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背景簡介

河北邢臺柏鄉(xiāng)南陽經(jīng)濟開發(fā)區(qū)生物質(zhì)集中供熱項目是由柏鄉(xiāng)縣熱華能源科技有限公司投資、建設(shè)和運營的擁有30年特許經(jīng)營權(quán)的供熱項目。造紙行業(yè)是園區(qū)主導產(chǎn)業(yè)。項目以燃生物質(zhì)鍋爐替代了用汽企業(yè)自建的小型燃煤或燃氣鍋爐。項目占地58.4畝，項目建設(shè)有2臺45t/h燃生物質(zhì)鍋爐，向園區(qū)的多家造紙和食品加工等企業(yè)提供高品質(zhì)工業(yè)用蒸汽，實現(xiàn)了園區(qū)集中供熱。2021年創(chuàng)下單爐225日不停爐的連續(xù)運行記錄。項目于2020年投入運營，園區(qū)內(nèi)的造紙企業(yè)常年24小時連續(xù)生產(chǎn)，項目年實際運行8000小時，小時蒸汽需求量最低15噸，最高65噸，鍋爐實際出力在30%至100%之間,項目年供蒸汽量40萬噸至45萬噸。采用蒸汽預付費收費系統(tǒng)，先充值，后用汽。鍋爐直接燃用多種生物質(zhì)散料，綜合考慮燃料可獲取性和采購成本，適時選擇純燒或摻燒木片、秸稈、枝丫材、糠醛渣等多種生物質(zhì)燃料，為工業(yè)園區(qū)內(nèi)的蒸汽用戶集中供應蒸汽。項目年消耗生物質(zhì)約12萬噸，折合標準煤5.6萬噸，減排CO214萬噸、SO21344噸、NOX392噸。

熱華方案

鍋爐熱效率三級爐膛的結(jié)構(gòu)，配合循環(huán)回路關(guān)鍵部件上的發(fā)明創(chuàng)新，將一級灰循環(huán)改為兩級灰循環(huán)，增加循環(huán)級數(shù)，行成了多流程特征。鍋爐爐膛內(nèi)的有效燃燒行程加長，延長了燃料燃燒時間，使燃料燃燒更為充分；同時三級爐膛有利于布置鍋爐受熱面，燃燒組織和換熱面布置兩方面的改進措施提高了鍋爐的熱效率。鍋爐設(shè)計工況下的運行熱效率范圍為88%-92%，節(jié)約了客戶用熱成本。

燃料適應性臥式循環(huán)流化床鍋爐燃料適應性廣，同爐可用燃料熱值范圍寬（6.3-25.0 MJ/kg均適用）。該技術(shù)通過高溫、低溫兩級灰循環(huán)很好地調(diào)控了鍋爐主燃室密相區(qū)床溫，兩級循環(huán)之間能實現(xiàn)返料自平衡，在燃用不同燃料時能根據(jù)燃料特性自適應調(diào)節(jié)兩級灰循環(huán)的返料量，保證爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，因而具有良好的燃料適應性。臥式循環(huán)流化床鍋爐可單獨或者混合燃燒各種一般生物質(zhì)（主要指農(nóng)林廢棄物）和生物質(zhì)工業(yè)棄物（中藥渣、糠醛渣、煙梗等），降低燃料成本的同時，增加用戶燃料選用便利性和靈活性。
獨特的多流程和兩級物料循環(huán)不但適應了燃料復雜多變的特點，同時滿足了鍋爐寬負荷運行下實現(xiàn)物料自平衡的需求。

