|
陳宣龍1，劉三舉2，楊濤2
(1.華電湖北發(fā)電有限公司，武漢430061；2.湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北襄陽441041)
摘要：以湖北華電襄陽發(fā)電有限公司為例，在生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)上進(jìn)行定負(fù)荷和定煤量試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)：生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中產(chǎn)生合成氣中氣體成分穩(wěn)定，可燃?xì)怏w質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%左右，其中CH4，H2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在5%以上，CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在18%左右。在試驗(yàn)中，燃煤機(jī)組消納了合成氣入爐對(duì)燃煤機(jī)組煙氣中污染物SO2和NOx的影響。當(dāng)合成氣入爐后，煙氣中污染物SO2的質(zhì)量濃度在35mg/m3以下，NOx的質(zhì)量濃度在40mg/m3以下，均達(dá)到了超凈排放標(biāo)準(zhǔn)。合成氣入爐對(duì)燃煤機(jī)組的燃燒有增強(qiáng)作用，生物質(zhì)合成氣通過燃煤機(jī)組高效發(fā)電，并有降低燃煤機(jī)組煤耗的作用。
1研究背景
隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，根據(jù)近4年BP中國數(shù)據(jù)[1]，煤炭占中國能源消耗比重如圖1所示：2014年煤炭占中國能源消耗量的66.0%，2017年煤炭占中國能源消耗量的60.4%。煤炭占中國能源消耗量的60.0%以上，說明煤炭依舊是中國的能源主體，但是以煤炭為主要能源的利用方式并不利于中國的能源安全，尋求可再生的新能源迫在眉睫。國家能源局關(guān)于印發(fā)《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的通知明確提出，生物質(zhì)能是重要的可再生能源。開發(fā)利用生物質(zhì)能，是能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的重要內(nèi)容，是改善環(huán)境質(zhì)量、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要任務(wù)。生物質(zhì)作為一種可再生的新能源，被人們廣泛關(guān)注。
生物質(zhì)具有清潔、可再生、來源廣泛、價(jià)格低廉等特點(diǎn)[2]，是一種碳中性的可再生資源，包括林業(yè)殘留物，工廠木材廢料，伐木廢料，草本能源作物，木質(zhì)能源作物，農(nóng)作物稻殼、秸稈、花生殼，可燃燒垃圾等。生物質(zhì)主要利用方式有物理化學(xué)法、熱化學(xué)法和生物化學(xué)法[3]。生物化學(xué)法包括厭氧消化、發(fā)酵等；物理化學(xué)法主要是將生物質(zhì)成型壓塊燃燒；熱化學(xué)法包括氣化、液化、熱解、燃燒等。其中，熱化學(xué)法更貼近工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，是目前研究的熱點(diǎn)。
生物質(zhì)氣化是在一定的熱力學(xué)條件下，在某種空氣介質(zhì)氣氛中，促使生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)化為含有CO，H2，CH4等的合成氣。影響生物質(zhì)氣化的主要因素有氣化介質(zhì)、原料特性、溫度、物料比例等。GIL[4]研究不同氣化介質(zhì)(空氣、水蒸氣、水蒸氣和O2混合氣)對(duì)生物質(zhì)氣化產(chǎn)物分布及氣體產(chǎn)率的影響，發(fā)現(xiàn)水蒸氣作為氣化介質(zhì)時(shí)，合成氣的熱值更高，這是由于水蒸氣增加，促進(jìn)水汽反應(yīng)向右邊進(jìn)行(CO+H2O—CO2+H2)，使得氫氣產(chǎn)量增加。