吳智泉,吳躍明

(大唐安徽發(fā)電有限公司，安徽 合肥 230071)

0　引言

生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)，是將生物質(zhì)在循環(huán)流化床(circulating fluidized bed, CFB)氣化爐中氣化產(chǎn)生的生物質(zhì)氣送入燃煤鍋爐與煤粉共燃，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)高效清潔利用的發(fā)電技術(shù)。與國(guó)際上較多采用的生物質(zhì)預(yù)處理后直接送入燃煤鍋爐混燃相比，除同樣可獲得較高的發(fā)電效率、進(jìn)一步降低氮氧化物外，還具有入爐生物質(zhì)燃?xì)鉄崃坑?jì)量準(zhǔn)確、電量檢測(cè)及監(jiān)管簡(jiǎn)單、對(duì)燃煤鍋爐影響小等更加突出的優(yōu)勢(shì)。隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破、計(jì)量及電價(jià)政策的落實(shí)，生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電商業(yè)化進(jìn)程將會(huì)加快。對(duì)于發(fā)電功率10 MW級(jí)、20 MW級(jí)甚至30 MW級(jí)生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電項(xiàng)目，在工程實(shí)際應(yīng)用中還需要不斷優(yōu)化和完善。國(guó)內(nèi)目前各有一個(gè)發(fā)電功率10 MW級(jí)在運(yùn)、在調(diào)試項(xiàng)目，在完善當(dāng)前國(guó)內(nèi)生物質(zhì)CFB氣化爐氣化與燃煤鍋爐共燃的技術(shù)方案上將會(huì)積累和提供更多的設(shè)計(jì)、調(diào)試和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)[1-2]。

本文以某發(fā)電公司下屬兩個(gè)電廠的2×660 MW燃煤機(jī)組與生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電工程為研究對(duì)象，結(jié)合當(dāng)前生物質(zhì)氣化研究的最新技術(shù)成果，對(duì)其氣化系統(tǒng)布置方案的選擇及優(yōu)化進(jìn)行分析討論。生物質(zhì)CFB氣化技術(shù)是一種新型的氣化技術(shù)，具有處理量大、運(yùn)行穩(wěn)定、燃料適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。本工程選用生物質(zhì)高速循環(huán)流化床氣化裝置，該裝置是氣化系統(tǒng)的核心；氣化系統(tǒng)共有多種布置方案可供選擇，重點(diǎn)討論4種典型的布置方案[3-7]。

1　生物質(zhì)氣化系統(tǒng)布置方案分析

1.1　“負(fù)壓CFB氣化爐+換熱器+增壓風(fēng)機(jī)”布置(方案1)

“負(fù)壓CFB氣化爐+換熱器+增壓風(fēng)機(jī)”布置方案如圖1所示。該方案在湖北荊門(mén)電廠600 MW機(jī)組上已得到成功的商業(yè)運(yùn)行，湖北襄陽(yáng)項(xiàng)目預(yù)計(jì)2017年底投產(chǎn)。

圖1　“負(fù)壓CFB氣化爐+換熱器+增壓風(fēng)機(jī)”布置方案Fig.1　Layout scheme of ‘constant pressure CFB+heat exchanger+booster fan’

CFB氣化爐運(yùn)行中為微負(fù)壓-60～-40 Pa，反應(yīng)溫度650～750 ℃(根據(jù)生物質(zhì)特性確定，桔桿類偏低)，氣化爐內(nèi)呈現(xiàn)高溫少氧的爐膛環(huán)境?？刂艭FB氣化風(fēng)量，生物質(zhì)燃料通過(guò)干餾、熱解及化學(xué)氧化反應(yīng)后產(chǎn)生含有一氧化碳、氫氣、甲烷等氣體成分的生物質(zhì)燃?xì)?以下簡(jiǎn)稱燃?xì)?。燃?xì)庠跔t膛內(nèi)停留5～6 s，然后夾帶固體粒子進(jìn)入氣化爐旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，分離的固體粒子通過(guò)回料器從氣化爐下部送至密相區(qū)以控制床溫。從氣化爐旋風(fēng)分離器出來(lái)的燃?xì)膺M(jìn)入除塵分離器，進(jìn)一步將固體顆粒物分離后通過(guò)換熱器降溫至400～420 ℃，再由高溫引風(fēng)機(jī)(增壓風(fēng)機(jī))送入煤粉鍋爐。換熱后的燃?xì)庠谒腿脲仩t的過(guò)程中，溫度始終控制在400 ℃左右，使氣化過(guò)程中生成的焦油保持氣態(tài)形式，氣態(tài)的焦油被煤粉鍋爐充分的燃燒利用[8]。