鍋爐可用率發(fā)明了適合臥式循環(huán)流化床鍋爐的排渣裝置、回料器、分離器、中心筒等關(guān)鍵部件。鍋爐整體高度降低和物料復合循環(huán)，實現(xiàn)了以中溫分離代替高溫分離，降低了高溫腐蝕，并且中溫分離使分離器后灰中的堿金屬粘結(jié)性下降，避免了分離器后燃及結(jié)焦、積灰等問題，大大提高了鍋爐的可用率和安全性。在相同運維條件下，比傳統(tǒng)燃生物質(zhì)鍋爐的連續(xù)運行周期顯著延長。設(shè)備檢修間隔時間增長，運維成本降低。2021年，示范項目中的1號爐就創(chuàng)下了中小型生物質(zhì)鍋爐225日（連續(xù)5400小時）不停爐的記錄。
該技術(shù)在中溫分離器下游布置對流受熱面，省煤器入口煙溫低于堿金屬的粘結(jié)沉積溫度，能有效防止省煤器等對流管束上的積灰。常規(guī)的循環(huán)流化床分離溫度為850℃至900℃，臥式循環(huán)流化床的一級回灰溫度約為650℃，二級回灰溫度約為500℃，由于回灰溫度較低，可以有效控制密相區(qū)燃燒溫度，同時，不會發(fā)生分離器及尾部受熱面結(jié)焦現(xiàn)象；此外，由于中溫分離，分離器的工作溫度低，可增加分離器壽命。采用三級爐膛，鍋爐的輻射受熱面相對增多，對流受熱面比例變小，有效地緩解了堿金屬造成的粘結(jié)沉積。采取燃氣脈沖吹灰器（無需水沖洗），對粘結(jié)性積灰的吹灰效果好，克服了堿金屬積灰和粘結(jié)問題。

單層布置建設(shè)費用、周期短、運維安全性傳統(tǒng)的雙層布置鍋爐房設(shè)計，鍋爐房面積使用不合理，鍋爐房面積大，建造費用高，供暖、照明負荷大，人員巡檢路線長。熱華鍋爐采取單層布置。即鍋爐設(shè)在±0.00米平面層，取消＋4.00米標高鍋爐設(shè)備層，相應不設(shè)鍋爐島獨立基礎(chǔ)。以一臺容量35t/h鍋爐為例，單層布置鍋爐基礎(chǔ)造價可減少30萬元，大大減少鍋爐房建筑面積，鍋爐房土建工程量少，現(xiàn)澆混凝土量少，主體結(jié)構(gòu)施工簡單，施工周期短。

運行費用臥式結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)流化床對引風機功率要求下降，節(jié)約電耗效果極為顯著，臥式流化床鍋爐每產(chǎn)一噸蒸汽的電耗約為18度，傳統(tǒng)鍋爐約為28度，以工業(yè)用電0.85元/度計算，年產(chǎn)20萬噸蒸汽時，全年僅電費一項可節(jié)約170萬元。
中溫分離灰渣顆粒大，兩級物料循環(huán)回收率更高，減少床料補充量，節(jié)約后期運行費用。

環(huán)保成本針對工業(yè)鍋爐氮氧化物原始排放高的問題，將空氣分級和燃料分級統(tǒng)籌布置，基于三床多分級循環(huán)燃燒技術(shù)路線，增加燃料分級噴口，形成了三床多分級低NOx-CFB燃燒技術(shù)，可將氮氧化物原始排放降低50%以上。在系統(tǒng)成套技術(shù)方面，通過氣固流態(tài)化燃燒、燃料分級燃燒、分級配風等控制氮氧化物原始生成，氮氧化物的原始排放可低于100毫米/立方米。輔助爐內(nèi)SNCR脫除氮氧化物、爐內(nèi)鈣基脫硫劑干法脫硫、尾部煙氣堿液洗滌精脫二氧化硫、旋風粗除塵、布袋過濾精除塵等復合手段，實現(xiàn)爐內(nèi)控制和爐外尾部設(shè)施控制的優(yōu)化組合，經(jīng)濟、高效地實現(xiàn)了超低排放。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，達到同樣的環(huán)保排放標準，脫硫脫硝運行成本可節(jié)約一半。鍋爐顆粒物、二氧化硫和氮氧化物排放優(yōu)于《鍋爐大氣污染物排放標準GB13271-2014》規(guī)定的關(guān)于重點地區(qū)燃氣鍋爐排放限制要求。