摘要：某生物质热电厂直燃循环流化床锅炉在运行过程中出现了尾部布袋除尘器烧毁的事故。本文主要对生物质直燃循环流化床锅炉燃烧特点和结构特点进行介绍，并结合事故发生前一段时间内的锅炉运行情况进行研究，认为此次事故发生的主要原因是未完全燃烧的碳颗粒附着在布袋上，未及时进行清理，以及尾部烟道氧量过大，导致了布袋上积聚的碳颗粒自燃，而运行人员未及时发现问题，最终导致了布袋的大面积烧毁。本文对此类问题提出改进措施和建议，以供同类生物质电厂参考，减少此类事故的发生。
关键词：生物质、循环流化床、布袋除尘器、后燃
0 引言
生物质能是人类最早利用的能源，是太阳能的一种储存形式，是一种可再生能源。在双碳目标下，生物质能作为一种“零碳”能源，具有广阔的发展前景。尤其是农林废弃物，田间焚烧不仅造成大气污染，还容易引发火灾，田间填埋又滋生虫害，影响出苗，而且填埋还会在细菌作用下发酵产生甲烷，甲烷是一种比二氧化碳更活跃的温室气体。将农林废弃物收集起来，进锅炉焚烧并产生蒸汽，用以发电或供热，不仅能产生良好的经济效益和环境效益，还能增加种植户的收入，拥有良好的社会效益。
某生物质热电厂利用流化床直燃技术，燃用玉米芯、玉米秆、树皮和花生壳等农林废弃物以及部分废弃建筑模板，产生蒸汽用于发电和供热，烟气经过尾部环保设备和布袋除尘器，完全能够达到环保排放。
1.生物质直燃循环流化床锅炉情况
1.1锅炉简介
该热电厂锅炉为单锅筒，自然循环，纯烧生物质循环流化床锅炉，室外半露天布置。其主要设计参数如表1所示：
设计燃料主要为玉米芯（组成占比10.3%），树皮（组成占比40.7%）、花生壳（组成占比17%）、枝压柴和建筑模板（组成占比21%）、玉米秆（组成占比6%）、小麦秸秆（组成占比5%）农林废弃物。燃料破碎后尺寸为2-3cm，最大尺寸小于10cm。表2为锅炉设计燃料的参数，从燃料分析可知，该混合燃料N、S含量低，O含量高，水分高，灰分低，易着火燃烧，但燃烧稳定性不高。绝对灰分虽然不高，但循环流化床但灰渣比很高，而生物质灰大多为细颗粒灰，容易被烟气夹带到尾部烟道。
锅炉采用循环流化床燃烧方式和中温分离循环返料的燃烧系统，该系统由炉膛、物料分离收集器和返料器三部分组成。
炉膛由膜式水冷壁组成，下部是一个下小上大的倒锥形流化燃烧段，亦称为密相区。底部为水冷布风板，布风板上布置有风帽，布风板下为一次风室。预热后的一次风经风帽小孔进入密相区使燃料开始燃烧，并将物料吹离布风板。二次风由床层上方的二次风口送入炉膛，运行中可以通过调节一、二次风的比例来控制燃烧。这样，既能达到完全燃烧的目的，又可以控制SO2和NOx的生成量。另外，从二次风引出几支风管从前墙（给料装置中播料风管）进入密相区，以便燃料均匀播散到床料中去，同时加强了密相区下部的扰动。炉膛上部为稀相区，炉膛断面扩展变大，烟气携带物料继续燃烧，同时向炉膛四周放热。由于断面扩大，同时烟气经悬浮段碰撞炉顶防磨层，部分粗物料返回密相区，烟气携带较细物料离开炉膛进入旋风分离器。将细物料进一步分离和收集起来，通过loopseal型返料器返回到密相区中，继续循环燃烧。返料风采用返料风机提供的高压风。锅炉燃烧后产生的物料（炉渣），从布风板中心左右4个φ273排渣口放出。
1.2事故情况
