PDF《小型生物质发电试验装备设计*》

第27 卷第

5 期电站系统工程Vol.

27 No.5

2011 年9月Power System Engineering

64 文章编号:1005-006X(2011)05-0064-02 小型生物质发电试验装备设计* 东北林业大学 张莉姜新波 马岩摘要:提出了我国发展生物质发电的意义,对小型生物质发电试验装备进行了总体设计,对蒸汽锅炉、微型汽轮机、发电机等进行 了设计选择. 关键词:生物质;

发电;

装备;

设计 中图分类号:TK16 文献标识码:B Design of Small Test Equipment using to Biomass Power Generation ZHANG Li, JIANG Xin-bo, MA Yan Abstract:The significance of developing biomass power generation in our country is putted forward, the small test equipment using to biomass power generation is designed, and it also designs and chooses the steam boiler, micro-turbine and generator, and so on. Key words: biomass;

power generation;

equipment;

design

1 引言近年来我国能源、电力供求趋紧,而国外在发电行业上 对资源丰富、可再生性强、有利于改善环境和可持续发展的 生物质资源的开发利用给予了极大的关注. 于是生物质能发 电行业应运而生,在我国也掀起了生物质能发电的浪潮.相 对于发达国家, 林木质能源在发展中国家能源消费中一直占 有十分重要的地位.在木质燃料发电方面,直接燃烧发电和 气化发电是目前生物质能转化为电力的两种主要方式, 国内 直接燃烧发电技术应用较多[1] .但是,我国生物质直燃发电 开发利用中还存在一些问题,如项目规划和容量不合理;

国 产锅炉产品价格过于昂贵等等,使生物质发电项目造价上 升,经济效益下降,影响推广应用[2] . 小型生物质发电装备可以断续运行,运行方式灵活多 样. 它可与太阳能、 风力发电共同使用, 可以做成半固定式, 遇到问题可以轻松迁徙,同时还可以联接到国家电网,以确 保周波稳定,电压稳定.电价回收,补贴落实[3] .

2 小型生物质发电试验设备总体设计 2.1 蒸汽锅炉 根据 JB/T1626-2002《工业锅炉产品型号编制方法》规定,本发电装备中锅炉型号为 LSG0.03-0.4-M.立式横水管 锅炉型号是 LSG,由锅壳、炉胆、封头、下脚圈、炉胆顶、 横水管、冲天管、底圈等组成.锅炉上安装有很多附件,其 中压力表、安全阀和水位表为三大附件,在锅炉的运行中, 它们起着极其重要的作用,本锅炉上使用的压力表为 Y-100 型.根据本机组实际参数要求,蒸汽锅炉工作压力小于 0.40 MPa,工作介质为饱和蒸汽,选择弹簧微启式安全阀. 收稿日期:2010-12-28 张莉(1977-),女,副教授.哈尔滨,150040 *国家自然科学基金项目(30972314),国家"948"项目(2010C4C24) 和黑龙江省科技攻关项目(GA09B501-3-3)资助 本锅炉采用的是普通双面玻璃板水位计, 由两块水位表平板 玻璃通过螺栓紧固在水位计表体上. 2.2 微型汽轮机 本机组选用黄石风动机械厂生产的TMH2A型活塞式微 型汽轮机.活塞式微型汽轮机主要由连杆、曲轴、活塞、气缸、机体、配气阀等组成.饱和蒸汽通过配气阀,依次向各 气缸供气,通过连杆推动曲轴旋转. 2.3 交流发电机 本装备中所采用的交流发电机型号为JFZ29B,28V, 2000W. 交流发电机输出电压的大小通常与发电机的转速成 正比,而发电机的转速与蒸汽锅炉的压力变化有关,变化比 较频繁,且变化范围较大.因此,为了使发电机在不同转速 下输出较为稳定的电压,在发电机的尾部安装有电子调节 器. 2.4 蓄电池 本装备选用储能用蓄电池为12V,20AH,数量根据用 户需求而定.同容量蓄电池充电采取串联方式. 2.5 电控系统 电控系统通过对采集来的信号进行分析处理并做出指 示,保证蒸汽锅炉内的水位和压力均处于正常范围内[4] .同时, 电控系统控制面板上设置有锅炉的压力指示、 电压指示、 充电电流指示等各种指示装置及机组出现紧急状况时报警 装置. 微型汽轮机 发电机 蓄电池 高压隔膜泵 水箱 逆变电源 蒸汽锅炉 单向自吸泵 电控系统 出汽 多楔带 取水 照明等 输出到各种电器 充电逆变取水废汽补水控制控制 生活用热水、取暖等 压力自动控制图1 小型生物质发电试验装备的工作原理(下转第66页)

