床生物质锅炉自固硫特性研究

摘要：为了研究生物质流态化燃烧过程中的自固硫特性，在工业规模循环流化床燃烧装置上通过外加硫改变生物质燃料含硫量，研究不同硫含量情况下生物质燃料燃烧过程烟气SO2和灰渣中硫含量的变化规律。研究结果表明，生物质燃料燃烧过程中碱性灰渣的固硫能力存在一定程度过剩，绝大部分的生物质带入的硫可以被固留在灰渣中。通过硫平衡计算，50MW生物质直燃发电锅炉自固硫率可达80%以上，可为生物质直燃项目硫氧化物排放准确评估提供参考。

引言

生物质能是一种分布广泛、储量丰富的可再生能源，且具有转化利用形式灵活、利用过程污染排放低、CO2近零排放的特性，在世界各国能源结构调整中的作用日益突出。目前，生物质直燃发电是生物质能大规模利用技术中产业化程度最高、最为成熟的技术[2]，相对于风能、太阳能等可再生能源发电技术，生物质直燃发电具有利用小时数高、电能品质优等特点，在我国电力结构改革中起到越来越重要的作用。2003年国家发改委先后批复江苏如东、山东单县和河北晋州3个国家级生物质直燃发电示范项目，2006年12月采用丹麦水冷振动炉排引进技术的山东单县生物质发电项目投入商业运行，成为我国第一个投产的国家级生物质直燃发电项目，2011年11月广东湛江2×50MW生物质直燃发电项目投产，是目前世界上已投产的单机容量和总装机容量最大的生物质直燃发电厂，截止2017年10月，我国已投产生物质直燃发电厂248个，装机容量达1105.4万kW。

生物质燃料含硫量普遍较低，远低于燃料煤。典型的木本生物质燃料含硫量（干燥无灰基）一般都在0.1%以下，但是也有一些草本生物质燃料含硫量（干燥无灰基）较高，如油菜秸秆中的含硫量高达0.3%[3]。为了研究生物质燃料燃烧过程硫的释放特性，便于在燃烧过程中加以控制，很多研究者做了大量的研究，研究结果表明，生物质燃料的灰分中由于含有大量的Ca、Na和K等碱性物质，在燃烧过程中会对硫的析出产生一定的影响，使生物质燃料表现出一定的自固硫特性[4-6]。基于生物质燃料自固硫特性研究大部分是在试验室，例如KNUDSEN等[5]在固定床试验台上进行的工作。流态化燃烧特性以及涉及气固相反应自固硫过程和燃烧设备的尺寸维度密切相关。

为了研究工业规模锅炉生物质燃烧过程自固硫特性，为工业实践评估该效应提供切实依据，本文中以50MW生物质直燃发电锅炉为平台，进行工业规模锅炉生物质燃料燃烧过程自固硫特性的研究。

1试验

1.1生物质燃料特性

试验燃料主要采用湛江地区的桉树皮、桉树根、桉树枝叶和甘蔗渣等农林废弃物，为了避免不同品种燃料含硫量不同对试验结果造成影响，试验前基于长期运行数据所获取的稳定的掺混比例对各种燃料进行充分混合，整个试验周期内确保试验用燃料掺混情况不发生变化。取混合燃料样进行燃料特性分析，如表1所示，混合燃料含硫量为0.05%，低位热值为8.48MJ/kg。

混合燃料灰成分分析结果如表2所示。

由表2可知灰中Ca和K等碱金属、碱土金属的含量都较高，从而可能会对生物质燃料燃烧过程硫的释放产生较为显著的影响。为了考察生物质燃料中含硫量变化的工况，研究中还采用在燃料中均匀混入一定量单质硫的方法进行试验模拟，并通过检测烟气中硫氧化物排放浓度的方法评估灰相在循环流化床燃烧条件下的炉内自固硫效果。

1.2试验用循环流化床锅炉

本研究采用的燃烧设备为220t/h纯燃生物质燃料循环流化床锅炉，锅炉主要参数如表3所示，为高温、高压参数（540℃、9.8MPa）。采用分级配风技术，一次风由炉底布风板进入，主要作用是提供燃料着火初期所需氧量和保证炉内物料流化；二次风由给料口上方给入，主要作用是提供燃料燃烧和燃尽所需的氧量。在炉膛出口布置两台绝热式旋风分离器，主要作用是将未燃尽颗粒分离下来返回炉膛继续燃烧，提高燃烧效率，同时返料灰还具有调节床温的作用。

1.3试验方法

本试验基准工况采用桉树皮、桉树根、桉树枝叶、甘蔗渣和橡胶木等以固定比例混合的混合燃料，混合燃料的含硫量为0.05%。对比工况通过外部添加单质硫逐渐改变入炉生物质燃料的含硫量，硫添加设备如图1所示。该设备安装在炉前给料系统，由硫储存仓、变频控制的给料阀和压缩空气辅助系统组成，储存仓内的硫通过变频控制的给料阀加入至生物质燃料二级给料机头部，生物质燃料在螺旋输送过程中与硫充分混合后经下料管进入炉内燃烧。

试验中从硫添加量为0的混合生物质燃料开始，利用变频器控制硫的添加量，每个试验工况提高入炉燃料含硫量0.03%，试验共进行9个工况，研究烟气、灰渣中硫的变化规律，并通过硫平衡计算固硫率。

2结果与讨论

2.1SO2排放规律

试验期间采用西门子U-23气态污染物连续监测仪（CE