首先，热电厂人员发现烟囱冒黄烟，同时运行人员发现布袋除尘器出口烟气温度超温，由100℃上升到300℃，甚至超出了量程范围，判断应为除尘器出发生了后燃。运行人员随后开始压火，但未将除尘器灰斗的灰及时排出，接下来的三天灰斗内灰温仍缓慢升高，最终导致除尘器布袋全部烧毁脱落、部分袋笼烧坏、中箱体及净气室部分壳体变形，造成了较大的经济损失。
2.事故原因分析
2.1实际运行工况和设计工况的偏差
根据锅炉规范，锅炉设计负荷为75t/h，而实际锅炉一直在50t/h负荷运行。炉膛燃烧温度在设计工况下约为770℃，而实际运行工况下，炉膛温度在650℃左右。设计过量空气系数1.2，炉膛出口烟气氧含量3～4%，实际运行DCS显示尾部烟道氧含量在10%，核算其实际过量空气系数高达1.9，远超设计值。
2.2运行过程中的问题分析
锅炉长期在低负荷运行，而配风未及时优化调整，导致炉膛温度过低，燃料在炉膛内燃烧不充分。而给料不稳定，造成炉膛频繁“冒正压”，增大了运行的难度，加剧了燃烧的不充分情况。最终导致了锅炉出口飞灰含碳量高达15%左右。因为负荷低，进入分离器烟气量和烟气温度也低，喉口切向速度也低，分离效率也下降，进入尾部的未燃尽细灰增多。而配风与負荷不匹配，导致锅炉出口氧含量太高。
最终导致了未燃尽的飞灰在布袋上积聚，运行过程中也未及时发现。且除尘器下部灰斗气力输灰未能实现自动输灰，可能是设计时没有针对生物质灰比重小的特点进行选型，导致输灰能力不足。而人工清灰又不及时，最后导致了未燃尽的飞灰在除尘器内发生后燃。后燃发生后，运行人员因为经验不足，未能及时发现异常，并作出正确的响应。而除尘器未设置必要的旁路等保护措施，最终造成了布袋烧毁的严重事故。
2.3针对问题的优化及调整
为了防范类似事故的重复发生，确保锅炉正常运行，需进行适当优化和调整。首先，如果入炉燃料与设计燃料长期偏差较大时，需要重新核算锅炉结构，必要的时候需要对炉膛等部位的浇注料覆盖面积进行调整。其次，给料稳定是流化床稳定运行的基础，在给料预处理和均匀化上要下功夫。在相对稳定的燃烧下，合理设定引风机的出力，控制炉膛出口负压。另外，运行中应根据实际情况优化一二次风配比，控制炉膛出口过量空气系数，氧量控制在3～4%。正常运行中保证炉膛温度大于680度以上，防止未燃尽颗粒过多，导致后燃的产生。
尤其当燃料中掺烧模板燃料时，应根据其特性，在运行中勤补床料勤排渣，防止床面铁钉过多，影响流化均匀。
除尘器清灰应该及时进行，布袋的吹灰应该定期进行，适当提高喷吹的频率。灰斗积灰的输送应保持稳定、持续，防止灰斗处积灰过多，一旦发生事故，短时间无法将可燃物完全清除。除尘器应设置必要的保护性措施，例如可设置方便切换的旁路系统。
最后运行人员应加强学习，认真阅读锅炉厂提供的锅炉使用说书，应重点关注事故处理及注意事项，提升运行人员的运行技能和判断力。
3.结语
生物质燃料是最重要的可再生能源之一，燃用生物质燃料进行发电、供热是一种具有可观经济效益和环境效益的零碳技术。在碳达峰、碳中和背景下，生物质燃料的利用会越来越广泛，生物质热电厂也有较大的发展潜力。
但由于生物质本身特性和流化床燃烧方式的特点，对辅助设备以及锅炉运行人员有较高的要求，如果操作不当，容易发生此类布袋烧毁事件。通过对此生物质热电厂布袋烧毁事故的分析，能够为同类电厂技术人员提供锅炉运行和优化调整的参考。
参考文献
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