該方案的主要特點(diǎn)分析如下[6]：

1) 焦油生成量大。項(xiàng)目所在地當(dāng)涂地區(qū)的生物質(zhì)以稻殼、稻稈和小麥稈為主，通過(guò)采樣分析，生物質(zhì)揮發(fā)分平均含量分別高達(dá)62%、63%和65%；項(xiàng)目所在地淮北地區(qū)以棉花桿、玉米桿、大豆桿和小麥稈為主，其揮發(fā)分平均含量分別高達(dá)69%、65%、67%和66%。因此氣化熱解階段氣體和液體產(chǎn)物析出量較大，盡管本方案在最終生成燃?xì)庵薪褂统蕷鈶B(tài)，理論上最終能被煤粉鍋爐全部利用，但據(jù)荊門(mén)項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，仍有約1%焦油在管道系統(tǒng)流動(dòng)死角析出。另外，焦油產(chǎn)物的組成規(guī)律需要關(guān)注，工程應(yīng)用中要確保任何工況下生物質(zhì)焦油不凝結(jié)成液體。由于生物質(zhì)焦油是由芳香烴及其衍生物和多芳香烴組成的復(fù)雜化合物，可以分析的組分達(dá)到100多種，其中含量大于5%的約有7種，其組份和熱值的在線準(zhǔn)確測(cè)量存在困難，國(guó)電荊門(mén)項(xiàng)目焦油熱量未計(jì)入燃?xì)鉄崃?，但這部分熱量被燃煤鍋爐充分利用。

2) 系統(tǒng)存在腐蝕與沾污。堿金屬氯化物容易導(dǎo)致受熱面的結(jié)渣、積灰和腐蝕。稻草和麥秸等秸稈中的堿金屬元素(主要以K為主，Na的含量通常比K小得多)和氯元素含量較高。有研究表明，在還原氣氛下堿金屬蒸氣凝結(jié)溫度在620～655 ℃之間。氣態(tài)堿金屬化合物遇到較冷的換熱器表面時(shí)會(huì)凝結(jié)，導(dǎo)致積灰硬化，而生成的氯化物穩(wěn)定性差易被氧化，逐漸引起金屬管壁的腐蝕尤其是本方案中的換熱器管道。對(duì)取樣的生物質(zhì)樣品進(jìn)行分析，淮北小麥桿灰中K2O的含量最高達(dá)29.95%，具有很強(qiáng)的粘附性。本方案中，流化床氣化爐運(yùn)行溫度一般為650～750 ℃，可避免灰分結(jié)渣的風(fēng)險(xiǎn)，但換熱器處只要積灰就會(huì)粘附在受熱面上影響換熱效果。若用蒸汽等在線吹灰，會(huì)直接影響到燃?xì)獾慕M分和熱值。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)查，熱負(fù)荷30 MW級(jí)氣化系統(tǒng)所需吹灰蒸汽量較小，對(duì)燃?xì)獾挠绊戇€不十分明顯。

