生物质发电厂上料系统的改造与创新研究

　　摘  要：近几年生物质电厂发展较快，多采用了生物质直燃技术，将玉米秸秆、稻壳和木片等作为燃料，直接输送至锅炉燃烧。因为国内与国外的主要燃料存在区别，国内对上料系统的研究尚且不够充分，所以现场运行中依然存在系统卡塞、料仓搭桥的现象。文章以国能射阳生物质电厂为例，对上料系统现存问题作了分析与总结，并通过重新设计，改造上料系统，解决了实际生产中的问题。

　　关键词：生物质发电；直燃；上料系统；改造；

　　中图分类号：  TM6 　　　文献标识码：  A      文章编号：2095-0802-(2012)07-00  -00

　　The Innovation and Transformation of the Feeding System in the Biomass Power Plant

　　WANG Chao, ZHAO Zheng

　　（North China Electric Power University Automation Department, Baoding 071003, Hebei, China）

　　Abstract

　　In recent years, biomass power plants have developed rapidly. Most of the plants are "Direct Combustion power plants”, they burn lumber or agricultural waste directly in boilers. However, the research of the feeding system is not completed in our country. There are still many problems in the system. The article analyzed the existing problems on the feeding system in the Sheyang biomass power plant, and re-designed the feeding system to solve the problems in the actual production.

　　Keywords: biomass power plants; direct combustion; the feeding system; transformation;

　　0 引言

　　近几年来，随着国家对可再生能源产业的鼓励支持，生物质直燃发电项目在中国开始出现并迅速发展起来，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30 GW的发展目标[1]。但是，国内与国外的主要燃料存在区别，引进的国外技术又并非完全符合国情，国内的很多对上料系统的设计只是在原有引进技术基础上进行改进，而且由于改进的不够完善与国内秸秆质量难达要求，上料系统依然存在卡、堵料现象。文章以国能射阳生物质电厂为例，分析了国内上料系统现存问题，并对其进行了重新设计，为解决上料中的卡料、堵料问题提供了新的思路。

　　1生物质电厂上料系统的工艺流程

　　该生物质电厂上料系统为双皮带输送系统，其由堆料厂，散包机，螺旋上料机，#1甲/乙带式输送机，转运站，#2皮带带式输送机、炉前料仓即备用上料线组成。其中，燃料转运站包括甲/乙犁料器，甲/乙液压站两部分。其工艺流程如图1所示。

　　图1 生物质电厂上料系统的工艺流程

　　秸秆主要采取厂外破碎、打包，将秸秆打成1 000 cm×600 cm×450 cm的秸秆包（约65 kg）。秸秆包通过散包机，经散包机散解后，由螺旋上料机送至#1甲/乙皮带，经过高处的转运站，拨料给#2皮带，再送到锅炉的炉前料仓中。散料主要采取不打包运输进厂，散料卸在上料车间的堆料场内，通过装载机推入料口，经螺旋上料机通过备用上料线送到高处转运站中，再经#2皮带送至炉前料仓。

　　2 上料系统存在的问题与改进意见

　　长期运行发现，上料系统的问题主要表现在螺旋给料机的上料卡塞和燃料转运站的堵料2方面。

　　2.1螺旋给料机方面存在的问题

　　在实际生产中，螺旋给料机无法连续给料，成为机组运行的巨大障碍。突出的问题是料草在螺旋给料机中和水冷套给料通道中堵塞严重[2]。射阳电厂的主要原料麦秸秆经过多次的运输、打包及露天存放，使秸秆表面光泽度大幅下降，湿度增加，经过解包机后，柔韧的草之间还相互搭桥和缠绕，增加了燃料的韧性，又由于螺旋输送机应用的场合主要是输送粉状、颗粒状和小块状物料，它不适宜输送易变质的，粘性的和易结块的物料[3]。在长期运行中发现，这些彼此缠绕的草对螺旋给料机造成了强大的反作用力，导致螺旋叶片产生裂纹，这些搭连的草如果进入水冷套内，则会发生严重的堵塞，其密实程度连铁杵都插不进去，严重影响了锅炉的稳定运行。

　　改造建议：取消入料口的螺旋上料机。采用合适燃料成型技术，将料包直接运输至下一级解包单位。再经干燥和犁料设备均匀分布散料。

　　2.2燃料中转站方面存在问题

　　由于燃料的搭桥缠绕，拨料板很难均匀散料，燃料间彼此缠绕，导致秸秆在拨料板的出口处形成斗篷，同时，其缠绕的特性又容易导致燃料量瞬时流量过大，直接堆积在#2皮带的入口处。生物质料包在运输过程中夹杂了较多杂质，当解包机解包不够彻底时，燃料杂质包含土、水、木屑、以及未清理干净的用于燃料打包的塑料绳等，这些东西在堆积处也会对设备造成不良影响[4]。

　　改造建议：建议取消转运站，或更改燃料的转运方式，改由其他方式实现燃料的运输。同时为了减少燃料中的杂质含量，可在运输皮带前端安装一段带有间隙的螺纹滚轴筛[5]，使泥土通过间隙散落至地上。

