燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)項(xiàng)目研究

陳見(jiàn)和

摘 要：燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電是采用氣化技術(shù)產(chǎn)生的生物質(zhì)可燃?xì)馊〈糠蛛娬惧仩t用煤，是“生物質(zhì)可燃?xì)?煤”耦合發(fā)電方式。這種充分利用燃煤機(jī)組高發(fā)電效率，生物質(zhì)綜合發(fā)電效率遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的生物質(zhì)直燃發(fā)電效率。大唐桂冠合山發(fā)電有限公司擬在現(xiàn)有廠區(qū)內(nèi)規(guī)劃建設(shè)一套生物質(zhì)氣化系統(tǒng)，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)林廢棄物進(jìn)行加工氣化，產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)庵苯铀腿氍F(xiàn)有 670MW 鍋爐，與煤粉混燃發(fā)電。

關(guān)鍵詞：燃煤 耦合 生物質(zhì) 發(fā)電

一、研究背景及意義

在生物質(zhì)能的合理利用已經(jīng)越來(lái)越受到重視背景下，大唐桂冠合山發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱合山發(fā)電公司）擬在現(xiàn)有廠區(qū)內(nèi)規(guī)劃、設(shè)計(jì)建設(shè)一套生物質(zhì)氣化系統(tǒng)，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)林廢棄物經(jīng)過(guò)加工，然后再進(jìn)行加壓氣化，產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)庵苯铀腿氍F(xiàn)有670MW鍋爐，與煤粉混燃發(fā)電。

項(xiàng)目建設(shè)意義，一是國(guó)家能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，我國(guó)生物質(zhì)能可再生能源資源豐富，分布廣，可滿足發(fā)電、供氣、供熱、制取液體燃料等多種需要，是替代煤炭、彌補(bǔ)油氣供應(yīng)不足、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的一種重要選擇。二是可促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、增加農(nóng)民收入，項(xiàng)目每年可增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入約3700萬(wàn)元。三是燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電提高了生物質(zhì)氣化發(fā)電的綜合效率，同時(shí)減少溫室氣體、氮氧化物排放，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的需要，建設(shè)生物質(zhì)及燃煤鍋爐再燃發(fā)電項(xiàng)目可充分利用現(xiàn)有高效發(fā)電設(shè)備，將原來(lái)廢棄的農(nóng)作物加以有效利用。在保證機(jī)組出力的前提下，減少了燃煤消耗的同時(shí)也能降低粉塵和SO2等污染物的排放，符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，有利于環(huán)境保護(hù)，也不會(huì)造成二次污染。同時(shí)利用再生能源發(fā)電，也可減少隨地焚燒秸稈的現(xiàn)象，避免由于焚燒秸稈造成的環(huán)境污染及因此造成的交通事故。

二、現(xiàn)狀分析

（一）項(xiàng)目公司現(xiàn)狀

合山發(fā)電公司現(xiàn)有燃煤機(jī)組裝機(jī)容量1330 MW（2×330MW+ 1×670MW），近幾年隨著煤電和核電裝機(jī)的快速發(fā)展，加上廣西水電資源豐富，廣西火電機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)越來(lái)越低;另一方面是廣西的煤炭資源極少，近兩年隨著國(guó)家煤炭去產(chǎn)能和對(duì)進(jìn)口煤的限制，廣西的煤炭?jī)r(jià)格猛漲。如何提高機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)、減少發(fā)電燃煤成本，是當(dāng)前合山發(fā)電公司最迫切急需解決的兩大問(wèn)題。

（二）國(guó)家對(duì)生物質(zhì)能的政策

生物質(zhì)能發(fā)展十二五規(guī)劃指出生物質(zhì)能具有資源來(lái)源廣泛、利用方式多樣化、能源產(chǎn)品多元化、綜合效益顯著的特點(diǎn)。2017年11月27日，國(guó)家能源局、環(huán)境保護(hù)部下發(fā)《關(guān)于開(kāi)展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)工作的通知》（國(guó)能發(fā)電力〔2017〕75號(hào)），合山發(fā)電公司擬根據(jù)《通知》要求實(shí)施燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)改造。