Herg-uido[5]等研究不同松樹粒徑對(duì)生物質(zhì)氣化的影響，發(fā)現(xiàn)粒徑更小的生物質(zhì)原料，傳熱升溫速率較快，氣化反應(yīng)速度更快。Turn[6]等研究了溫度對(duì)生物質(zhì)氣化的影響，發(fā)現(xiàn)溫度從750℃升高到900℃時(shí)，氣體產(chǎn)率大大增加。但溫度并不是越高越好，在生物質(zhì)氣化過程中，生物質(zhì)熱解產(chǎn)生揮發(fā)分以及二氧化碳的氣化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，而水汽變換反應(yīng)以及甲烷化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，為了得到更高的氣體產(chǎn)率和熱值的合成氣，必須選擇合適的氣化溫度。
在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，生物質(zhì)原料由于熱值較低，容積比較小，并不能滿足生物質(zhì)氣化爐的負(fù)荷需求和連續(xù)給料要求。現(xiàn)在國內(nèi)的生物質(zhì)成型設(shè)備，按照生產(chǎn)成型生物質(zhì)燃料大小主要有壓塊成型機(jī)和顆粒狀成型機(jī)[7]。根據(jù)成型燃料橫截面直徑，大于25mm的為壓塊，小于15mm的為顆粒，從生產(chǎn)效率考慮，壓塊成型具有明顯優(yōu)勢。生物質(zhì)成型燃料的制成原理是將生物質(zhì)通過粉碎、混合、擠壓、烘干等一系列工藝，制成塊狀、棒狀、顆粒狀等各種形狀的成型燃料，相比成型前，生物質(zhì)燃料的密度增加，熱值大大提高，便于運(yùn)輸。采用生物質(zhì)壓塊成型技術(shù)將生物質(zhì)壓塊成型后，其生物質(zhì)壓塊更容易被利用。生物質(zhì)能源是一種非常高效、清潔的可再生能源，有效利用生物質(zhì)能可減少石油和煤等化石能源的消耗。
國內(nèi)利用生物質(zhì)燃料發(fā)電的方式主要有生物質(zhì)直燃發(fā)電[8－10]、生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組發(fā)電[11]、生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)[12]等。生物質(zhì)直燃發(fā)電是將生物質(zhì)直接送到鍋爐中燃燒，加熱給水產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽，推動(dòng)蒸汽輪機(jī)做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生清潔的電能[8]。但生物質(zhì)直燃發(fā)電燃料的利用率較低，會(huì)產(chǎn)生SO2等有害氣體，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組發(fā)電[11]是在氣化爐中將不斷流化的成型生物質(zhì)壓塊轉(zhuǎn)化為具有較高熱值的可燃?xì)怏w，再將合成氣送入燃煤鍋爐爐膛中，可燃?xì)怏w與煤粉燃燒加熱給水，產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)葉片做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生清潔高效的電能。生物質(zhì)燃料的利用率高，同時(shí)利用燃煤機(jī)組的超凈排放裝置，避免了環(huán)境污染的問題。生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)是利用生物質(zhì)燃燒放出的熱能，加熱給水產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽，推動(dòng)蒸汽輪機(jī)做功，余熱對(duì)城區(qū)供熱。生物質(zhì)燃料被轉(zhuǎn)化為清潔的電能和有用的熱能，可以很好地滿足人們的需求，但國內(nèi)缺乏生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)相關(guān)核心技術(shù)，多數(shù)設(shè)備依賴進(jìn)口，投資成本高達(dá)6000～7000元/kW[12]。