　　3 上料系统的创新设计

　　经过重新设计的上料系统，取消了上料入口处的螺旋上料机与转运站，采用了成熟的燃料打捆成型技术，由皮带加分配小车的形式实现了成捆燃料的运输，并将解包机后置，解包后的散料直接运输至改造过的炉前料仓，在这里实现了硬质秸秆和软质的分开储藏。这种形式下，上料系统事故发生率明显降低，减轻了运行人员压力。

　　3.1 经过重新设计的工艺流程

　　重新设计的上料系统取消了上料入口处的螺旋给料机，上料的主要过程为：由抓斗将成型的燃料包抓至水平链式输送机，再经V型分配链式输送机运至分配小车输送机，通过分配小车输送机送至解包机，解包机解包后将燃料均匀散落至#2A/B皮带，再经干燥段送至炉前料仓。其工艺流程如图2所示。

　　图2 经过重新设计的上料工艺流程

　　3.2 上料段的控制方式

　　上料段的控制可采用由DCS实现顺序控制，相比于传统的PLC控制，采用DCS的方式增加了更多的逻辑判断，通过设计DCS的逻辑判断，可以实现料线冗余的功能，并且对故障能够及时作出反应，极大减轻了运行人员压力。

　　新设计的流程中共有7级运输装置（其中干燥段与#3皮带可视为同一级），每一级分两条线，互为备用。设备分手、自动及故障三种运行方式。其中一级处于故障方式时，设备发出报警，另一条线负担全部任务，直至设备修缮完毕。

　　3.2.1 各级运输机启动方式

　　在投自动运行后，第一级水平输送链在接到下一级的的要料指令后，由抓斗装载料包，接收到料包后，即可启动。之后的第2至第7级启动条件为：收到下一级的要料指令和上一级运输机得到料包的指令。收到两项指令后，运输机以低速启动，直至本级装置收到料包后加速。干燥段输送机收到上一级#2A/B皮带得到燃料的指令后即可启动。整个过程若手动控制停机则全部停机。以前三级运输机为例，其顺序控制SFC图如图3所示。

　　图3 前三级输送链启动顺控SFC图

　　其中转换条件X0~X9分别为：抓斗向水平输送机上料完毕，水平输送链收到B1Y、B2Y链要料信号，水平输送机无料，B1Y、B2Y链收到来自B1Z、B2Z的要料信号，B1Y、B2Y链收到料包，B1Y、B2Y链卸载料包，B1Z、B2Z收到下级分配小车要料信号，B1Z、B2Z收到料包，B1Z、B2Z卸载料包，手动停止。各级启动条件类似，不再赘述。

　　3.2.2  解包机启停顺序

　　解包机正常启动顺序为：首先启动主辊电机冷却风扇；再启动主辊电机和小破碎辊电机；主辊电机冷却风扇、主辊电机，小破碎辊电机启动延时10秒启动上喂料辊电机和下喂料辊电机。上喂料辊电机和下喂料辊电机启动后，延时后启动喂料链板输送机，喂料链板启动后5s内，出入口光电开关没有检测到物料，发出要料信号给分配小车输送机。停止顺序为：先停止停喂料机，再停上喂料辊、下喂料辊，随后停大辊、小破碎辊。解包机启停顺序 SFC图如图4所示。

　　图4 解包机启停顺序控制功能

　　3.2.3 分配小车与解包机速度调节说明

　　a) 分配小车在进料过程中工频运行（指令100%），速度和称重链匹配；

　　b) 分配小车出料过程速度与相对应的喂料输送链速度匹配，分配小车速度指令是喂料输送链速度指令的1/3，分配小车速度不可人工调节；

　　c) 喂料输送链启动速度自动设置为30%，启动后可人工调节；

　　d) 分配小车出料过程中，如喂料输送链速度低于3%时，停分配小车，喂料输送链速度大于5%时，启动分配小车。

　　解包机之后，若无需干燥，则直接将燃料送进炉前料仓。

　　4 结语

　　经过重新设计的上料系统可在DCS内实现完全的自动化上上料，并且通过逻辑判断加强了对料线故障的诊断能力。该料线已应用于山东惠民生物质电厂，调试阶段发现料线的故障率较之前的模式有了大幅的降低。生物质上料系统原来的蓬料、堵料的问题基本得到了解决，实现了上料的稳定运行。

　　参考文献：

　　[1] 赵红霞,王淑珍.螺旋输送机螺距优化及效率研究[J].拖拉机与农用运输车,2005(2):37-39.

　　[2] 杨  华,牛建新.生物质锅炉输料系统存在的问题及解决方案探讨[J].可再生能源,2009,3(6):107-112.

　　[3] 李宗瑞,于晓东.秸秆直燃发电项目中螺旋给料机的适应性探讨[J].农业工程技术(新能源产业),2010(6):16-19.

　　[4] 岳恒飞.生物质电厂燃料系统的分析改造[J].科技信息,2011(14):364.