燃煤與生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)方案分析

摘要：近年來(lái)，我國(guó)能源消費(fèi)持續(xù)增長(zhǎng)，在全球應(yīng)對(duì)氣候變化的背景下，正面臨減少污染物和控制溫室氣體排放的巨大的國(guó)內(nèi)外的壓力，對(duì)能源發(fā)展提出了更高的要求。當(dāng)前，燃煤與生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電逐漸成為國(guó)家可再生能源發(fā)展、煤電清潔化、節(jié)能環(huán)保和低碳改造的重要方向，并發(fā)布了多項(xiàng)技術(shù)示范項(xiàng)目。本文以燃煤與生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)方案為主線，進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和描述。

利用大型燃煤電站耦合生物質(zhì)發(fā)電，不僅能夠充分解決我國(guó)農(nóng)林固廢、垃圾和秸稈焚燒問(wèn)題，可緩解我國(guó)煤炭資源緊張的局面，減少有害物質(zhì)的排放。同時(shí)可增加廣大農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入，提高相關(guān)企業(yè)的效益和增加碳排放權(quán)收益。下文圍繞燃煤與生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)方案展開(kāi)系列的討論，其目的在于為此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。

一、技術(shù)方案

以2×350MW超臨界燃煤鍋爐與1×30MW生物質(zhì)氣化發(fā)電技改項(xiàng)目為例，項(xiàng)目建成后將以臨近河湖的蘆葦為主，以麥秸、棉花秸、玉米秸稈等農(nóng)林廢棄殘余物補(bǔ)充燃料實(shí)現(xiàn)發(fā)電、供熱，燃料經(jīng)過(guò)壓縮處理后，經(jīng)循環(huán)流化床氣化爐氣化，形成高溫生物質(zhì)燃?xì)狻Ｈ細(xì)饨?jīng)除塵、余熱回收，通過(guò)風(fēng)機(jī)送入現(xiàn)役煤粉鍋爐上新增的燃?xì)馊紵?，達(dá)到生物質(zhì)燃?xì)馀c煤粉混合燃燒，實(shí)現(xiàn)利用高效的現(xiàn)役大型燃煤發(fā)電機(jī)組耦合生物質(zhì)發(fā)電。目前大型燃煤電廠已應(yīng)用了當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)的高效發(fā)電、低氮、除塵和脫硫脫硝技術(shù)，利用大型電站鍋爐設(shè)備，對(duì)比生物質(zhì)電廠燃燒效率和除塵脫硫脫硝減排提升效果明顯。同時(shí)生物質(zhì)燃?xì)馊紵骺蛇M(jìn)一步降低熱力型NOx。

設(shè)備投資方面，對(duì)比生物質(zhì)電廠，大型電站發(fā)展燃煤與生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電的主設(shè)備只增加氣化爐和相關(guān)輔助設(shè)備，減少了汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、升壓站以及煙氣凈化系統(tǒng)等投資，資金成本較小，基本不需要再增加人員。在效率方面，生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電，綜合發(fā)電效率可達(dá)30%以上，生物質(zhì)燃料可節(jié)省20%以上。存在問(wèn)題，電站鍋爐耦合生物質(zhì)氣會(huì)引起尾部煙道受熱面腐蝕和脫硝設(shè)備加速老化，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行存在威脅。

二、主要?dú)饣O(shè)備

(一)循環(huán)流化床氣化爐

循環(huán)流化床氣化爐主要由前、中和尾部的三個(gè)豎井組成。前部豎井四周采用八毫米的鋼板組成氣化爐絕熱爐膛。中部的豎井設(shè)置爐膛出口旋風(fēng)旋風(fēng)分離器，下部接回送裝置。尾部為除塵分離器。其下部設(shè)置水冷螺旋冷灰機(jī)，有效的將排除的灰塵溫度降低到100℃以下。氣化爐三個(gè)豎井起到有效的支撐作用，各部之間采用金屬膨脹節(jié)柔性連通。

空氣由安裝在布風(fēng)板的風(fēng)帽進(jìn)入爐膛，在爐膛內(nèi)物料顆粒、空氣以及沙礫彼此之間充分的接觸，達(dá)到均勻的受熱呈流化狀態(tài)，形成密相區(qū)。循環(huán)過(guò)程采用高溫分離循環(huán)，灰渣的循環(huán)方面也具有極高的安全性與可控性。氣化爐在進(jìn)風(fēng)室的風(fēng)道內(nèi)布置柴油點(diǎn)火燃燒器，氣化爐膛溫度控制在700℃-900℃之間，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)量，控制當(dāng)量比為0.25-0.3，即物料完全燃燒所需氧量的25%-30%時(shí)的理想氣化條件，保持最佳氣化速度。