（三）項(xiàng)目周邊生物質(zhì)資源分布情況

來(lái)賓市生物質(zhì)資源豐富，除農(nóng)作物秸稈外，近年來(lái)蓬勃發(fā)展的桉樹(shù)種植和加工業(yè)又產(chǎn)生了大量的樹(shù)皮、邊角料、鋸末等林業(yè)廢棄物。項(xiàng)目周邊30公里范圍內(nèi)可利用的生物質(zhì)資源量為5.91萬(wàn)噸（總量11.82萬(wàn)噸，可利用率50%）;50公里范圍內(nèi)為25.75萬(wàn)噸（總量64.38萬(wàn)噸，減量系數(shù)可利用率40%）;100公里范圍內(nèi)為32.83萬(wàn)噸（總量93.81萬(wàn)噸，可利用率35%）。合山市及周邊地區(qū)道路通暢、運(yùn)力充足，完全能滿足擬建項(xiàng)目的燃料運(yùn)輸需求。合山及周邊地區(qū)可收集利用的生物質(zhì)資源總量遠(yuǎn)大于擬建項(xiàng)目的需求量，未來(lái)的燃料供應(yīng)在數(shù)量上沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)。

三、實(shí)踐成效

（一）項(xiàng)目取得的成效

合山發(fā)電公司燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目已取得《桂冠合山發(fā)電有限公司開(kāi)展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)改造項(xiàng)目可研階段前期工作的批復(fù)》（大唐集團(tuán)規(guī)〔2017〕858號(hào)）和《國(guó)家能源局、生態(tài)環(huán)境部關(guān)于燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)的通知》（國(guó)能發(fā)電力〔2018〕53號(hào)）等相關(guān)文件，可行性研究報(bào)告編制完成且在合山發(fā)電公司內(nèi)審?fù)瓿伞：仙桨l(fā)電公司還和武漢天和生態(tài)能源有限公司共同完成燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)改造項(xiàng)目初步可研報(bào)告、和中南電力設(shè)計(jì)院有限公司共同完成燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)改造項(xiàng)目生物質(zhì)資源調(diào)查報(bào)告、和上海鍋爐廠有限公司共同完成15MW等級(jí)生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電項(xiàng)目氣化技術(shù)方案。

（二）燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)

燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)國(guó)外已經(jīng)得到普遍運(yùn)用，技術(shù)比較成熟。國(guó)內(nèi)是近兩年才開(kāi)始出現(xiàn)試點(diǎn)推廣。目前上海鍋爐廠、東方鍋爐廠、哈爾濱鍋爐廠和武漢天和生態(tài)能源有限公司都加大對(duì)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的自主研發(fā)力度。其中上海鍋爐廠自主研發(fā)的SG-生物質(zhì)氣化耦合燃煤發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)方案通過(guò)國(guó)家電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院的評(píng)審，東方鍋爐廠的燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電一體化方案通過(guò)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)、中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)的評(píng)審。

上海鍋爐廠SG-循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化工藝是以空氣與水蒸汽的混合氣體為氣化劑，以生物質(zhì)顆粒為原料，80～90%的生物質(zhì)原料首先進(jìn)入固態(tài)冷卻器用于燃?xì)饨禍?，固態(tài)冷卻器內(nèi)產(chǎn)生的半焦經(jīng)給料系統(tǒng)從氣化爐下段側(cè)面通過(guò)料腿送入循環(huán)流化床氣化爐，與剩余的10～20%生物質(zhì)燃料同時(shí)進(jìn)入循環(huán)流化床氣化爐氣化，在正壓非催化條件下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，氣化溫度為700～750℃，生產(chǎn)以CO、H2、CH4為有效成分的燃料氣，燃料氣從固態(tài)冷卻器底部進(jìn)入，由下往上發(fā)生裂解、還原、熱解、脫水等過(guò)程，降溫至～400℃，燃料氣通過(guò)流量計(jì)計(jì)量后送入燃生物質(zhì)鍋爐燃燒。

SG-循環(huán)流化床氣化壓力為～30kPa，溫度為～710℃。在此高溫下化學(xué)反應(yīng)速率相對(duì)較快，同時(shí)在循環(huán)流化床內(nèi)通過(guò)排渣量和循環(huán)倍率控制顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間。為此，通過(guò)在氣化爐出口設(shè)置旋風(fēng)分離器分離被反應(yīng)氣帶出的顆粒物，旋風(fēng)分離器分離的顆粒直接進(jìn)行回爐再氣化，氣化產(chǎn)生的燃料氣經(jīng)固態(tài)冷卻器降溫除塵后清潔度較好，并補(bǔ)充了部分可燃?xì)饨M分，如CH4、CO、Tar（g）、H2等，達(dá)到了良好的氣化效率，實(shí)現(xiàn)較好的工程效果：燃?xì)鉄嶂蹈?、碳轉(zhuǎn)化率高、環(huán)保效果好。

