摘要:我国已经投入运行的生物质发电项目中主要使用水冷振动炉排锅炉和循环流化床(CFB)锅炉两种类型锅炉。本文是笔者通过对部分锅炉厂家的参观考察，对国内燃生物质CFB锅炉的技术特点和发展情况作的总体介绍。
关键词:生物质电厂 流化床锅炉 技术特点
前言
据不完全统计，截至目前国家发改委或各省（直辖市、自治区）发改委已审批的利用农林生物质发电项目就有170余项，总装机460万千瓦；估计已经投产的项目约50个，装机百万千瓦以上[1]。
2007年9月发布的可再生能源中长期发展规划中明确提出了到2020年我国生物质能装机容量达到30GW的发展目标[2-3]。特别是从2010年7月起，国家在生物质能发电的上网电价上给予了重大扶持，每千瓦时电价上调至0.75元人民币。总的说来，生物质能发电行业有着广阔的发展前景。
1 生物质电厂锅炉的主要型式
生物质发电是生物质能源规模化利用的重要方式之一。规模化的生物质燃烧发电技术，是利用生物质作为锅炉的原料产生蒸汽，用蒸汽驱动汽轮发电机发电。
生物质直燃发电的燃料属于固体燃料，通常对于固体燃料，燃烧方式主要有三种，即以煤粉炉为代表的悬浮燃烧、炉排炉为代表的层燃燃烧和以流化床锅炉为代表的流化态燃烧。根据生物质燃料的自身特性，煤粉炉不适用于生物质的燃烧。我国在已经投入运行的生物质发电项目中主要使用水冷振动炉排锅炉和循环流化床(CFB)锅炉两种类型锅炉。
2 生物质CFB锅炉的技术特点
西方发达国家早在20世纪80年代就已经开始进行CFB锅炉燃生物质燃料的研究开发工作，并且已有多个实际应用项目。我国的一些科研单位和锅炉厂在早期也进行了比较深入的研究, 先后开发出纯烧蔗渣锅炉、蔗渣煤粉混烧锅炉、造纸厂用碱回收锅炉和棕榈锅炉，这些锅炉已经形成系列产品。
近几年国家出于节能减排、提高资源利用率的考虑，号召开发生物质能源的再生利用技术，燃用生物质燃料的CFB锅炉应运而生。中国节能（宿迁）生物质发电有限公司秸秆直燃发电项目锅炉是国内第一个具有自主知识产权的生物质CFB锅炉，此后各科研机构和各锅炉厂陆续研发了不同参数一系列CFB锅炉产品并有部分项目投入运行。生物质CFB锅炉国产化摆脱了我国在生物质发电依靠引进国外技术的高成本、技术不适应我国生物质燃烧的局面。为我国生物质锅炉向低成本、规模化、产业化发展奠定了良好的基础。据不完全统计，截至目前已投入运行的生物质电厂中用CFB锅炉的项目超过15个，运行较好的项目设备年利用小时数超过7000小时。图1为某锅炉厂130t/h高温高压生物质锅炉的方案示意图。
生物质燃料与煤比较有以下特性:氯含量及碱金属含量高、挥发份高、氧含量高、水分含量高、固定炭低、灰分低、热值低、硫含量低。锅炉的设计必须根据燃料特性进行。
生物质燃料由于含有一定量的碱金属无机杂质，燃烧过程中灰颗粒容易在低温下出现熔融现象，因而容易在高温的炉膛内结焦，在流态化燃烧过程中主要体现在床层聚团和水冷壁及炉膛内受热面结焦等方面。
床层聚团发生的主要原因是局部熔融的生物质半焦或者灰颗粒粘附床料颗粒之后降低流化质量，由于局部流化不充分会导致局部高温从而加剧灰颗粒的熔融，从而强化床料颗粒之间的粘结，使流化进一步恶化，最使流化失败。因此，作为燃用生物质的锅炉系统，要解决的主要难题是:燃料在锅炉中燃烧容易引起结团、结焦的问题；对流受热面易形成高温粘结灰，产生高温碱金属腐蚀、锅炉尾部低温氯腐蚀、飞灰搭桥的问题。
众多科研机构(或院校)及锅炉厂在研究过程中,对生物质燃料的燃烧特性理解和认识上基本是一致的, 但具体的技术解决方案各有千秋，主要表现在方案设计、工艺选材、运行调整手段等不同。
纵观各家设计方案[4]，依据受热面的布置形式差异可归结为两大技术流派:
第一类技术流派主张炉膛内（包括水平烟道内）尽可能少布置对流受热面。这类布置方式尾部需要比较长的烟气流程，以满足更多的受热面的热交换。如图2为65t/h高温次高压的生物质CFB锅炉采用了尾部三烟道的设计方案，屏式过热器布置于第一烟道内，低温过热器、高温过热器分别位于第二烟道上下部，省煤器和空气预热器布置在第三烟道内。除了加长尾部烟气流程，另一解决方案是将高温过热器布置在外置式换热器中。采用外置式换热器方案通过调整进入换热器的循环灰量与直接返回炉内循环灰量的比例控制床料温度，使调整床温更具灵活性。根据需要还可以采用水冷或汽冷旋风分离器，以保证锅炉足够的受热面积。一般使用在较大容量的CFB锅炉。