3) 燃料適應(yīng)性有待改善。通過(guò)分析，在以下幾方面有待實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證： ①由于氣化爐內(nèi)微負(fù)壓，對(duì)于不同品種和規(guī)格的生物質(zhì)而言，如何保證提升管底部具有足夠的流化速度，確保生物質(zhì)在燃料尺寸、水分、熱值及燃料主要理化特性在大范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)氣化爐循環(huán)系統(tǒng)的壓力平衡；②如何利用氣化爐內(nèi)床料存料量來(lái)調(diào)整適應(yīng)氣化爐的熱慣性變化，增強(qiáng)氣化爐對(duì)高水分、易纏繞、加料特性差的生物質(zhì)原料的適應(yīng)性；③如何通過(guò)一、二次風(fēng)的合理調(diào)整和惰性氣體返料，抑制密相區(qū)超溫及提高稀相區(qū)溫度，建立適宜生物質(zhì)反應(yīng)的溫度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)高堿金屬含量、低灰熔點(diǎn)生物質(zhì)原料的充分氣化等。對(duì)于單一稻殼氣化，涉及這3方面問(wèn)題的程度較小，這是稻殼氣化穩(wěn)定可靠的最主要原因。如國(guó)電荊門(mén)項(xiàng)目，在稻殼供應(yīng)不足時(shí)，氣化系統(tǒng)停止運(yùn)行。對(duì)于多品種類生物質(zhì)氣化，必須很好地解決這3方面問(wèn)題。熱功率60 MW的生物質(zhì)循環(huán)流化床新問(wèn)題會(huì)更多，即將投產(chǎn)的襄陽(yáng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)燃料為50%稻殼和50%秸稈類成型料，在調(diào)試除稻殼以外的成型料或破碎料的氣化過(guò)程中取得的經(jīng)驗(yàn)會(huì)有助于本方案的優(yōu)化。

圖2　“正壓CFB氣化爐+換熱器”布置方案Fig.2　Layout scheme of ‘positive pressure CFB+heat exchanger’

4) 要保證高溫引風(fēng)機(jī)的可靠性。高溫引風(fēng)機(jī)入口燃?xì)鉁囟葹?50～750 ℃，出口壓力要求10～15 kPa。受到燃煤機(jī)組對(duì)燃?xì)馊紵鞯牟贾煤蛥?shù)要求的限制，熱功率60 MW燃?xì)廨斔湍腹苤睆奖葻峁β?0 MW增加不多，但產(chǎn)氣量增加了1倍；而燃燒器的入口壓力受燃?xì)饬魉傧拗圃黾恿枯^少。這給風(fēng)機(jī)的選型增加了難度，有可能需要兩臺(tái)風(fēng)機(jī)串接以滿足要求。國(guó)電荊門(mén)項(xiàng)目的高溫引風(fēng)機(jī)是自行開(kāi)發(fā)研制的專利產(chǎn)品，容量250 kW，運(yùn)行比較穩(wěn)定。

5) 防爆設(shè)計(jì)要求高。高溫燃?xì)庵醒鯕鉂舛冗_(dá)到一定程度時(shí)極易發(fā)生爆炸。高溫燃?xì)庵醒鯕獾闹饕獊?lái)源是有組織的氣化空氣和無(wú)組織的漏風(fēng)，有組織的氣化空氣通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)和超限保護(hù)系統(tǒng)能做到精準(zhǔn)控制，而無(wú)組織的漏風(fēng)主要來(lái)自負(fù)壓系統(tǒng)的不嚴(yán)密處，一旦引風(fēng)機(jī)前設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)密封破壞漏入空氣會(huì)極大地增加系統(tǒng)爆炸風(fēng)險(xiǎn)。有設(shè)計(jì)規(guī)范表明，受限空間的甲烷、一氧化碳、氫氣的極限爆炸濃度分別是5%～15%、12.5%～74.2%及4%～75%。本項(xiàng)目生物質(zhì)氣化后高溫燃?xì)庵械募淄?約占6%)、一氧化碳(約占18%)、氫氣(約占4%)等濃度正處于極限爆炸濃度范圍內(nèi)，一旦有空氣漏入系統(tǒng)就會(huì)被引爆。實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)壓生物質(zhì)氣化系統(tǒng)因空氣漏入存在不同程度爆炸的情況。