生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)將生物質(zhì)氣化與成熟的燃煤發(fā)電技術(shù)結(jié)合在一起，不僅解決了生物質(zhì)利用過程中釋放出SO2對(duì)環(huán)境造成污染的問題，同時(shí)將生物質(zhì)氣化過程中產(chǎn)生的焦油在燃煤鍋爐內(nèi)作燃料，大大提高了生物質(zhì)燃料的利用率。利用成型的生物質(zhì)燃料不斷在流化床中氣化，產(chǎn)生的可燃?xì)怏w進(jìn)入燃煤鍋爐分離燃盡風(fēng)(SOFA)附近，在鍋爐爐膛中與煤粉、一次風(fēng)、二次風(fēng)等充分混合燃燒，加熱給水生成高溫、高壓水蒸氣，推動(dòng)汽輪機(jī)葉片做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。其中，生物質(zhì)燃料利用過程中突出的SO2排放產(chǎn)生的環(huán)境問題，可以通過燃煤機(jī)組中的脫硫塔吸收很好地解決。
但是，生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)中，生物質(zhì)系統(tǒng)相對(duì)于燃煤機(jī)組的體量較小，對(duì)燃煤機(jī)組大系統(tǒng)而言，生物質(zhì)氣化生成的可燃?xì)怏w進(jìn)入燃煤機(jī)組，產(chǎn)生的擾動(dòng)很小，是否真的會(huì)對(duì)燃煤機(jī)組負(fù)荷產(chǎn)生影響，本文主要通過試驗(yàn)進(jìn)行研究。
2生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組發(fā)電負(fù)荷試驗(yàn)
生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組發(fā)電是在燃煤機(jī)組的基礎(chǔ)上進(jìn)行生物質(zhì)氣化可燃?xì)怏w利用的相關(guān)改造，燃煤機(jī)組是生物質(zhì)氣化系統(tǒng)生成可燃?xì)怏w中SO2的過濾裝置，生物質(zhì)氣化系統(tǒng)是燃煤機(jī)組可燃?xì)怏w的來源，通過燃煤機(jī)組可以很好地解決生物質(zhì)燃料燃燒釋放SO2和污染顆粒物等問題，同時(shí)也解決了直接在燃煤機(jī)組中利用生物質(zhì)燃料產(chǎn)生的結(jié)渣問題，更好地保障了燃煤機(jī)組的安全運(yùn)行。
2.1生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組系統(tǒng)介紹
湖北華電襄陽發(fā)電有限公司(以下簡稱襄陽公司)在現(xiàn)有的#6機(jī)組(640.00MW燃煤機(jī)組)上進(jìn)行生物質(zhì)氣化耦合改造，將生物質(zhì)氣化系統(tǒng)與#6機(jī)組結(jié)合在一起。如圖2所示，生物質(zhì)壓塊進(jìn)入氣化爐中，經(jīng)過旋風(fēng)分離裝置將物料和可燃?xì)怏w分離。分離出來的粗顆粒物料通過返料裝置進(jìn)入氣化爐中循環(huán)流化，分離出的可燃?xì)怏w進(jìn)入除塵分離裝置，將可燃?xì)怏w中的細(xì)灰顆粒分離出來，通過冷灰裝置將高溫的生物質(zhì)灰顆粒收集儲(chǔ)存。將凈化的可燃?xì)怏w通過增壓風(fēng)機(jī)吹入燃煤機(jī)組鍋爐中，通過與煤充分燃燒加熱給水生成高溫、高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)葉片做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生清潔環(huán)保的電能。同時(shí)，燃燒產(chǎn)生的SO2，NOx及煙塵顆粒通過選擇性催化還原(SCＲ)脫硝、除塵裝置、脫硫塔進(jìn)行凈化后通過煙囪排出。
2.2定煤量試驗(yàn)
2.2.1定煤量試驗(yàn)條件
(1)#6機(jī)組保持機(jī)組運(yùn)行總煤量在一定值，各給煤機(jī)煤量保持穩(wěn)定，試驗(yàn)期間給煤量不調(diào)整。
(2)#6機(jī)組解除協(xié)調(diào)控制和一次調(diào)頻。
(3)#6機(jī)組采取定壓方式運(yùn)行。
