燃煤與生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)方案分析

梁彥軍 袁文洋

摘?要：近年來，我國能源消費持續(xù)增長，在全球應(yīng)對氣候變化的背景下，正面臨減少污染物和控制溫室氣體排放的巨大的國內(nèi)外的壓力，對能源發(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)布了多項技術(shù)示范項目。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，進行簡要的分析和描述。

關(guān)鍵詞：燃煤;生物質(zhì)氣化;耦合;發(fā)電

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農(nóng)林固廢、垃圾和秸稈焚燒問題，可緩解我國煤炭資源緊張的局面，減少有害物質(zhì)的排放。同時可增加廣大農(nóng)民的經(jīng)濟收入，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)方案展開系列的討論，其目的在于為此項技術(shù)的發(fā)展起到一定的推動作用。

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)電技改項目為例，項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)林廢棄殘余物補充燃料實現(xiàn)發(fā)電、供熱，燃料經(jīng)過壓縮處理后，經(jīng)循環(huán)流化床氣化爐氣化，形成高溫生物質(zhì)燃氣。燃氣經(jīng)除塵、余熱回收，通過風(fēng)機送入現(xiàn)役煤粉鍋爐上新增的燃氣燃燒器，達到生物質(zhì)燃氣與煤粉混合燃燒，實現(xiàn)利用高效的現(xiàn)役大型燃煤發(fā)電機組耦合生物質(zhì)發(fā)電。目前大型燃煤電廠已應(yīng)用了當(dāng)前國際先進的高效發(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。同時生物質(zhì)燃氣燃燒器可進一步降低熱力型NOx。

設(shè)備投資方面，對比生物質(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、發(fā)電機、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30%以上，生物質(zhì)燃料可節(jié)省20%以上。存在問題，電站鍋爐耦合生物質(zhì)氣會引起尾部煙道受熱面腐蝕和脫硝設(shè)備加速老化，對機組的安全運行存在威脅。

二、主要氣化設(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，有效的將排除的灰塵溫度降低到100℃以下。氣化爐三個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，達到均勻的受熱呈流化狀態(tài)，形成密相區(qū)。循環(huán)過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。氣化爐在進風(fēng)室的風(fēng)道內(nèi)布置柴油點火燃燒器，氣化爐膛溫度控制在700℃-900℃之間，通過調(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)停留五秒至六秒時間完成干餾和熱解，產(chǎn)生甲烷、氫氣和一氧化碳等混合燃氣，有效的保證了氣化效率。熱解的高溫燃氣經(jīng)氣化爐旋風(fēng)分離器，實現(xiàn)固氣分離。分離出的顆粒進入到回送裝置返回到密相區(qū)當(dāng)中，返回的低溫顆粒對爐溫也可有效控制。氣化爐采用干式出灰，通過密相區(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)

為有效降低燃氣當(dāng)中的含灰量，在高溫燃氣的出口加裝旋風(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)分離器可保證燃氣當(dāng)中的灰塵含量始終保持在允許的范圍之內(nèi)，燃氣溫度也可得到最大保障。

（三）燃氣熱量回收系統(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)生的高溫燃氣的熱量，降低燃氣溫度，達到降低管道體積和材質(zhì)等級目的，并保證可燃氣中焦油不冷凝。高溫可燃氣經(jīng)過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組管網(wǎng)，可實現(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）燃氣輸送系統(tǒng)

為了保證氣化爐能夠長期處于連續(xù)運行狀態(tài)，用母管作為燃氣的輸送管道，燃氣由加壓風(fēng)機壓入母管當(dāng)中，再通過母管將燃氣輸送到爐前，最后送入煤粉鍋爐燃燒。在母管的進入和導(dǎo)出支路當(dāng)中，安裝盲板閥進行隔斷，起到良好的雙向密封作用，避免燃氣泄露。

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，則可實現(xiàn)減少煤炭消費5.1萬噸，減排二氧化碳14.6萬噸、煙塵20噸、二氧化硫130噸、氮氧化物110噸。

（2）目前已列入國家技改試點的項目，生物質(zhì)發(fā)電量單獨統(tǒng)計，由電網(wǎng)企業(yè)全額收購，各地根據(jù)情況落實電量補償機制。雖然生物質(zhì)耦合發(fā)電不再享受補貼電價，相比生物質(zhì)電廠來說，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。

（3）燃煤電廠耦合生物質(zhì)發(fā)電可減排14.6萬噸溫室氣體，參考目前碳排放權(quán)試點地區(qū)的交易價格，通過碳交易可為企業(yè)帶來300-400萬元的節(jié)能減排收益。

四、結(jié)語

我國是農(nóng)業(yè)大國，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，一定會具有廣闊的發(fā)展前景。

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