第二类技术流派是主张在炉膛内多布置受热面。部分厂家除了在炉膛内布置翼墙式水冷屏外，还将中高温过热器布置炉膛内（或水平烟道内）。如图3所示，炉膛内稀相区下部布置水冷管屏，炉膛上部布置中温过热器和高温过热器蛇形管，受热面通过对流管束悬吊在炉膛内。这类方案主要是靠调节返料量来调节床内固体颗粒浓度，以改变水冷壁和过热器的换热系数，从而改变炉内吸热量来控制床温。当然，相对于燃煤锅炉而言，生物质炉膛出口温度水平降低后其尾部还是应增加一定受热面积。
因为结构布置形式的差异，对相同容量的锅炉而言，第一类方案在造价上略高于第二类方案；技术流派的演变是一个技术发展的过程，本文不在于评价某个方案的优劣，毕竟生物质直燃发电在我国起步较晚，燃生物质CFB锅炉还都是新设备，在短时间内还不能判断今后实际应用中可能会暴露的各种问题，需要长期运行的检验、不断总结经验进行优化设计。让锅炉达到更加安全可靠、经济稳定、高效环保运行的目标。
虽然各锅炉厂的燃生物质CFB锅炉在蒸汽参数和结构布置形式上存在差异，但流化态燃烧与其他燃烧方式相比较，CFB锅炉有其共同的技术特点，具体表现为:
（1）锅炉炉膛低温燃烧，由于生物质灰熔点普遍较低，炉膛采用750—850℃燃烧温度（根据燃料灰熔点确定）能有效抑制碱金属的结渣、腐蚀的几率。
（2）对燃料的适应好。这不但表现在对于不同品种、不同品质的生物质燃料均能在CFB锅炉中顺利实现着火燃烧，在燃烧条件发生剧烈变化、特别是水分变化和粒度变化的情况下，对未燃尽物质的再循环燃烧可以确保始终维持较高的燃烧效率。
（3）CFB锅炉气相污染物排放远远低于国家标准排放限值。生物质燃料含硫量极低，且灰成分中的CaO，K2O等碱性物质可与硫进行脱硫反应，从而使进入烟气的SO2的浓度远低于国家标准排放限值。NO2排放低的原因:一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成NO2，当温度低于1500℃时，热力型NOx和快速型NOx的生成可以忽略。二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化NO2，并使部分已生成NO2得到还原成N2。
（4）尾部受热面（省煤器、空预器等）管组一般采用顺列布置，横向节距普遍比燃煤锅炉的节距大。其主要目的是防止飞灰搭桥。
（5）负荷调节性好，当负荷变化时，需调节给料量、空气量和物料循环量、负荷调节范围可低至30%以下。此外，由于截面风速高和吸热高和吸热控制容易，循环流化床锅炉的负荷调节速率也很快。
（6）燃烧效率高。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为下述特点:气、固混合良好，燃烧速率高，特别是对水分含量大的燃料，绝大部分未燃尽的燃料被再循环至炉膛再燃烧，同时，循环流化床锅炉能在较宽的运行变化范围内保持较高的燃烧效率。
表一为国内生产生物质CFB的主要厂家及其技术支持（协作）方。
3 生物质CFB锅炉的发展趋势
3.1 蒸汽由低参数向高参数发展
燃生物质CFB锅炉目前的发展趋势是由低参数逐渐向高参数发展，由最初的中温中压参数到中温次高压，再到高温高压参数，甚至武汉凯迪电力旗下的生物质电厂开始采用具有自主知识产权的高温超高压CFB燃烧技术。往高参数发展的目的是提高锅炉热效率。
3.2 锅炉容量一般不超过220t/h
从容量上看，因受燃料的供应量所限及燃烧特性决定了生物质CFB锅炉容量不可能做得太大，多数在65t/h、75t/h到130t/h之间，迄今为止国内最大容量的直燃生物质CFB锅炉是华西能源工业股份有限公司生产的220t/h锅炉，用户为广东粤电湛江生物质发电有限公司，目前正在安装中。
3.3 对耐腐蚀特殊钢材要求较高
随着锅炉参数的提高以及针对生物质燃料含有氯元素的特性，锅炉受热面防腐要求也越来越高。中温中压参数的高温过热器的材质一般用12Cr1MoVG,高温高压参数锅炉的高温过热器用耐腐蚀的不锈钢TP347H或SUS316，甚至有厂家用到一般超临界参数锅炉才用到的SA-213T91钢材，可见对预防高温碱金属腐蚀引起了锅炉厂非常高的重视。空气预热器低温段通常采用09CuPCrNi-A（烤登钢）或搪瓷管等材料以减少低温氯腐蚀对锅炉的不利影响。
参考文献
[1]王佑.第一财经日报[N].2010,8,25.
[2]中华人民共和国可再生能源法[M].北京:中国法制出版社,2005:1-2．
[3]国家发展和改革委员会．可再生能源中长期发展规划[J].可再生能源,2007(6):1-2．
[4]文中所列各锅炉厂的锅炉设计方案、锅炉说明书.