(4)#6機(jī)組投鍋爐手動(dòng)，汽機(jī)自動(dòng)。
(5)#6機(jī)組汽溫、真空度維持穩(wěn)定。
(6)氣化爐給料量保持8.00t/h，燃?xì)饬考叭細(xì)饨M分穩(wěn)定。
2.2.2定煤量試驗(yàn)內(nèi)容
(1)合成氣入爐，#6機(jī)組在總煤量保持不變的工況下穩(wěn)定運(yùn)行60min。
(2)切斷合成氣來源，維持燃煤機(jī)組工況運(yùn)行。
(3)#6機(jī)組保持各原煤倉煤質(zhì)穩(wěn)定。
(4)#6機(jī)組保持供熱固定開度。
2.2.3定煤量試驗(yàn)過程
2018－09－19T10：00—11：00，當(dāng)生物質(zhì)氣化合成氣進(jìn)入燃煤機(jī)組爐膛后，記錄燃煤機(jī)組的運(yùn)行情況。在11：00之后，切斷生物質(zhì)氣化合成氣來源，并在11：35—12：35記錄切斷合成氣后燃煤機(jī)組的運(yùn)行情況。#6機(jī)組發(fā)電機(jī)的平均發(fā)電負(fù)荷取樣分散控制系統(tǒng)(DCS)發(fā)電負(fù)荷，每秒1個(gè)點(diǎn)計(jì)算1h平均發(fā)電功率。
2.3定負(fù)荷試驗(yàn)
2.3.1定負(fù)荷試驗(yàn)條件
(1)#6機(jī)組負(fù)荷保持600.00MW穩(wěn)定運(yùn)行。
(2)#6機(jī)組協(xié)調(diào)方式運(yùn)行。
(3)#6機(jī)組保持原煤倉煤質(zhì)穩(wěn)定。
(4)#6機(jī)組采取定壓方式運(yùn)行。
(5)#6機(jī)組汽溫、真空度維持穩(wěn)定。
(6)氣化爐給料量保持8.00t/h，燃?xì)饬考叭細(xì)饨M分穩(wěn)定。
(7)#6機(jī)組保持一套制粉系統(tǒng)給煤機(jī)投自動(dòng)，其他運(yùn)行給煤機(jī)手動(dòng)方式且給煤量不變。
(8)#6機(jī)組保持供熱固定開度。
2.3.2定負(fù)荷試驗(yàn)內(nèi)容
(1)合成氣入爐，#6機(jī)組在負(fù)荷保持不變的工況下穩(wěn)定運(yùn)行2h。
(2)切斷合成氣來源，維持燃煤機(jī)組工況運(yùn)行。
(3)投自動(dòng)的給煤機(jī)在試驗(yàn)階段每小時(shí)取煤樣一次。
2.3.3定負(fù)荷試驗(yàn)過程
在2018－09－19T15：00—17：00，生物質(zhì)氣化合成氣進(jìn)入燃煤機(jī)組爐膛，記錄燃煤機(jī)組的運(yùn)行情況。定負(fù)荷試驗(yàn)只投運(yùn)C給煤機(jī)給煤量自動(dòng)，其他給煤機(jī)保持手動(dòng)狀態(tài)且煤量不變。在17：00之后，切斷生物質(zhì)氣化合成氣來源，并在18：30—20：30記錄切斷合成氣后燃煤機(jī)組的運(yùn)行情況，#6機(jī)組發(fā)電機(jī)的平均發(fā)電負(fù)荷取樣分散控制系統(tǒng)(DCS)發(fā)電負(fù)荷。C磨煤機(jī)給煤量取樣DCS給煤量，每秒1個(gè)點(diǎn)計(jì)算2h平均給煤量。
本研究在襄陽公司生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)上進(jìn)行定煤量試驗(yàn)和定負(fù)荷試驗(yàn)，觀察生物質(zhì)氣化爐在運(yùn)行過程中是否穩(wěn)定產(chǎn)生可燃?xì)怏w，生物質(zhì)氣化產(chǎn)生合成氣中H2，CO，CH4等組分的體積分?jǐn)?shù)，合成氣進(jìn)入燃煤機(jī)組中對(duì)其負(fù)荷和排放煙氣中SO2，NOx質(zhì)量濃度的影響，合成氣進(jìn)入燃煤機(jī)組對(duì)DCS發(fā)電負(fù)荷以及煤量的影響。
3試驗(yàn)結(jié)果分析
3.1生物質(zhì)氣化爐燃?xì)饨M分分析
生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)是由生物質(zhì)氣化系統(tǒng)與640.00MW燃煤機(jī)組2個(gè)系統(tǒng)組成。在研究生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)中，需確保生物質(zhì)氣化系統(tǒng)產(chǎn)生合成氣中的可燃?xì)怏wH2，CO，CH4體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定。將上述DCS數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分別在合成氣入爐之前20min開始取點(diǎn)，每10min取1個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析。