1.2　“正壓CFB氣化爐+換熱器”布置(方案2)

“正壓CFB氣化爐+換熱器”布置方案如圖2所示，目前國(guó)內(nèi)未有商業(yè)運(yùn)行案例，但技術(shù)方案較為成熟，武漢天河技術(shù)股份公司等單位力推這一技術(shù)路線。

與方案1相比，其特點(diǎn)有：

1) 該方案中，CFB氣化爐正壓運(yùn)行，氣化爐爐膛壓力≥15 kPa，氣化爐出口輸送壓力同煤粉鍋爐的一次風(fēng)壓約為8～15 kPa。由于送入氣化爐的介質(zhì)風(fēng)壓力高，有利于CFB床料和物料的流化，燃料適應(yīng)性較方案1有所改善。

2) CFB氣化爐反應(yīng)溫度650～750 ℃，高溫燃?xì)庠谒腿朊悍坼仩t前，仍需通過(guò)換熱器將燃?xì)鉁囟冉档?00 ℃左右，其流程同方案1。在燃換熱器內(nèi)同樣存在堿金屬析出和腐蝕問(wèn)題。

3) 取消高溫引風(fēng)機(jī)，運(yùn)行中氣化系統(tǒng)廠用電容量可分別下降250 kW(熱功率30 MW)和500 kW(熱功率60 MW)。

圖3　“正壓CFB+正壓固定床+半焦回床”布置方案Fig.3　Layout scheme of ‘positive pressure CFB+Positive press fixed bed+semi-coke back to bed’

4) 對(duì)給料器及回料器的密封要求較高，進(jìn)回料系統(tǒng)控制較難。方案1中給料裝置為機(jī)械式螺旋給料，回料裝置一般為流化床密封罐型回料器，通過(guò)回料器風(fēng)量調(diào)節(jié)完成了回料過(guò)程并使物料不能倒流回旋風(fēng)分離器。但方案2由于是正壓系統(tǒng)，給料器進(jìn)出口處密封氣體必須保持平衡，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。回料器易發(fā)生下料困難問(wèn)題，返料較低時(shí)容易變成低速攜帶床。

5) 包括氣化爐在內(nèi)的整個(gè)氣化系統(tǒng)均為正壓，系統(tǒng)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

1.3　“正壓CFB+正壓固定床+半焦回床/直排”布置(方案3)

“正壓CFB+正壓固定床+半焦回床”或 “正壓CFB+正壓固定床+半焦直排”方案，目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有該生物質(zhì)氣化方案的商業(yè)運(yùn)行案例。上海鍋爐廠在褐煤/長(zhǎng)焰煤氣化上有成功的應(yīng)用，經(jīng)試驗(yàn)論證，其技術(shù)方案運(yùn)用在生物質(zhì)燃料氣化上也是可行的。

該設(shè)計(jì)方案中， CFB氣化爐為正壓，反應(yīng)溫度為700～750 ℃，產(chǎn)生的高溫燃?xì)庠谒腿朊悍坼仩t前通過(guò)熱解干燥固定床內(nèi)的生物質(zhì)燃料將燃?xì)鉁囟壤鋮s到350～380 ℃，即在固定床內(nèi)從下至上依次完成生物質(zhì)半焦顆粒、熱裂解、脫揮發(fā)份、氣化還原、脫水份全過(guò)程，使CFB氣化爐中高溫粗燃?xì)獾玫搅烁馁|(zhì)降溫。氣化過(guò)程中生成的焦油保持氣態(tài)形式，高溫燃?xì)庵械膲A金屬在固定床中析出并保留在固定床中。按設(shè)計(jì)，約10%的生物質(zhì)燃料被送入CFB氣化爐，進(jìn)行氣化產(chǎn)生一定量的700～730 ℃的粗燃料氣，經(jīng)兩級(jí)旋風(fēng)分離器后，從下部進(jìn)入固定床；約90%的生物質(zhì)燃料由固定床的頂部進(jìn)入，固定床內(nèi)的燃料和CFB氣化爐產(chǎn)生的高溫燃?xì)?，在固定床?nèi)進(jìn)行熱解干燥冷卻后直接被送入煤粉鍋爐。固定床生成的半焦，經(jīng)回料器直接返回CFB氣化爐(見(jiàn)圖3)或直排作為副產(chǎn)生物炭黑(見(jiàn)圖4)。

