倪浩+吳國強(qiáng)

摘 要：文章針對大型火電耦合生物質(zhì)氣化系統(tǒng)，依靠數(shù)據(jù)說明生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是可行的，為生物質(zhì)氣化耦合燃煤鍋爐發(fā)電的推廣應(yīng)用提供一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：大型火電；生物質(zhì)氣化；耦合發(fā)電

中圖分類號：TM611 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0037-02

引言

生物質(zhì)能是綠色植物通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存于生物質(zhì)內(nèi)部的能量，是僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源。生物質(zhì)能幾乎不含硫、含氮很少，碳通過光合作用，近排放量幾乎為零，因此是一種清潔可再生能源?；厥丈镔|(zhì)能，不僅能夠提高農(nóng)村經(jīng)濟(jì)收入，同時減少二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和粉塵的排放，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。大型火電耦合生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)就是一種能源高效清潔利用的方法。

1 技術(shù)方案

本文以600MW燃煤鍋爐耦合1×30MW生物質(zhì)氣化發(fā)電為例進(jìn)行分析，該電廠采用最新高效發(fā)電技術(shù)和高效靜電除塵、石灰石-石膏濕法脫硫、爐內(nèi)低氮燃燒+SCR煙氣脫硝等污染物脫除設(shè)備，并利用生物質(zhì)氣化后的合成氣送入燃煤鍋爐進(jìn)行再燃，還原主燃區(qū)產(chǎn)生的NOx[1]，降低SCR煙氣脫硝負(fù)荷，將污染物的排放控制在的排放標(biāo)準(zhǔn)以下。

生物質(zhì)氣化采用循環(huán)流化床氣化技術(shù)，氣化介質(zhì)和生物質(zhì)通過熱化學(xué)反應(yīng)生成CO、H2及少量碳?xì)浠衔锟扇細(xì)?。此生物質(zhì)氣化裝置將產(chǎn)生的可燃?xì)庾鳛槿剂纤腿肴济哄仩t與煤粉一起燃燒發(fā)電。

相比傳統(tǒng)的生物質(zhì)直燃電廠[2，3]，工藝流程短，無需再配備汽輪機(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，配置工作人員少，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25～30%；同時生物質(zhì)直燃存在嚴(yán)重的堿金屬腐蝕及鍋爐結(jié)焦的問題，對于發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)運行是極為不利，生物質(zhì)中堿金屬的存在，還會引起NOX催化劑控制設(shè)備老化或失效；燃燒方式通用性較好，對原燃煤系統(tǒng)影響較小。

相比常壓、空氣氣化耦合發(fā)電方案，加壓、富氧耦合發(fā)電技術(shù)投資略高，但加壓富氧氣化可以更大規(guī)模、更靈活處理生物質(zhì)，對原料的適應(yīng)性也更加廣泛，氣化效率、燃?xì)馄焚|(zhì)有較大提高[4]，對鍋爐的安全性更加有利，同時占地面積?。涣硗饧訅焊谎鯕饣∪チ顺簹饣械母邷厝?xì)庖L(fēng)機(jī)，同時燃?xì)夤軓捷^小，消除了生產(chǎn)運行中一個重大的安全隱患。

工藝路線主要為：經(jīng)過處理且滿足粒度要求的生物質(zhì)燃料，送入加壓裝置加壓后的生物質(zhì)，通過螺旋輸送機(jī)送入氣化爐，在一定溫度下，氣化爐內(nèi)生物質(zhì)在氣化介質(zhì)的作用下氣化生成可燃?xì)?，再?jīng)過旋風(fēng)除塵送入余熱鍋爐，可燃?xì)饨禍赜嬃亢?，熱可燃?xì)庵苯铀腿肴济哄仩t上改造增加的生物質(zhì)燃?xì)鈬娍谠偃?，利用原有發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)高效發(fā)電。整個裝置主要分為生物質(zhì)貯存、進(jìn)料、生物質(zhì)氣化、可燃?xì)獬龎m、熱回收及燃?xì)馊紵?。工藝流程圖見圖1。

2 制氣系統(tǒng)

2.1 生物質(zhì)的貯存系統(tǒng)

生物質(zhì)貯存?zhèn)}庫收到的生物質(zhì)原料，經(jīng)過稱重和取樣分析水分和熱值后存儲，生產(chǎn)過程中通過裝載機(jī)和抓斗等轉(zhuǎn)運裝置將生物質(zhì)送進(jìn)振動篩，過濾掉不合格的生物質(zhì)料，再通過螺旋輸送機(jī)和輸送皮帶將合格的生物質(zhì)送到生物質(zhì)加壓進(jìn)料系統(tǒng)的常壓料倉。

2.2 加壓進(jìn)料

常壓料倉存放的生物質(zhì)料，通過進(jìn)料裝置和閥門進(jìn)入并裝滿鎖斗，然后控制系統(tǒng)用氮氣對鎖斗充壓到0.1～0.3MPa時，生物質(zhì)燃料再通過下料閥和下料裝置進(jìn)入加壓給料倉，在加壓給料倉的底部裝有螺旋輸送機(jī)，生物質(zhì)料由螺旋輸送機(jī)不斷送入生物質(zhì)氣化爐。生物質(zhì)鎖斗在卸完料后，鎖斗將恢復(fù)到常壓狀態(tài)，重新進(jìn)料和充壓，進(jìn)行下一次循環(huán)物料的輸送。

