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梁彥軍，袁文洋
河北建投融碳資產管理有限公司，河北石家莊 050051
摘要：近年來，我國能源消費持續增長，在全球應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外的壓力，對能源發展提出了更高的要求。當前，燃煤與生物質氣化耦合發電逐漸成為國家可再生能源發展、煤電清潔化、節能環保和低碳改造的重要方向，并發布了多項技術示范項目。本文以燃煤與生物質氣化耦合發電技術方案為主線，進行簡要的分析和描述。
利用大型燃煤電站耦合生物質發電，不僅能夠充分解決我國農林固廢、垃圾和秸稈焚燒問題，可緩解我國煤炭資源緊張的局面，減少有害物質的排放。同時可增加廣大農民的經濟收入，提高相關企業的效益和增加碳排放權收益。下文圍繞燃煤與生物質氣化耦合發電技術方案展開系列的討論，其目的在于為此項技術的發展起到一定的推動作用。
一、技術方案
以2×350MW超臨界燃煤鍋爐與1×30MW生物質氣化發電技改項目為例，項目建成后將以臨近河湖的蘆葦為主，以麥秸、棉花秸、玉米秸稈等農林廢棄殘余物補充燃料實現發電、供熱，燃料經過壓縮處理后，經循環流化床氣化爐氣化，形成高溫生物質燃氣。燃氣經除塵、余熱回收，通過風機送入現役煤粉鍋爐上新增的燃氣燃燒器，達到生物質燃氣與煤粉混合燃燒，實現利用高效的現役大型燃煤發電機組耦合生物質發電。目前大型燃煤電廠已應用了當前國際先進的高效發電、低氮、除塵和脫硫脫硝技術，利用大型電站鍋爐設備，對比生物質電廠燃燒效率和除塵脫硫脫硝減排提升效果明顯。同時生物質燃氣燃燒器可進一步降低熱力型NOx。
設備投資方面，對比生物質電廠，大型電站發展燃煤與生物質氣化耦合發電的主設備只增加氣化爐和相關輔助設備，減少了汽輪機、發電機、升壓站以及煙氣凈化系統等投資，資金成本較小，基本不需要再增加人員。在效率方面，生物質氣化耦合發電，綜合發電效率可達30%以上，生物質燃料可節省20%以上。存在問題，電站鍋爐耦合生物質氣會引起尾部煙道受熱面腐蝕和脫硝設備加速老化，對機組的安全運行存在威脅。
二、主要氣化設備
(一)循環流化床氣化爐
循環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。中部的豎井設置爐膛出口旋風旋風分離器，下部接回送裝置。尾部為除塵分離器。其下部設置水冷螺旋冷灰機，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柔性連通。
空氣由安裝在布風板的風帽進入爐膛，在爐膛內物料顆粒、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，形成密相區。循環過程采用高溫分離循環，灰渣的循環方面也具有極高的安全性與可控性。氣化爐在進風室的風道內布置柴油點火燃燒器，氣化爐膛溫度控制在700℃-900℃之間，通過調節風量，控制當量比為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。
燃料顆粒在爐膛內停留五秒至六秒時間完成干餾和熱解，產生甲烷、氫氣和一氧化碳等混合燃氣，有效的保證了氣化效率。熱解的高溫燃氣經氣化爐旋風分離器，實現固氣分離。分離出的顆粒進入到回送裝置返回到密相區當中，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)旋風除塵系統
為有效降低燃氣當中的含灰量，在高溫燃氣的出口加裝旋風除塵分離器，材質采用八毫米的鋼，內部安裝防磨內襯。旋風分離器可保證燃氣當中的灰塵含量始終保持在允許的范圍之內，燃氣溫度也可得到最大保障。
(三)燃氣熱量回收系統
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氣化爐產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等級目的，并保證可燃氣中焦油不冷凝。高溫可燃氣經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，可實現在系統內反復的循環和利用，提高了換熱的效率。
(四)燃氣輸送系統
為了保證氣化爐能夠長期處于連續運行狀態，用母管作為燃氣的輸送管道，燃氣由加壓風機壓入母管當中，再通過母管將燃氣輸送到爐前，最后送入煤粉鍋爐燃燒。在母管的進入和導出支路當中，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后每年發電電量不變，則可實現減少煤炭消費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，生物質發電量單獨統計，由電網企業全額收購，各地根據情況落實電量補償機制。雖然生物質耦合發電不再享受補貼電價，相比生物質電廠來說，具有投資成本低，發電效率高，不新占土地，污染物排放低等特點。
(3)燃煤電廠耦合生物質發電可減排14.6萬噸溫室氣體，參考目前碳排放權試點地區的交易價格，通過碳交易可為企業帶來300-400萬元的節能減排收益。
四、結語
我國是農業大國，具有豐富的生物資源，燃煤與生物質氣化耦合發電不僅可提高生物資源利用效率，還可實現明顯減排效果，是目前大型燃煤電廠節能減排、控制溫室氣體排放的重要手段。盡管到目前為止，燃煤與生物質氣化耦合發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展前景。 |
