生物质发电厂炉前给料实时监控系统设计分析

中国联合工程有限公司 赵光庆 程江华 赵鋆

1 引言

生物质发电属于火力发电的一种，是通过燃烧生物质（枯枝败叶、柴火、木材废料及城市垃圾等）或者其衍生物进行发电。将生物质在锅炉中直接燃烧，生产蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。加强生物质产业的开发与培育对缓解能源短缺、改善环境、扩大乡镇产业规模及促进循环经济的发展具有重要意义。

本文中的生物质发电厂位于浙江省金华市金东区。机组规模为2 台铭牌130t/h（最大连续蒸发量150t/h）高温高压循环流化床生物质锅炉和1 台50t/h 天然气锅炉，配1 台20MW 抽气背压式汽轮发电机组和1 台30MW 抽汽凝汽式汽轮发电机组及配套设施。

2 概况

2.1 生物质发电厂炉前给料系统基本组成

生物质锅炉炉前料仓。作为生物质输送皮带和炉前给料设备之间的过渡设备，可以起到储存、缓冲的作用。生物质经过皮带机的输送运至料仓顶部的落料管，再从落料管落入料仓。料仓存积一定量的生物质，起到缓冲作用。生物质再通过料仓下部装有的料仓螺旋卸料机、一二级螺旋给料机进入锅炉炉膛燃烧。

生物质锅炉炉前料仓如图1所示。

图1 生物质锅炉炉前料仓

破拱器。通过皮带机将生物质送入料仓，装在料仓底部的破拱器将生物质均匀卸入下部的螺旋卸料器。每根螺旋轴配有单独的动力，并且能够变频调速，通过调整螺旋轴转速来调整给料量。

破拱器结构如图2所示。

图2 破拱器结构

螺旋卸料器。生物质从料仓送入本设备，装在底部的卸料螺旋将物料均匀卸入下部的设备上，通过下部输送或给料设备进入锅炉。每根卸料螺旋配有单独的动力，并且能够变频调速，通过调整螺旋转速或螺旋的开启根数来调整给料量。螺旋卸料器结构如图3所示。

图3 螺旋卸料器结构

螺旋给料机。生物质从进料口落入螺旋给料机，螺旋将生物质沿轴线往前输送至锅炉出口。在出口处，物料受到阻尼门的阻力作用，形成一段料塞。料塞能阻挡炉膛内的正压回火。螺旋给料机结构如图4所示。

图4 螺旋给料机结构

炉前给料系统出口气动插板门是在阀体内装有一块可滑动的插板，插板下部有导轮承托，插板的滑动通过气缸驱动。在插板行程范围装有限位行程开关，从而控制插板的行程。插板的开关动作信号连接到控制柜及DCS，可以人工启动，也可以与相关的信号进行联锁启动、关闭。炉前给料系统出口气动插板门如图5所示。

图5 炉前给料系统出口气动插板门

2.2 本技术的缺点

一是常规料仓、螺旋卸料器实时监控摄像头无压缩空气吹扫系统，由于生物质燃料湿度大、温度相对比较高，摄像头镜片处积灰、积水导致视线不清晰，此时，只能将摄像头取下，将镜片积灰、积水擦除，增加了运行、检修人员工作量，且不利于设备安全、稳定、经济运行。

二是常规料仓、螺旋卸料器内未配照明系统，由于此处为密闭空间，亮度不佳，导致监控摄像头视线不清晰；或者配照明系统电源为220VAC（非安全电压），容易发生电源短路、断路引燃生物质，导致火灾，造成不可估量的损失。

三是常规消防系统是人工发现火情后手动开启消防水切断阀喷淋灭火，且料仓至锅炉炉膛设备及管路未配备温度监测元件，由于生物质燃料温度相对比较高、且易燃易爆，发生火情后，无法及时发现并处理，且手动开启切断阀喷淋不利于及时消除火灾，存在极大的安全隐患。

四是常规料仓只配备监控摄像头监视料位，当监控摄像头损坏或者清晰度差时，运行人员无法准确监视实际料位，存在料仓、螺旋给料机缺料、满料的安全隐患，不利于发电厂机组安全、稳定运行。