與方案2相比，其特點(diǎn)有：

1) 半焦回床再氣化。據(jù)上海電氣中央研究院聯(lián)合上海交通大學(xué)完成的成型生物質(zhì)顆粒熱解氣化實(shí)驗(yàn)評(píng)估：固定床生成的半焦顆粒絕大部分保持原形，少量粉末化，殘留物主要為固定碳和灰分，呈多孔半焦形態(tài)。按氣化過(guò)程分析，固定熱解后的半焦回床后僅能在較高的溫度下(700～750 ℃)與引入的空氣參與氧化反應(yīng)并釋放出熱量，或者在無(wú)氧狀態(tài)下參與還原反應(yīng)。若生物質(zhì)原料是桔桿類，氣化爐氣化溫度較低，半焦的氧化還原反應(yīng)強(qiáng)度將降低，一定程度影響CFB氣化爐的產(chǎn)氣率。

圖4　“正壓CFB+正壓固定床+半焦直排”布置方案Fig.4　Layout scheme of ‘positive pressure CFB+positive press fixed bed+semi-coke discharged directly’

2) 半焦直排再利用。由固定床處理的生物質(zhì)燃料約占總量的90%，根據(jù)原料的工業(yè)分析，約有20%的固定碳和灰份。由于固定床內(nèi)無(wú)氧，所以半焦的產(chǎn)量約占總?cè)剂狭康?5%左右，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值若不充分利用將直接影響項(xiàng)目的總體效益。

3) 系統(tǒng)復(fù)雜。本方案設(shè)計(jì)有兩套上料系統(tǒng)，若增加半焦回料系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜且對(duì)設(shè)備密封性要求很高；氣化介質(zhì)除空氣外，還需增加一路高壓蒸汽。在半焦返回流化床與生物質(zhì)燃料混合后反應(yīng)氣化時(shí)，因半焦量大，存在氣化風(fēng)量和氣化溫度的匹配優(yōu)化問(wèn)題。

4) 固定床出口溫度有波動(dòng)。浙江大學(xué)[9]對(duì)下吸式生物質(zhì)固定床的試驗(yàn)研究表明，氣化溫度在310 ℃時(shí)，生物質(zhì)焦油(CnHm)濃度達(dá)到最大值，隨著溫度的升高，CnHm濃度逐步降低；鄭州大學(xué)[10]試驗(yàn)研究表明，CnHm在300 ℃以上呈氣態(tài)，固定床出口溫度受燃料水份、CFB氣化產(chǎn)生的高溫燃?xì)饬?、固定床回料速度等因素影響，固定床出口溫度?huì)產(chǎn)生波動(dòng)。不同的焦油成份冷凝成液體時(shí)的溫度不同，當(dāng)燃?xì)鉁囟鹊陀?80 ℃時(shí)，在固定床出口的管道系統(tǒng)中就存在焦油析出粘結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)。

5) 優(yōu)勢(shì)明顯。這種氣化-熱解串床設(shè)計(jì)，其優(yōu)勢(shì)明顯：操作彈性大，無(wú)高溫增壓風(fēng)機(jī)和換熱器，半焦的直排與回爐可相互切換，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，爆炸風(fēng)險(xiǎn)也大大降低。較前面兩個(gè)方案，由于增加了固定床，對(duì)多品種生物質(zhì)成型料適應(yīng)性有較大提高，且強(qiáng)化了熱解過(guò)程，提高了CH4占比。據(jù)上海鍋爐廠提供的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)可提高燃?xì)鉄嶂?5%，每千克生物質(zhì)燃料產(chǎn)氣率略有提高；同時(shí)還解決了燃?xì)獾睦鋮s問(wèn)題和堿金屬凝結(jié)后的處理問(wèn)題(堿金屬在固定床內(nèi)析出，無(wú)需處理)；半焦的返燒或利用可視經(jīng)濟(jì)效益而定。