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27 卷 右时,燃烧器由 19.4? 向下摆动到-14.2?,过热器最高金属温 度降 低了 20.6℃,再热器最高金属温度降低了 16.5℃;

机 组有功功率 300MW 左右时,燃烧器由 18.9? 向下摆动到 18.1?,过热器最高金属温度降低了 3.0℃,再热器最高金属 温度升高了 3.5℃. 表2燃烧器摆角对锅炉减温水和金属温度的影响 试验工况

1 2

3 4

5 6 机组功率/MW

123 127

205 217

301 303 主汽压力/MPa 10.1 10.4 12.3 12.52 17.33 17.1 主汽温度/℃

540 537 540.5

537 515.5

518 再热汽温度/℃

514 519 536.5

512 505.8 520.3 氧量/% 5.9 5.7 3.7 3.9 3.1 3.1 排烟温度/℃

116 121

132 132

142 141 燃烧器摆角/? 19.2 -9 19.4 -14.2 18.9 18.1 过热器减温水开度/% 19.3

17 23.7 16.5 2.14 1.8 再热器减温水开度/% 43.5

0 0

0 0

0 过热器最高金属/℃

588 584.5 567.6

547 550.7 552.7 再热器最高金属/℃

588 574 582.5

566 567.6 564.1 炉膛出口烟气温度和主蒸汽流量随负荷变化的趋势, 是 随着机组负荷的下降, 炉膛出口烟气温度和各受热面的蒸汽 流量随机组负荷降低而下降, 但蒸汽流量的下降幅度明显高 于烟气温度下降的幅度.此外,随机组负荷的降低,过热器 和再热器的金属壁温会维持在较高水平;

机组中间负荷和炉 膛氧量偏高情况下,此时过热器、再热器金属温度最高,故 燃烧器对锅炉的金属温度影响也是最大的.

3 结论(1) 燃烧器摆角的有效利用, 对防止锅炉结焦、 调节再 热汽温度、降低减温水量,特别是减少再热蒸汽减温水起较 大作用,从而大大提高机组热力循环热效率. (2) 燃烧器摆角对锅炉受热面金属温度影响很大, 机组 功率在

200 MW 左右时, 锅炉受热面的金属温度偏高, 可通 过上下摆动燃烧器来改变锅炉火焰中心高度, 进而改变炉膛 出口烟温和锅炉受热面的吸热分配比例, 达到调节锅炉蒸汽 温度目的, 从而有效防止锅炉管壁超温, 保证锅炉安全运行. (3) 燃烧器摆角对锅炉效率和经济性均有一定影响, 从 燃烧器运行调整来说,首先要保证锅炉受热面不超温,其次 是保证机组经济运行,包括机组初参数调整和减温水用量, 最终达到优化锅炉效率. 编辑:闻彰(上接第64页) 逆变 电源充电电流蓄电池电压 锅炉压力12356784图2 小型生物质发电试验装备总图 1.电控柜 2.单相自吸泵 3.蒸汽锅炉 4.微型汽轮机 5.高压隔膜泵 6.水箱 7.发电机 8.机架 图3 小型生物质发电试验装备效果图 2.6 发电试验装备总图 小型生物质发电装备工作原理是利用生物质直接燃烧 对蒸汽锅炉内的水进行加热, 蒸汽锅炉内产生的蒸汽推动微 型汽轮机转动进而带动发电机发电, 发出的电储存到蓄电池 中[5].蓄电池中储存的电可以直接用于照明或通过24~220 VAC逆变电源转换后输出到各用电器. 小型生物质发电装备 的工作原理见图1,发电装备总图见图2,效果图见图3.

3 结论为了充分利用我国生物质资源, 设计了小型生物质发电 试验装备,包括蒸汽锅炉的设计,微型汽轮机、发电机等的 选择,以及控制系统的设计. 参考文献[1] 王振江, 周长鲜. 我国生物质能直燃发电项目发展的关键问题[J]. 自动化博览, 2006, (8): 24~26. [2] 黄锦涛, 等. 我国农林生物质发电相关问题研究[J]. 沈阳工程学院 学报, 2008, (4): 7~14. [3] Daly P A, Morrison J. Understanding the potential benefits of di stributed generation on power delivery systems [E]. http://iccexpl ore.ieee.org/Xplore/Dynwel-jsp, 2003-04-03. [4] 盖东飞, 傅钧.

30 MW生物质发电机组控制系统设计特点[J]. 水 利电力机械, 2006, 12(28): 97~99. [5] 马岩. 林间剩余物热电联产综合开发关键装备与技术研究[J]. 生 物质化学工程, 2006, (1): 32~37. 编辑:巨川