2.3 生物質(zhì)氣化及氣體凈化

氣化爐是整個氣化系統(tǒng)的主要設(shè)備[2]，采用流化床作為氣化爐的爐型，加壓給料倉輸送過來的生物質(zhì)從氣化爐的中下部進(jìn)入爐膛反應(yīng)區(qū)；在氣化爐的底部，空氣和氧作為氣化劑送入爐膛，在爐膛內(nèi)生物質(zhì)、空氣和氧氣充分混合，形成一種沸騰流化狀態(tài)；同時，在氣化溫度為700～980℃，氣化壓力為0.1～0.3Mpa的條件下，以及在高溫床料有效的傳熱和傳質(zhì)的作用，加速氣化反應(yīng)速度，最終生成成分為CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2及少量焦油的高溫可燃?xì)狻?/p>

生物質(zhì)原料都含有一定的灰分，因此氣化過程中會產(chǎn)生灰渣，一部分灰渣由氣化爐底部排出，冷卻后送到貯存系統(tǒng)；另一部分灰渣則可通過下游旋風(fēng)分離器從可燃?xì)庵蟹蛛x出來，灰渣從旋風(fēng)分離器底部排出，送到貯存系統(tǒng)?？扇?xì)鈩t從旋風(fēng)分離器的頂部出來，進(jìn)入下游的余熱鍋爐。

2.4 熱量回收

進(jìn)入余熱鍋爐可燃?xì)獾臏囟燃s為900℃，因溫度高，燃?xì)鈫挝惑w積密度小，為了減小燃?xì)廨斔驮O(shè)備的體積和材質(zhì)等級，同時還要保證可燃?xì)庵械慕褂筒焕淠?，高溫可燃?xì)饨?jīng)過余熱鍋爐釋放熱量降溫到400℃左右，同時也根據(jù)鍋爐運行參數(shù)，自行控制溫降，余熱鍋爐產(chǎn)生的低壓水蒸汽并入電廠管網(wǎng)系統(tǒng)。

2.5 可燃?xì)獾妮斔秃腿紵?/p>

經(jīng)過除塵和余熱鍋爐的可燃?xì)?，氣體流量約為5×104Nm3/h，溫度約為400℃，壓力約為0.2MPa。可燃?xì)饨?jīng)過在線成分分析，根據(jù)輸入鍋爐的熱量計算可燃?xì)獾牧髁浚瑢⑻囟康目扇細(xì)庠偎偷饺济哄仩t前獨立的燃?xì)馊紵鬟M(jìn)入鍋爐再燃發(fā)電。在事故情況下，可燃?xì)庥歇毩⒌木o急排放和切斷系統(tǒng)，氣化爐的安全保護(hù)系統(tǒng)將啟動緊急停車，將氣化系統(tǒng)與燃煤鍋爐切斷隔離，可燃?xì)鈱⒁涟踩珔^(qū)域處理，同時啟動氮氣置換的保護(hù)程序，煤氣放散裝置設(shè)有點火裝置及氮氣滅火設(shè)施。

2.6 經(jīng)濟(jì)效益和污染物排放

（1）按大型火電耦合生物質(zhì)氣后，年發(fā)電量不變的情況

下，每年可以節(jié)省約7.5萬噸標(biāo)煤；可分別削減SO2排放約29.48t/a、煙塵排放約14.18t/a及NOx排放約63.77t/a；從溫室氣體減排角度，可削減CO2排放約12.33萬t/a。

（2）按大型火電耦合生物質(zhì)氣后，年發(fā)電量不變的情況

下，生物質(zhì)氣發(fā)電量約為18萬MWh，按照電價0.75元/KWh，則生物質(zhì)氣發(fā)電每年收入約13500萬元。

（3）一臺生物質(zhì)氣化爐系統(tǒng)設(shè)備的總投資約為1.9億元，基本收益率按7.0%，年運行費用考慮廠用電和生物質(zhì)原料費用約6000萬元。

（4）年費用的計算如下，計算公式為[5]：

A-年費用；P-初投資；R-年運行維護(hù)費；I-基準(zhǔn)收益率取7.0%；n-經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)年按20年計算

R=6000萬，P=19000萬，經(jīng)計算大約需要5年回收成本。可見在爭取到生物質(zhì)標(biāo)桿電價0.75元/KWh的條件下，采用大型火電耦合生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益很好。

3 結(jié)束語

隨著環(huán)保要求的不斷嚴(yán)格，生物質(zhì)能的利用，不僅優(yōu)化了能源結(jié)構(gòu)，提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)收入，還可有效降低污染物的排放，滿足日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，通過分析大型火電耦合生物質(zhì)氣化發(fā)電，無論在技術(shù)上、處理規(guī)模和投資性價比都具有顯著的優(yōu)勢，因此生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電是理想的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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[4]孫立.生物質(zhì)熱解氣化原理與技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[5]全國注冊咨詢工程師執(zhí)業(yè)資格考試試題分析小組.項目決策分析與評價[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2013.