1.4　“CFB燃燒爐+CFB氣化爐+換熱器”雙流化床布置(方案4)

圖5所示“CFB燃燒爐+CFB氣化爐+換熱器”是串行流化床生物質(zhì)氣化的另一種布置方案，因串行流化床的形式多樣，不同組合形式的雙流化床氣化裝置的氣化效率和產(chǎn)氣質(zhì)量差別較大。

圖5　“CFB燃燒爐+CFB氣化爐+換熱器”布置方案Fig.5　Layout scheme of ‘CFB combustion furnace+CFB gas furnace+heat exchanger’

該方案的設(shè)計(jì)中，物料的氣化和燃燒被分離開(kāi)來(lái)，燃燒爐燃燒半焦產(chǎn)生能量加熱循環(huán)灰，高溫循環(huán)灰進(jìn)入氣化爐為生物質(zhì)熱解氣化提供能量，實(shí)現(xiàn)能量傳遞并避免煙氣竄入氣化爐。由于燃料不與空氣直接接觸，因此氣化產(chǎn)氣不會(huì)與燃燒煙氣相混，得到幾乎不含N2的高純度可燃?xì)怏w。東南大學(xué)熱能工程系[5]近年來(lái)也對(duì)此類型的雙流化床進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，他們利用松木鋸末為生物質(zhì)原料，其合成氣熱值高達(dá)13.20 MJ/m3，總碳轉(zhuǎn)化率為91%。

與上述3個(gè)方案相比較，其缺點(diǎn)有：

1) 仍需要換熱器降低燃?xì)鉁囟?。若配增壓風(fēng)機(jī)，同樣存在方案1的問(wèn)題。

2) CFB燃燒爐所產(chǎn)生的灰量有限，灰的顯熱含量較低，由此造成CFB氣化爐低溫氣化，影響氣化效率，氣化爐熱功率受到限制。

3) 受氣化溫度限制，氣化爐中焦油含量也高，燃料的適應(yīng)性也較其他方案差。

4) 系統(tǒng)比方案3更復(fù)雜。燃燒床產(chǎn)生的廢氣還需增加一套處理系統(tǒng)。

以上缺點(diǎn)也是雙流化床技術(shù)至今仍在不停發(fā)展與變化的原因所在。

2　生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化爐方案的比較與選擇

2.1　不同方案對(duì)比

通過(guò)比較不同氣化爐的燃?xì)饨禍胤椒?、焦油狀態(tài)、積灰程度、堿金屬析出、操作溫度、系統(tǒng)復(fù)雜性、適用燃料、系統(tǒng)效率、系統(tǒng)投資、處理熱功率等，總結(jié)出對(duì)氣化爐技術(shù)方案影響最大的因素。選擇對(duì)

比的技術(shù)路線各有優(yōu)劣，針對(duì)目前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)狀況選擇優(yōu)化方案。各技術(shù)路線對(duì)比如表1所示[11-12]。

2.2　可選優(yōu)化方案

最優(yōu)生物質(zhì)氣化系統(tǒng)布置方案需要同時(shí)滿足下列條件：

1) 適應(yīng)多種成型燃料。生物質(zhì)氣化系統(tǒng)要能夠適應(yīng)多種成型燃料的供應(yīng)，保證運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。由于不同的生物質(zhì)燃料對(duì)應(yīng)不同的氣化特性，對(duì)氣化條件要求也有所差異，所以氣化爐要能方便調(diào)節(jié)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，保證不同的生物質(zhì)燃料產(chǎn)生穩(wěn)定的生物質(zhì)氣化燃?xì)狻?/p>

