多功能破碎系统在生物质电厂的应用

柏杨　吕冬清

摘要：生物质燃料作为原料进入发电生产之前需进行破碎处理，但同一破碎设备无法同时满足软质燃料、硬质燃料破碎要求，所以在生物质电厂内一般分散安装多台分别适合软质、硬质料破碎的破碎设备。某厂上马实施了一套集破碎、掺配、上料、输送为一体的多功能破碎系统，节约了运营成本，增加了运营效益。

关键词：生物质电厂；多功能破碎系统；生物质燃料；发电生产；破碎设备 文献标识码：A

中图分类号：TM619 文章编号：1009-2374（2016）28-0050-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.025

生物质发电技术主要采用农林业生产废弃物作为发电燃料，但生物质燃料具有的品种杂、柔韧性强、形态不一等特点，给生物质电厂燃料的破碎、掺配、上料、输送等各个环节带来一定的不利因素，本文结合某厂对上述相对独立的各个环节进行整合上马的多功能破碎系统进行工艺分析，以供从事生物质发电技术的同行参考。某企业作为国内首批核准的生物发电示范项目，于2008年7月1日起正式投入商业运行，建设规模1*25MW，年发电量1.6亿度，年消耗量20多万吨燃料，其中约15万吨左右整料需要进行厂内破碎。由于不同品种之间的燃料特性差异大、品种杂、形态不一，项目投运以来，针对燃料破碎设备的选用经历了从试验到成熟再到改进的不同过程。

1 生物质电厂破碎设备的选用历程

生物质发电项目投运初期，针对生物质燃料的破碎没有成熟经验可借鉴，在破碎设备的选用过程中走过了不少弯路。

1.1 小型破碎设备作为破碎主力使用

企业发展初期，在国内针对发电企业的大型破碎设备基本没有，但针对家庭作坊式的小型切草机、木材切片机相对成熟，产能较低，一般在几百公斤左右，很多企业为了增加破碎产能同时选用很多臺小型切草机、木材切片机。在当时，小型的破碎设备的应用在一定程度上缓解了企业的燃料破碎困难，但也爆发了一些问题，主要表现在以下四个方面：（1）小型破碎设备的自动化程度较低，基本靠人工操作，加之现场作业环境较差，从事该工作的人员年龄较大、安全防护意识不足，给运行的安全管理带来很大风险；（2）小型设备安全防护性能较低，设备工作过程容易发生飞刀等伤人等不安全事件；（3）多台小型设备需要占很大的安装场地及作业空间，造成储料场地减少；（4）设备的运行维护的工作量很大，增加了运营成本。

1.2 破碎设备由小改大的转变

随着生物质发电技术的发展，以破碎软质秸秆为主的大型切草机、破碎园林木材为主的大型硬质破碎设备相继研发（单台额定出力每小时15吨以上）。但目前，国内的破碎设备还无法适应所有燃料品种的破碎要求，软质破碎的设备不能进行硬质料的破碎，否则会造成刀片、刀棍大轴等部件的永久性损伤；硬质破碎的设备不能用于软质料的破碎，否则会造成设备堵转、设备损伤，所以当前的发电企业一般存在适用软质和硬质粉碎的两种设备。软质和硬质燃料粉碎成碎料后，再进行清场、转运、掺配、上料、输送至锅炉，完成燃料破碎到发电的全过程。

大型破碎设备的使用初步解决了生物质发电企业破碎难的问题，但燃料破碎、清场、转运、掺配、上料、输送等作业过程的安全防范以及对粉尘、噪音控制一直是企业经营管理工作的重点，增加了企业的运营管理成本，给企业的长期、稳定经营带来了一定的不利因素。

2 多功能破碎系统

2.1 系统介绍

多功能在线破碎系统是某企业引进威猛破碎设备的基础上，为减少上料中转成本，结合生物质电厂燃料均匀掺配的输送特点，设计安装的燃料在线破碎输送一体化系统。整个系统由破碎机、落料斗、皮带输送机、移料器以及喷雾降尘设备等部分组成（如图1所示）。

2.1.1 多功能粉碎机。某生物质发电企业针对软质破碎、硬质破碎的不同要求，将威猛TG5000E破碎机应用于破碎生产系统，实现同一台破碎设备对不同特性燃料的破碎。（1）利用变频器，将电源的频率提高到60Hz，提高破碎机研磨锤切削线速度，解决了硬质破碎机无法应用于软质秸秆破碎的难题；（2）喂料采用旋转锅体固定式上部喂料，有利于树根等异形燃料的破碎，通过对破碎设备沉降式安装，降低了设备喂料的喂料高度，移动式抓机一次性完成移料喂料作业过程，减少了装载机的协同移料作业，降低了破碎作业成本。

2.1.2 喷雾降尘设备。在破碎机的作业过程中，粉尘较大时打开设备，能有效沉降破碎机出口处的粉尘。

2.1.3 皮带输送机。皮带输送机及时将威猛出料移出破碎区，送入输送系统，减少了出料中转运输费用，提高了破碎机的运行效率。

2.1.4 犁式卸料设备。犁式卸料器具有自动拨料和轮流切换功能，通过集控室的远程设定，自动实现犁式卸料器启停和两侧入炉输送皮带的均匀给料。

2.2 系统特点

2.2.1 提高了料场作业的安全性。多功能破碎系统投入后，减少了料场作业过程中对人员、车辆的依赖，破碎机作业过程中无需将打包草解包抽绳，绳子和草可同时破碎，可以避免由于绳子进入料仓内带来的安全隐患，提高了料场作业的安全性。