本生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)中，生物質(zhì)氣化系統(tǒng)采用某廠的Gasboard－3500燃?xì)饨M分分析儀對(duì)生物質(zhì)流化床氣化爐中的合成氣進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測，并對(duì)合成氣中氣體組分進(jìn)行分析。
定煤量試驗(yàn)中可燃?xì)怏w組分變化情況如圖3所示。在定煤量試驗(yàn)中，當(dāng)合成氣入爐之后，CO，H2，CH4等可燃?xì)怏w的體積分?jǐn)?shù)基本穩(wěn)定，CH4，H2的體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在5%以上，CO的體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在18%左右，可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)總體在30%左右。11：00時(shí)，氣化爐已經(jīng)開始切換至合成氣放散狀態(tài)，這個(gè)過程中會(huì)造成合成氣組分的波動(dòng)，可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)大大降低。
定負(fù)荷試驗(yàn)中可燃?xì)怏w組分變化情況如圖4所示。在定負(fù)荷試驗(yàn)中，當(dāng)合成氣入爐之后，CO，H2，CH4等可燃?xì)怏w的體積分?jǐn)?shù)基本穩(wěn)定，CH4的體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在6%左右，H2的體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在8%左右，CO的體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在18%左右，可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)總體在32%左右。
在定煤量和定負(fù)荷試驗(yàn)中，可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)均非常穩(wěn)定，但從圖3和圖4中可以看出，可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)在30%左右，采用空氣作為生物質(zhì)氣化的氣化介質(zhì)，空氣中的N2大大稀釋了可燃?xì)怏w，當(dāng)合成氣進(jìn)入爐膛燃燒時(shí)，降低了對(duì)爐膛內(nèi)火焰中心偏移及爐膛壁超溫的影響。
3.2定煤量試驗(yàn)分析
在生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組的定煤量試驗(yàn)中，生物質(zhì)壓塊在氣化爐中不斷流化，產(chǎn)生合成氣進(jìn)入燃煤鍋爐中，提供穩(wěn)定的可燃?xì)怏w。將燃煤機(jī)組的給煤量控制在230.00t/h，燃煤機(jī)組采用定壓運(yùn)行方式，解除協(xié)調(diào)控制和一次調(diào)頻，機(jī)組的汽溫和真空度維持穩(wěn)定，保持穩(wěn)定供熱(汽輪機(jī)中壓四段抽汽供工業(yè)園蒸汽)開度，觀察合成氣進(jìn)入爐膛后對(duì)#6機(jī)組煙氣中污染物質(zhì)量濃度以及負(fù)荷的影響。
將上述煙氣中污染物質(zhì)量濃度及機(jī)組負(fù)荷的DCS數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，在合成氣入爐之前20min開始取點(diǎn)，每10min取1個(gè)點(diǎn)，對(duì)煙氣中污染物質(zhì)量濃度是否超標(biāo)及#6機(jī)組負(fù)荷變化情況進(jìn)行分析。定煤量試驗(yàn)煙氣中污染物的質(zhì)量濃度如圖5所示。