2) 焦油不在設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)析出沉積。生物質(zhì)氣化過(guò)程中有焦油產(chǎn)生，焦油在系統(tǒng)內(nèi)沉積附著在設(shè)備內(nèi)壁會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生影響。生物質(zhì)焦油在400 ℃左右以氣態(tài)和生物質(zhì)氣化氣混合，在氣體溫度降低后，焦油在系統(tǒng)內(nèi)壁進(jìn)行凝結(jié)。所以系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮輸氣系統(tǒng)和管道，維持一定的溫度保證焦油呈氣態(tài)。

3) 換熱面堿金屬腐蝕小，堿金屬蒸汽在換熱器表面凝結(jié)后造成積灰，這種積灰應(yīng)能在線清理。

4) 對(duì)于負(fù)壓系統(tǒng)高溫引風(fēng)機(jī)可靠。這種非標(biāo)特制的高溫引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中必須具有較高的可靠性。

5) 熱壁式氣化爐不易結(jié)焦，要做到不同生物質(zhì)燃料氣化溫度控制低于其灰熔點(diǎn)溫度。

6) 氣化效率較高。氣化效率高，則生物質(zhì)燃料能源利用率就會(huì)提高，降低發(fā)電能耗，節(jié)約燃料成本。

表1　技術(shù)路線對(duì)比表Table 1　Technical route comparison

7) 整個(gè)氣化系統(tǒng)存在低爆炸風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于設(shè)計(jì)燃料為多品種秸稈類生物質(zhì)和廢棄的木質(zhì)料項(xiàng)目，如本工程設(shè)計(jì)燃料不包含顆粒度和密度均勻且氣化特性穩(wěn)定的稻(谷)殼類燃料，在方案優(yōu)化時(shí)，要將適應(yīng)不同種類的生物質(zhì)的氣化方案加上氣化系統(tǒng)是否符合嚴(yán)格的防爆要求作為重點(diǎn)條件考慮。

綜合上述因素，結(jié)合表1的對(duì)比情況，認(rèn)為“正壓CFB氣化爐+換熱器”布置(方案2)和“正壓CFB+正壓固定床+半焦回床/直排 ”布置(方案3)為可選優(yōu)化方案。方案2只要解決好進(jìn)料和回料裝置問(wèn)題，氣化系統(tǒng)技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠；而方案3氣化系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯，技術(shù)上不確定因素也很明顯，需要突破和進(jìn)一步試驗(yàn)論證。

對(duì)于設(shè)計(jì)燃料為稻殼或品種單一的生物質(zhì)成型料且熱功率30 MW的氣化系統(tǒng)，方案1具有較好的可靠性，已得到國(guó)電荊門(mén)項(xiàng)目3 a多的運(yùn)行證明，也是一種可選方案。

3　結(jié)語(yǔ)

熱功率30 MW/60 MW大型生物質(zhì)FCB氣化爐工程應(yīng)用剛起步，但技術(shù)研究成果已趨完善。華北電力大學(xué)生物質(zhì)與煤共燃工程技術(shù)研究中心擁有包括耦合系統(tǒng)和氣化爐本體的多項(xiàng)生物質(zhì)氣化與燃煤耦合發(fā)電技術(shù)專利。上海電氣和東方電氣等利用其循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)在煤制燃料氣領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，積極地在生物質(zhì)制燃料氣領(lǐng)域進(jìn)行研究推廣應(yīng)用。建立生物質(zhì)耦合發(fā)電示范工程對(duì)下一步推廣非常重要。作為示范工程項(xiàng)目，既要考慮到項(xiàng)目的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，更要代表具有創(chuàng)新和突破性的技術(shù)應(yīng)用。通過(guò)對(duì)生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化爐方案進(jìn)行分析、論證、比較和優(yōu)化，可對(duì)生物質(zhì)氣化與燃煤鍋爐共燃耦合發(fā)電項(xiàng)目起到示范性作用。

WU Zhiquan, HAN Zhonghe, XIANG Peng, et al. Energy and exergy flow analysis of biomass gasification-coal coupling power generation system[J]. Distributed Energy, 2017, 2(6): 8-13.