采用固態(tài)冷卻器降溫，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)成本大大降低。

氣化干法排渣主要采用螺旋冷渣器冷渣后排出氣化爐，間接冷渣具有零黑水產(chǎn)生效果。

在鍋爐燃燒部分，摻燒生物質(zhì)氣需考慮其發(fā)熱量取值范圍、摻燒比例、摻燒的爐膛輸送位置，還包括對(duì)燃燒穩(wěn)定性、燃料燃盡性以及低NOx排放有無(wú)影響等;并且需要考慮鍋爐不同負(fù)荷下?lián)綗壤?，單臺(tái)鍋爐可以摻燒單臺(tái)氣化爐的生成量。

武漢天和生態(tài)能源有限公司加壓流化床氣化與常壓流化床氣化對(duì)比分析得出，加壓到0.1MPa流化床氣化電耗和設(shè)備投資略有提高，但從規(guī)模上來(lái)分析，常壓流化床氣化受設(shè)備體積的影響，生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的燃?xì)馑腿腚娬惧仩t實(shí)現(xiàn)裝機(jī)功率15MW較難實(shí)現(xiàn);另外，常壓流化床氣化中應(yīng)用了高溫燃?xì)庖L(fēng)機(jī)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有影響，而加壓流化床氣化可以避免這一點(diǎn)。從能耗方面，因?yàn)榧訅毫骰矚饣岣吡藲饣剩訅毫骰矚饣罂扇細(xì)鉃閹籂顟B(tài)，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離輸送，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備布置非常有利。

綜合以上比較，只有加壓流化床氣化才能提升裝置處理規(guī)模，滿足合山生物質(zhì)氣化發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)功率15MW生物質(zhì)氣化發(fā)電項(xiàng)目的要求，且整個(gè)裝置投資和能耗變化不大。因而，擬設(shè)計(jì)的合山電廠生物質(zhì)氣化項(xiàng)目15MW氣化裝置為加壓流化床氣化。

從目前國(guó)內(nèi)外鍋爐摻燒可燃?xì)獾那闆r看，該項(xiàng)目鍋爐摻燒生物質(zhì)氣是可行的，可以使生物質(zhì)氣達(dá)到燃燒充分與燃盡的效果。

合山發(fā)電公司1×15MW燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)改造項(xiàng)目擬使用正壓空氣流化床氣化技術(shù)。使用正壓空氣流化床氣化技術(shù)原因之一是國(guó)家鼓勵(lì)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電，目的在于兜底消納農(nóng)林廢棄殘余物，不需要很高的燃?xì)鉄嶂?，空氣氣化即可滿足燃燒需要;二是農(nóng)林廢棄殘余物原料復(fù)雜多變，流化床能較好地適應(yīng)生物質(zhì)燃料;三是加壓氣化系統(tǒng)復(fù)雜，正壓滿足燃?xì)廨斔陀欣诤?jiǎn)化系統(tǒng)，提高可靠性。目前上海鍋爐廠、東方鍋爐廠和武漢天和生態(tài)能源有限公司都使用正壓空氣流化床氣化技術(shù)。

燃?xì)饫鋮s方式可使用武漢天和生態(tài)能源有限公司推薦的蒸汽冷卻方式或上海鍋爐廠推薦的固定床冷卻方式，雙方各有優(yōu)缺點(diǎn)。蒸汽冷卻方式的優(yōu)點(diǎn)是控制方式、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，與汽機(jī)耦合經(jīng)濟(jì)性高，傳熱系數(shù)高;缺點(diǎn)是需合理控制進(jìn)口蒸汽溫度、需結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況，考慮蒸汽的取汽點(diǎn)和回汽點(diǎn)。固定床冷卻方式的優(yōu)點(diǎn)是可提高燃?xì)馄焚|(zhì)、生物質(zhì)氣化率更高;缺點(diǎn)是固定床容量受到技術(shù)限制、流化床和固定床之間的物料配合難度較大。另外固態(tài)冷卻固態(tài)冷卻器出口溫度為400？C，堿金屬已經(jīng)冷凝為固態(tài)，附著在飛灰顆?；蚪固款w粒的多孔結(jié)構(gòu)中，隨焦炭及二級(jí)旋風(fēng)分離器捕集的顆粒一起排出，再次返回流化床氣化爐。如此多次循環(huán)后，焦炭及二級(jí)旋風(fēng)分離的顆粒便富集了堿金屬，但堿金屬的富集量達(dá)到一定程度后，連續(xù)將焦炭排出系統(tǒng)外，使系統(tǒng)內(nèi)堿金屬含量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。排出的焦炭可作為高附加值的生物質(zhì)炭外售。由于導(dǎo)熱油冷卻方式油品質(zhì)需監(jiān)控，系統(tǒng)安全性和可靠性低，系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)工作量較大，導(dǎo)熱油單價(jià)高，運(yùn)行中需定期更換，初始成本及運(yùn)行成本較高，所以本項(xiàng)目不推薦使用導(dǎo)熱油冷卻燃?xì)狻?/p>