五是常规螺旋给料机至锅炉炉膛卸料管间设计为手动调节风量大小的密封风系统，机组运行时，当炉膛压力超过密封风压力时，炉前给料系统存在回火的安全隐患，不利于发电厂机组安全、稳定运行。

六是常规炉前给料系统出口气动插板门开关动作信号设计为磁性开关，由于此处温度高、震动大，磁性开关易坏，若用磁性开关作为联锁控制信号，极易发生误动作、不动作，不利于发电厂机组安全、稳定运行。

七是常规生物质燃料杂质较多（存在铁钉、合页、铁块、石块等），当出口气动插板门关闭时容易卡死，导致出口气动插板门无法全开或全关，存在漏料、回火的安全隐患，不利于发电厂机组安全、稳定运行。

3 方案设计

为克服以上存在的不足，设计一种结构设计合理、经济适用、安装方便及安全有效的一种生物质发电厂炉前给料实时监控系统。

3.1 生物质发电厂炉前给料实时监控系统

生物质发电厂，炉前给料实时监控系统组成如图6所示。

图6 炉前给料实时监控系统组成

3.2 生物质发电厂炉前给料实时监控系统要点

增加料仓、螺旋卸料器实时监控摄像头压缩空气吹扫系统，打开手动阀门调节到合适的风量进行不间断吹扫，防止摄像头视镜积灰、积水。

增加36V 安全电压探照灯，提高料仓、螺旋卸料器内亮度。

增加温度监测元件热电阻进集控室DCS，增加耐高温烟感探测器，进火灾报警控制系统，当耐高温烟感探测器动作自动联锁开启电动开关阀喷淋灭火。

增加低料位开关、高料位开关、雷达料位计进集控室DCS，和监控摄像头冗余监视实时料位。

增加电动调节阀进集控室DCS，在DCS联锁自动控制密封风压力。

出口气动插板门磁性开关信号进集控室DCS，不参与联锁只实时监视开关信号，用就地控制柜内继电器触点联锁控制。

增加振打器进集控室DCS，每隔20S（此时间可根据实际情况更改设定）振打一次，防止杂质堵塞汽动插板门。

3.3 本设计的优点

利用炉前给料实时监控系统，可以克服由于摄像头镜片积灰、积水而造成视线不清晰的问题，运行、检修人员无须拆除摄像头，可以保障设备安全、经济、稳定运行。

利用36V 安全电压照明，提高料仓、螺旋卸料器内亮度，同时防止由于电源短路、断路等引燃生物质发生火灾，提高机组运行安全性、可靠性。

利用耐高温火灾报警探测器自动联锁消防水喷淋系统、温度测点实时监视，提高灭火及时性、准确性。

利用雷达料位计及高低料位开关实时监视料位，与摄像头冗余配置，增加机组运行可靠性。

利用电动调节阀进DCS 自动控制密封风压力，可以随着炉膛压力自动调节，防止炉膛压力大于密封风压力时，引起回火从而引起生物质在料仓自燃，保障机组安全、稳定运行。

利用继电器触点信号联锁控制，磁性开关信号只监视不联锁，防止由于磁性开关误动作、不动作，导致气动插板门误动作、不动作，有利于设备安全、经济、稳定运行。

利用DCS 控制，提高自动化率，降低现场运行、检修人员的工作负荷。

4 施工时注意事项

施工时，炉前给料系统监控吹扫、安全电压照明、耐高温烟感探测器、高低料位开关、雷达料位计、振打器等等设备需注意如下，高低料位开关、雷达料位计等仪表安装应符合规范GB/T5190.4 的规定及厂家产品资料要求；电气设备安装应符合规范GB 50171 的规定；设备接地设计应符合规范SH/T3081 的规定，进入DCS 的屏蔽电缆应可靠接地；新增设备的电缆通道借用现有桥架，敷设完成后需要及时进行桥架复位及防火封堵修复。

5 结语

为保障生物质发电厂运行人员生产安全及人身安全，保障设备安全、经济、稳定运行，实时监测锅炉炉前给料系统生产过程，并及时联锁、报警，预防人身伤害及火灾事故的发生，提出在炉前给料系统增加监控吹扫、安全电压照明、耐高温烟感探测器、高低料位开关、雷达料位计、振打器等的设计方案。该方案为生物质发电厂的安全生产提供强有力的保障。