燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)探討

祁成

摘要：在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到重要支撐作用的燃煤電廠，其燃煤發(fā)電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的固態(tài)和氣態(tài)的污染物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生傷害。我國(guó)屬于農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)存量較多，利用燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電可以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)利用和環(huán)境保護(hù)的雙重目的，本文對(duì)燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電的技術(shù)和工藝路線進(jìn)行分析介紹，可以有效促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：燃煤；生物質(zhì)；氣化；耦合發(fā)電

1引言

目前，我國(guó)的發(fā)電技術(shù)主要利用能源還是以煤炭資源為主，燃燒煤炭發(fā)電會(huì)產(chǎn)生大量的污染物。利用生物質(zhì)進(jìn)行發(fā)電可以改善我國(guó)能源的利用結(jié)構(gòu)，增加可再生能源的利用占比，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)對(duì)于新能源的開(kāi)發(fā)利用。利用生物質(zhì)進(jìn)行發(fā)電可以減少發(fā)電過(guò)程中的污染物產(chǎn)生和排放，有利于環(huán)境的保護(hù)，具有極大的社會(huì)意義，燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電作為我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的項(xiàng)目之一，是一種高效清潔的生物質(zhì)利用技術(shù)。

2燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電主要技術(shù)路線

燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)首先利用生物質(zhì)氣化得到燃?xì)?，該部分燃?xì)膺M(jìn)入爐膛與煤一起燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量用來(lái)加熱給水，從而產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化利用的目的。生物質(zhì)的氣化是發(fā)生在循環(huán)流化床中的，在較低的溫度下通過(guò)氣化獲得氣體燃料，該部分氣體燃料被送入爐膛進(jìn)行充分燃燒，并在一定程度上可以促進(jìn)煤的充分燃燒。氣化過(guò)程得到的燃?xì)鉁囟葹?50℃左右，通過(guò)冷卻將溫度控制在400-500℃之間，冷凝水從該冷卻過(guò)程中獲得能量，再進(jìn)行循環(huán)再利用。風(fēng)機(jī)將冷卻后的燃?xì)馑腿脲仩t爐膛燃燒，該燃燒過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生焦油凝結(jié)，不會(huì)影響鍋爐受熱面?zhèn)鳠?，不?huì)影響鍋爐安全運(yùn)行。生物質(zhì)氣化可以回收生物質(zhì)灰進(jìn)行再利用。

與生物質(zhì)直接燃燒與燃煤耦合發(fā)電技術(shù)相比，生物質(zhì)氣化與燃煤耦合發(fā)電技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）生物質(zhì)原料的處理難度不高，生物質(zhì)氣化對(duì)生物質(zhì)燃料的來(lái)源適應(yīng)性強(qiáng)。另外，由于生物質(zhì)熔點(diǎn)低、粘結(jié)性強(qiáng)，具有腐蝕性等特點(diǎn)，如果直接在燃煤鍋爐中進(jìn)行燃燒，會(huì)對(duì)鍋爐產(chǎn)生較大的影響，氣化過(guò)程克服了生物質(zhì)的這些弊端。氣化燃燒技術(shù)不必采取過(guò)高的溫度，就能使得生物質(zhì)氣化得到燃?xì)?，而且可以防止焦油的冷凝?/p>

（2）生物質(zhì)氣化與燃煤耦合發(fā)電技術(shù)，在用電需求不變的情況下，由于生物質(zhì)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(shí)低熱值的燃?xì)庠跔t膛內(nèi)燃燒，還能減少氮氧化物的排放，對(duì)環(huán)境起到保護(hù)作用。

（3）利用既有的高效發(fā)電系統(tǒng)，可以提升生物質(zhì)轉(zhuǎn)化電能的利用率，同時(shí)利用氣化技術(shù)改變?cè)线M(jìn)入鍋爐的形態(tài)，提升轉(zhuǎn)化率，獲得高品質(zhì)的能源，優(yōu)化生物質(zhì)發(fā)電過(guò)程，提升經(jīng)濟(jì)性。

（4）此種耦合方式的發(fā)電技術(shù)，具有較強(qiáng)的靈活性。

3燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)

燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）由于生物質(zhì)氣化設(shè)備與發(fā)電設(shè)備是單獨(dú)運(yùn)行，便于進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量，電價(jià)的結(jié)算比較簡(jiǎn)單，可以享受生物質(zhì)電價(jià)的補(bǔ)貼政策。

（2）生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電過(guò)程中，冷卻后的燃?xì)鉁囟忍幱?00℃以上，可以有效防止焦油的產(chǎn)生，另外整體的熱效率較高。

（3）通過(guò)氣化技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃?xì)膺M(jìn)入鍋爐，防止生物質(zhì)灰分進(jìn)入鍋爐，避免了對(duì)鍋爐受熱面造成腐蝕，降低維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用。

（4）相對(duì)于整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，氣化過(guò)程相對(duì)獨(dú)立。避免生物質(zhì)因季節(jié)不同對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)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(jīng)濟(jì)性。

4燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電工藝分析

燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電工藝過(guò)程主要包括原料處理、生物質(zhì)的輸送、循環(huán)床氣化、燃?xì)饫鋮s降溫、燃?xì)獬煞直O(jiān)測(cè)、燃?xì)廨斔腿紵?、?jì)量系統(tǒng)及電氣控制過(guò)程等組成。以下對(duì)主要的過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的分析。

（1）生物質(zhì)原料的選取

生物秸稈、農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)原料一般可以作為生物質(zhì)氣化發(fā)電的原料使用。生物質(zhì)收集后會(huì)進(jìn)行集中的破碎處理，最終的處理指標(biāo)見(jiàn)表1所示。

（2）循環(huán)流化床系統(tǒng)

循環(huán)流化床氣化爐的爐膛下部有一個(gè)密相區(qū)，氣化過(guò)程在此區(qū)域完成。氣化爐的前部、中部和尾部三個(gè)豎井構(gòu)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(fēng)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(fēng)量，使得爐膛內(nèi)的環(huán)境呈現(xiàn)高溫少氧的狀態(tài)。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(fēng)分離器下部接收口、除塵分離器收集口。

（3）燃?xì)饫鋮s降溫過(guò)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?xì)膺M(jìn)行熱交換，吸收燃?xì)鉄崃恳越档腿細(xì)鉁囟取８邷厝細(xì)膺M(jìn)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(cè)有清灰口和吹灰器，使用蒸汽吹灰。

（4）燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)

高溫燃?xì)饨?jīng)過(guò)燃?xì)饧訅猴L(fēng)機(jī)加壓后送入到母管中，再由支管進(jìn)行分流，燃?xì)庠谥Ч苤羞M(jìn)入到鍋爐爐膛內(nèi)燃燒。每個(gè)母管和支管均采用盲板閥封斷，避免燃?xì)獾男孤丁?/p>

（5）生物質(zhì)再燃系統(tǒng)

摻雜燃?xì)馊紵腻仩t，燃?xì)馔ㄟ^(guò)燃燒器進(jìn)入爐膛燃燒，鍋爐配置前后墻對(duì)沖燃?xì)馊紵?，同樣采取前后墻?duì)沖布置。一般情況下，摻燒的燃?xì)庠跓嶂当炔淮笥?0%的情況下，生物質(zhì)氣化與燃煤耦合發(fā)電對(duì)鍋爐運(yùn)行基本不產(chǎn)生影響。

5結(jié)語(yǔ)

社會(huì)發(fā)展過(guò)程需要不斷完善、充分利用新能源發(fā)電，改善燃煤過(guò)程中的污染物排放，改善環(huán)境。我國(guó)生物質(zhì)資源豐富，生物質(zhì)氣化耦合燃煤發(fā)電是一種可以提升生物質(zhì)利用的經(jīng)濟(jì)性、減少煤炭燃燒過(guò)程中污染物排放的具有環(huán)境友好性的發(fā)電技術(shù)。較于生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)，氣化燃燒技術(shù)更具有顯著的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)氣化后得到的燃?xì)馀c燃煤耦合燃燒發(fā)電，可以提升生物質(zhì)發(fā)電的效率，是目前生物質(zhì)應(yīng)用于發(fā)電的一種高效且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)路線。

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（作者單位：中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司）