計(jì)量系統(tǒng)對(duì)于燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電系統(tǒng)是非常重要的，發(fā)電量的準(zhǔn)確計(jì)量并得到國(guó)家相關(guān)部門的認(rèn)可是取得生物質(zhì)上網(wǎng)發(fā)電補(bǔ)貼的前提。生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的高溫燃?xì)馔ㄟ^(guò)設(shè)置在鍋爐前的流量計(jì)對(duì)體積流量測(cè)量和成份進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的實(shí)時(shí)計(jì)量。燃煤生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電的熱量和電量等信號(hào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳到電網(wǎng)公司，實(shí)時(shí)傳輸，便于監(jiān)督、結(jié)算。

（三）項(xiàng)目財(cái)務(wù)收益

根據(jù)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司所做的可行性研究報(bào)告，合山發(fā)電公司燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目在保證企業(yè)成本、費(fèi)用、稅金、盈余公積、企業(yè)用于還款的利潤(rùn)、15 年內(nèi)還清貸款的前提下，以含稅電價(jià) 750 元/MWh 為條件，計(jì)算出來(lái)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均符合電力行業(yè)的收益要求。合山發(fā)電公司燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)投產(chǎn)，能夠提高機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)，減少對(duì)燃煤的采購(gòu)，對(duì)合山發(fā)電公司的效益增長(zhǎng)將起到很大推動(dòng)作用。項(xiàng)目還將促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、每年可增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入約3700萬(wàn)元。生物質(zhì)氣化項(xiàng)目，充分開(kāi)發(fā)當(dāng)?shù)氐目稍偕镔|(zhì)資源，無(wú)疑會(huì)推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)（如機(jī)械制造業(yè)、建筑業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)和服務(wù)業(yè)）的發(fā)展。

（四）結(jié)論

1、本項(xiàng)目建設(shè)單位為電力企業(yè)，利用生物質(zhì)氣化燃?xì)庠偃及l(fā)電，屬于《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》鼓勵(lì)類，并且被列入29項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)推廣的低碳技術(shù)。項(xiàng)目符合《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》、《中華人民共和國(guó)可再生能源法》、《可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄》、《可再生能源配額制指導(dǎo)意見(jiàn)》和《可再生能源發(fā)電有關(guān)管理規(guī)定》的規(guī)定。

2、電廠周邊市縣目前每年各種農(nóng)林廢棄物產(chǎn)生的生物質(zhì)量遠(yuǎn)超過(guò)了生物質(zhì)氣化發(fā)電項(xiàng)目對(duì)原料的需求量，電廠建成后的秸稈、桉樹(shù)皮等燃料供應(yīng)是有充分保證的。

3、本項(xiàng)目一方面解決了當(dāng)?shù)丶爸苓呣r(nóng)林業(yè)廢物禁燒難的問(wèn)題，也刺激生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，增加了更多的就業(yè)崗位，并為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收，對(duì)實(shí)現(xiàn)綠色產(chǎn)業(yè)精準(zhǔn)扶貧，保障扶貧工作的推進(jìn)及可持續(xù)性，具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義;另一方面可減少燃煤消耗、減少污染物的排放量，可見(jiàn)，本項(xiàng)目社會(huì)效益和環(huán)保效益顯著。

4、本項(xiàng)目使用秸稈、桉樹(shù)皮等農(nóng)林廢棄物進(jìn)行氣化產(chǎn)生的熱燃?xì)饨?jīng)除塵和冷卻后送入燃煤電站鍋爐發(fā)電，盤活了燃煤電站閑置的發(fā)電能力。與傳統(tǒng)的生物質(zhì)直燃電廠相比，工藝流程短，無(wú)需再配備汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)輸出以及煙氣凈化等系統(tǒng)，投資少，占地面積小，而且生物質(zhì)氣化綜合發(fā)電效率達(dá)30%以上，生物質(zhì)燃料可節(jié)省20～25%。

5、本項(xiàng)目采用先進(jìn)加壓流化床氣化技術(shù)，將經(jīng)加工后的生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)化成燃?xì)?，氣化效率高，燃?xì)饨?jīng)除塵后，為了便于管道輸送，對(duì)燃?xì)膺m當(dāng)降溫，并且確保少量的焦油不會(huì)在管道中冷凝，無(wú)焦油污染問(wèn)題，同時(shí)對(duì)熱燃?xì)獾娘@熱加以利用，提高了能量的利用效率，技術(shù)上是可行的。

6、本項(xiàng)目資本金內(nèi)部收益率為17.8%，滿足公司對(duì)項(xiàng)目投資回報(bào)率的要求。