[2]何培紅， 沈冶， 常平， 等. 10.8 MW生物質(zhì)氣化再燃發(fā)電項(xiàng)目工業(yè)應(yīng)用[C]//中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)清潔高效發(fā)電技術(shù)協(xié)作網(wǎng)2014年會(huì), 銀川， 2014.

[3]高揚(yáng)， 肖軍, 沈來(lái)宏. 串行流化床生物質(zhì)氣化制取富氫氣體模擬研究[J]. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào), 2008, 29(7): 894-899.

GAO Yang, XIAO Jun, SHEN Laihong. Hydrogen production from biomass gasification in interconnected fluidized beds[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2008, 29(7): 894-899.

[4]王紅梅， 張現(xiàn)飛， 張?zhí)m珍， 等. 流化床生物質(zhì)氣化發(fā)電過(guò)程動(dòng)力學(xué)建模與驗(yàn)證[J]. 可再生能源, 2011, 29(4): 48-52.

WANG Hongmei， ZHANG Xianfei， ZHANG Lanzhen, et al. Kinetic modeling and verification of the biomass gasification by fluidized bed[J]. Renewable Energy Resources, 2011, 29(4): 48-52.

[5]吳正舜， 馬隆龍， 吳創(chuàng)之. 下吸式氣化爐中生物質(zhì)氣化發(fā)電的運(yùn)行與測(cè)試[J]. 煤炭轉(zhuǎn)化, 2003, 26(4): 79-82.

WU Zhengshun, MA Longlong, WU Chuangzhi. Performance and testing of power generation from biomass gasification by downdraft gasifier[J]. Coal Conversion, 2003, 26(4): 79-82.

[6]聶鑫蕊， 殷科， 孫軍. 適于區(qū)域生物質(zhì)特性的生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 四川環(huán)境, 2017(2): 155-160.

[7]杜厚浩. 生物質(zhì)氣化混燃發(fā)電氣化爐系統(tǒng)自動(dòng)控制研究[J]. 大陸橋視野, 2016(18): 173-175.

[8]郭東彥， 伊?xí)月罚?徐健， 等. 生物質(zhì)循環(huán)流化床循環(huán)特性研究[J]. 可再生能源, 2004, 22(6): 23-25.

GUO Dongyan, YI Xiaolu, XU Jian, et al. The study of cycling characteristic in circulating fluidized bed with biomass[J]. Renewable Energy Resources, 2004, 22(6): 23-25.

[9]吳家樺， 沈來(lái)宏， 肖軍， 等. 串行流化床生物質(zhì)氣化制取合成氣試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2009, 29(11): 111-118.

WU Jiahua, SHEN Laihong, XIAO Jun, et al. Experimental study on syngas production from biomass gasification in interconnected fluidized beds[J]. Proceedings of the CSEE, 2009, 29(11): 111-118.

[10]王炎昌. 生物質(zhì)氣化中焦油的催化轉(zhuǎn)化[D]. 鄭州: 鄭州大學(xué), 2005.

WANG Yanchang. Catalytic conversion of tar in biomass gasification[D]. Zhengzhou: Zhengzhou University. 2005.

[11]趙冰. 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用[J]. 中國(guó)科技成果, 2012(20): 4-5.

ZHAO Bing. The application of biomass gasification power generation technology in China[J]. China Science and Technology Achievements, 2012(20): 4-5.

[12]甄恩明， 蔡正達(dá)， 王文紅. 淺論生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用潛力[C]//電力與可持續(xù)發(fā)展——2011年云南電力技術(shù)論壇, 昆明, 2011.

吳智泉