燃煤生物質氣化耦合發電技術探討

祁成

摘要：在我國國民經濟發展中起到重要支撐作用的燃煤電廠，其燃煤發電過程中會產生一定的固態和氣態的污染物對環境產生傷害。我國屬于農業大國，生物質存量較多，利用燃煤與生物質耦合發電可以實現生物質利用和環境保護的雙重目的，本文對燃煤生物質氣化耦合發電的技術和工藝路線進行分析介紹，可以有效促進該技術的發展及應用。

關鍵詞：燃煤；生物質；氣化；耦合發電

1引言

目前，我國的發電技術主要利用能源還是以煤炭資源為主，燃燒煤炭發電會產生大量的污染物。利用生物質進行發電可以改善我國能源的利用結構，增加可再生能源的利用占比，同時也實現對于新能源的開發利用。利用生物質進行發電可以減少發電過程中的污染物產生和排放，有利于環境的保護，具有極大的社會意義，燃煤生物質氣化耦合發電作為我國重點發展的項目之一，是一種高效清潔的生物質利用技術。

2燃煤生物質氣化耦合發電主要技術路線

燃煤生物質氣化耦合發電技術首先利用生物質氣化得到燃氣，該部分燃氣進入爐膛與煤一起燃燒，燃燒產生的熱量用來加熱給水，從而產生蒸汽推動汽輪機做功，實現能源轉化利用的目的。生物質的氣化是發生在循環流化床中的，在較低的溫度下通過氣化獲得氣體燃料，該部分氣體燃料被送入爐膛進行充分燃燒，并在一定程度上可以促進煤的充分燃燒。氣化過程得到的燃氣溫度為750℃左右，通過冷卻將溫度控制在400-500℃之間，冷凝水從該冷卻過程中獲得能量，再進行循環再利用。風機將冷卻后的燃氣送入鍋爐爐膛燃燒，該燃燒過程不會產生焦油凝結，不會影響鍋爐受熱面傳熱，不會影響鍋爐安全運行。生物質氣化可以回收生物質灰進行再利用。

與生物質直接燃燒與燃煤耦合發電技術相比，生物質氣化與燃煤耦合發電技術具有以下優點：

（1）生物質原料的處理難度不高，生物質氣化對生物質燃料的來源適應性強。另外，由于生物質熔點低、粘結性強，具有腐蝕性等特點，如果直接在燃煤鍋爐中進行燃燒，會對鍋爐產生較大的影響，氣化過程克服了生物質的這些弊端。氣化燃燒技術不必采取過高的溫度，就能使得生物質氣化得到燃氣，而且可以防止焦油的冷凝。

（2）生物質氣化與燃煤耦合發電技術，在用電需求不變的情況下，由于生物質代替了部分煤的燃燒，從而減少了二氧化硫等污染物的排放量，同時低熱值的燃氣在爐膛內燃燒，還能減少氮氧化物的排放，對環境起到保護作用。

（3）利用既有的高效發電系統，可以提升生物質轉化電能的利用率，同時利用氣化技術改變原料進入鍋爐的形態，提升轉化率，獲得高品質的能源，優化生物質發電過程，提升經濟性。

（4）此種耦合方式的發電技術，具有較強的靈活性。

3燃煤生物質氣化耦合發電技術特點

燃煤生物質氣化耦合發電技術具有以下特點：

（1）由于生物質氣化設備與發電設備是單獨運行，便于進行單獨計量，電價的結算比較簡單，可以享受生物質電價的補貼政策。

（2）生物質氣化耦合發電過程中，冷卻后的燃氣溫度處于400℃以上，可以有效防止焦油的產生，另外整體的熱效率較高。

（3）通過氣化技術將生物質轉化為燃氣進入鍋爐，防止生物質灰分進入鍋爐，避免了對鍋爐受熱面造成腐蝕，降低維護運行費用。

（4）相對于整個發電系統，氣化過程相對獨立。避免生物質因季節不同對整個發電系統的穩定性產生影響。

（5）有效地減少了二氧化碳、二氧化硫污染物的排放，提升經濟性。

4燃煤生物質氣化耦合發電工藝分析

燃煤生物質耦合發電工藝過程主要包括原料處理、生物質的輸送、循環床氣化、燃氣冷卻降溫、燃氣成分監測、燃氣輸送燃燒、計量系統及電氣控制過程等組成。以下對主要的過程進行詳細的分析。

（1）生物質原料的選取

生物秸稈、農林廢棄物等生物質原料一般可以作為生物質氣化發電的原料使用。生物質收集后會進行集中的破碎處理，最終的處理指標見表1所示。

（2）循環流化床系統

循環流化床氣化爐的爐膛下部有一個密相區，氣化過程在此區域完成。氣化爐的前部、中部和尾部三個豎井構成了氣化爐本體，前部的豎井是絕熱爐膛，起到支撐作用；中部豎井是旋風分離器，屬于支承部分；尾部豎井是除塵分離器，同樣起到支承作用。爐膛溫度控制在700-750℃，并控制風量，使得爐膛內的環境呈現高溫少氧的狀態。另外，氣化爐的出灰方式為干式出灰，出灰口分別為排渣口、旋風分離器下部接收口、除塵分離器收集口。

（3）燃氣冷卻降溫過程

氣化爐的尾部布置有換熱器，其作用是與氣化爐排出的高溫燃氣進行熱交換，吸收燃氣熱量以降低燃氣溫度。高溫燃氣進入換熱器后，沖刷受熱面。換熱器的管子呈排列布置，不易積灰，另外在兩側有清灰口和吹灰器，使用蒸汽吹灰。

（4）燃氣輸送系統

高溫燃氣經過燃氣加壓風機加壓后送入到母管中，再由支管進行分流，燃氣在支管中進入到鍋爐爐膛內燃燒。每個母管和支管均采用盲板閥封斷，避免燃氣的泄露。

（5）生物質再燃系統

摻雜燃氣燃燒的鍋爐，燃氣通過燃燒器進入爐膛燃燒，鍋爐配置前后墻對沖燃氣燃燒器，同樣采取前后墻對沖布置。一般情況下，摻燒的燃氣在熱值比不大于10%的情況下，生物質氣化與燃煤耦合發電對鍋爐運行基本不產生影響。

5結語

社會發展過程需要不斷完善、充分利用新能源發電，改善燃煤過程中的污染物排放，改善環境。我國生物質資源豐富，生物質氣化耦合燃煤發電是一種可以提升生物質利用的經濟性、減少煤炭燃燒過程中污染物排放的具有環境友好性的發電技術。較于生物質直接燃燒發電技術，氣化燃燒技術更具有顯著的優勢，通過氣化后得到的燃氣與燃煤耦合燃燒發電，可以提升生物質發電的效率，是目前生物質應用于發電的一種高效且經濟的技術路線。

參考文獻

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（作者單位：中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司）