燃料顆粒在爐膛內(nèi)停留五秒至六秒時(shí)間完成干餾和熱解，產(chǎn)生甲烷、氫氣和一氧化碳等混合燃?xì)?，有效的保證了氣化效率。熱解的高溫燃?xì)饨?jīng)氣化爐旋風(fēng)分離器，實(shí)現(xiàn)固氣分離。分離出的顆粒進(jìn)入到回送裝置返回到密相區(qū)當(dāng)中，返回的低溫顆粒對(duì)爐溫也可有效控制。氣化爐采用干式出灰，通過(guò)密相區(qū)底部的排渣管，利用分離器下部的回送裝置，和飛灰被除塵分離器收集，三種排渣方式，最后再集中排放。

(二)旋風(fēng)除塵系統(tǒng)

為有效降低燃?xì)猱?dāng)中的含灰量，在高溫燃?xì)獾某隹诩友b旋風(fēng)除塵分離器，材質(zhì)采用八毫米的鋼，內(nèi)部安裝防磨內(nèi)襯。旋風(fēng)分離器可保證燃?xì)猱?dāng)中的灰塵含量始終保持在允許的范圍之內(nèi)，燃?xì)鉁囟纫部傻玫阶畲蟊Ｕ稀?/p>

(三)燃?xì)鉄崃炕厥障到y(tǒng)

本裝置通常安裝在氣化爐的尾部，主要是有效的吸收生物質(zhì)氣化爐產(chǎn)生的高溫燃?xì)獾臒崃浚档腿細(xì)鉁囟?，達(dá)到降低管道體積和材質(zhì)等級(jí)目的，并保證可燃?xì)庵薪褂筒焕淠?。高溫可燃?xì)饨?jīng)過(guò)余熱鍋爐后溫度降至400℃左右，換熱器加熱的水或蒸汽可并入機(jī)組管網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)反復(fù)的循環(huán)和利用，提高了換熱的效率。

(四)燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)

為了保證氣化爐能夠長(zhǎng)期處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，用母管作為燃?xì)獾妮斔凸艿溃細(xì)庥杉訅猴L(fēng)機(jī)壓入母管當(dāng)中，再通過(guò)母管將燃?xì)廨斔偷綘t前，最后送入煤粉鍋爐燃燒。在母管的進(jìn)入和導(dǎo)出支路當(dāng)中，安裝盲板閥進(jìn)行隔斷，起到良好的雙向密封作用，避免燃?xì)庑孤丁?/p>

三、綜合效益

(1)按照煤電耦合生物質(zhì)后每年發(fā)電電量不變，則可實(shí)現(xiàn)減少煤炭消費(fèi)5.1萬(wàn)噸，減排二氧化碳14.6萬(wàn)噸、煙塵20噸、二氧化硫130噸、氮氧化物110噸。

(2)目前已列入國(guó)家技改試點(diǎn)的項(xiàng)目，生物質(zhì)發(fā)電量單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，由電網(wǎng)企業(yè)全額收購(gòu)，各地根據(jù)情況落實(shí)電量補(bǔ)償機(jī)制。雖然生物質(zhì)耦合發(fā)電不再享受補(bǔ)貼電價(jià)，相比生物質(zhì)電廠來(lái)說(shuō)，具有投資成本低，發(fā)電效率高，不新占土地，污染物排放低等特點(diǎn)。

(3)燃煤電廠耦合生物質(zhì)發(fā)電可減排14.6萬(wàn)噸溫室氣體，參考目前碳排放權(quán)試點(diǎn)地區(qū)的交易價(jià)格，通過(guò)碳交易可為企業(yè)帶來(lái)300-400萬(wàn)元的節(jié)能減排收益。

四、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，具有豐富的生物資源，燃煤與生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電不僅可提高生物資源利用效率，還可實(shí)現(xiàn)明顯減排效果，是目前大型燃煤電廠節(jié)能減排、控制溫室氣體排放的重要手段。盡管到目前為止，燃煤與生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電還處于示范的階段，但是相信在不久的未來(lái)，一定會(huì)具有廣闊的發(fā)展前景。

(作者：河北建投融碳資產(chǎn)管理有限公司 梁彥軍，袁文洋)