2.2.2 符合环保要求，减轻环保压力。破碎系统投入后将减少料场作业过程中对人员、车辆的依赖，将现有的料场作业模式由“破碎→清场→转运→掺配→上料”简化为“破碎→上料”，省去了中间环节，减少了中间环节产生的粉尘、噪音的排放等环保投诉案件。

2.2.3 节约了运营成本，提高了掺配质量。（1）多功能破碎系统投运后，破碎后的出料可以不经过中转直接上料入炉，实现燃料在线上料、在线破碎且可按照锅炉燃料需求进行调整；（2）改变了原有料场运营模式，减少料口上料压力，装载车辆磨损费用、上料耗油费用、燃料的场地中转费用等各项费用都随之下降，节省了运行成本。

2.2.4 提高了破碎效率，保证了破碎质量。（1）多功能破碎机采用机械喂料，对操作人员的依赖较小，可以缓解由于生物质发电环境恶劣带来的用工难问题；（2）威猛多功能破碎机每分钟的转速为1800转左右，经过对软质和硬质材料的破碎测试，破碎出料尺寸在8cm以下，可以达到90%以上，对燃料在锅炉内的充分燃烧有一定的帮助。

2.2.5 扩大了燃料的收购品种，改变燃料收购结构。（1）威猛多功能破碎机适应软硬秸秆，目前生物质所有的秸秆可以破碎，从长远来看，能帮助企业扩大燃料收购品种，降低燃料成本；（2）多功能投入运行后，该企业硬质料的破碎能力由目前的8000吨/月提高到15000吨/月左右，为该企业利用夏季模板价格较低的优势，推行整料碎贮、提高优质料的库存、降底燃料收购成本提供了保证。

2.3 效益分析

投入440万元，全年产生效益400万元左右。

2.3.1 节省输送设备检修费用1万左右。破碎成品料颗粒度小于8cm占有比例在95%以上，该成品料的流动性较好，对设备的缠绕少伤害小，利于燃料输送及锅炉的燃烧调整，全年节省输送设备检修费用1万左右。

2.3.2 简化上料过程，节约费用约176万元。该企业每年有近8万吨燃料通过该系统破碎上料，省去了清场→转运→掺配等中间过程，每年可节省费用：

2.3.3 在收购旺季，增加优质燃料库存，每年可节省燃料收购费用约90万元。多功能破碎系统投运后该公司在收购旺季增加成品碎模板库存1.5万吨，按照淡旺季燃料收购差价60元/吨计算，增加的1.5万吨库存成品料可节省燃料收购成本90万元。

2.3.4 节约人工费用45万元。该企业切草破碎时正常用工在12人左右，多功能破碎系统投运用工3个，节省了9个用工，每个用工年均费用5万元，每年可节省用工费用45万元。

2.3.5 节省破碎支出费用45万元。多功能投入运行后，减少该企业破碎工作上对外协位的依赖，合理压缩外协单位利润空间，减少破碎支出费用。外协单位的利润空间一般在9元/吨左右，全年减少外协单位5万破碎量，节省费用约45万元。

2.3.6 每年节约料场费用44万元。每年该企业约有4万吨左右的秸秆因不能及時破碎消耗转入库存，库存损耗一般在3%左右，4万吨秸秆年损耗约1200吨，费用约30万元；秸秆的再次搬运费用一般在3.5元/吨，4万吨料的再次搬运费费用约14万元。

多功能破碎系统投运后，将该企业软质秸秆的破碎能力扩大了近10倍，基本上做到了当天来的秸秆当天破破消耗，减少了因破碎能力不足所产生的燃料存放损耗以及存放后的再次搬运的等料场费用。

2.4 不利因素分析

2.4.1 财务费用增加26.4万元。以银行贷款利率6%计算，投入440万元每年增加财务费用26.4万元。

2.4.2 运行费用会增加130万元。其中厂用电费增加85万元、设备维护费用增加45万元。

2.4.3 增加设备折旧44万元，设备投入440万元，取10年折旧。

2.5 多功能破碎系统投运前后的效益差

多功能破碎系统投运前后的效益差共计200.6万元。

3 结语

该企业的多功能破碎系统将威猛破碎设备与发电生产系统进行有机整合，克服了威猛喂料难、出料输送难、移式卸料难等相关难题，提高破碎作业的安全性及破碎效率，减少粉尘、噪音对周边环境的影响，在行业内，第一次实现了威猛破碎设备在发电生产企业的在线破碎功能。系统运行近一年，在降底运营管理成本，减少燃料中转、掺配、提高发电燃料输送质量、减轻员工工作强度等各个环节效益明显。

参考文献

[1] 肖波，邹先枚，杨家宽，等.生物质燃料的破碎研究[J].能源研究与信息，2006，22（1）.

[2] 张宇.美国威猛生物质粉碎机[J].工程机械，2007，（9）.

[3] 韩舒飞，马莉.生物质发电厂上料和给料系统工艺分析[J].能源研究与信息，2014，30（3）.

（责任编辑：蒋建华）