根據(jù)國家2012年實(shí)行的GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[13]的要求，火電廠排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度≤200mg/m3，NOx質(zhì)量濃度≤100mg/m3。近幾年，電力行業(yè)提出了超凈排放標(biāo)準(zhǔn)：火電廠排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度≤35mg/m3，NOx質(zhì)量濃度≤50mg/m3。如圖5所示，定煤量試驗(yàn)中煙氣污染物SO2，NOx的質(zhì)量濃度在35mg/m3以下，達(dá)到了超凈排放的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)比合成氣入爐前后SO2，NOx的質(zhì)量濃度，發(fā)現(xiàn)合成氣入爐后煙氣中污染物的質(zhì)量濃度并沒有明顯變化，640.00MW燃煤機(jī)組系統(tǒng)很好地消納了合成氣進(jìn)入燃煤鍋爐爐膛帶來的影響。
當(dāng)合成氣進(jìn)入燃煤機(jī)組鍋爐中與煤粉充分混合燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量SO2，NOx等污染物，但通過燃煤機(jī)組已有的SCＲ脫硝、電除塵及脫硫塔等一系列煙氣處理裝置，可吸收煙氣中SO2，NOx等污染物，保證排放煙氣達(dá)到超凈排放標(biāo)準(zhǔn)。
定煤量試驗(yàn)#6燃煤機(jī)組負(fù)荷變化如圖6所示。定煤量試驗(yàn)中#6燃煤機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定維持在600.00MW，合成氣入爐對(duì)燃煤機(jī)組負(fù)荷并沒有明顯影響。這是由于生物質(zhì)氣化爐負(fù)荷為10.80MW，燃煤機(jī)組參數(shù)為640.00MW，相比而言，燃煤鍋爐中可燃?xì)怏w體量太小，對(duì)640.00MW燃煤機(jī)組負(fù)荷影響較小。
3.3定負(fù)荷試驗(yàn)分析
在生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組的定煤量試驗(yàn)中，生物質(zhì)氣化產(chǎn)生合成氣進(jìn)入燃煤鍋爐，提供穩(wěn)定的可燃?xì)怏w。將燃煤機(jī)組負(fù)荷控制在600.00MW，燃煤機(jī)組采用定壓、協(xié)調(diào)方式運(yùn)行，供熱保持穩(wěn)定開度，觀察合成氣進(jìn)入爐膛后對(duì)#6機(jī)組煙氣中污染物質(zhì)量濃度以及負(fù)荷的影響。將上述煙氣中污染物質(zhì)量濃度及機(jī)組負(fù)荷的DCS數(shù)據(jù)進(jìn)行深度整理，從合成氣入爐之前20min開始取點(diǎn)，每10min取1個(gè)點(diǎn)，對(duì)煙氣中污染物質(zhì)量濃度是否超標(biāo)及#6機(jī)組負(fù)荷變化情況進(jìn)行分析。
定負(fù)荷試驗(yàn)煙氣中污染物的質(zhì)量濃度如圖7所示。定負(fù)荷試驗(yàn)中煙氣污染物SO2的質(zhì)量濃度在35mg/m3以下，NOx的質(zhì)量濃度在40mg/m3以下，均達(dá)到了超凈排放的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)比合成氣入爐前后SO2，NOx的質(zhì)量濃度，發(fā)現(xiàn)合成氣入爐后煙氣中SO2的質(zhì)量濃度幾乎達(dá)到超凈排放的臨界值，生物質(zhì)氣化合成氣導(dǎo)致了機(jī)組煙氣中SO2質(zhì)量濃度的升高，通過調(diào)節(jié)脫硫塔吸收SO2，保證SO2的質(zhì)量濃度維持在超凈排放標(biāo)準(zhǔn)；合成氣入爐后煙氣中NOx的質(zhì)量濃度有一個(gè)峰值，可能是由于生物質(zhì)氣化合成氣中的N2進(jìn)入燃煤鍋爐破壞了低氮燃燒系統(tǒng)的平衡，但是依舊能控制NOx的質(zhì)量濃度在超凈排放標(biāo)準(zhǔn)。通過燃煤機(jī)組中SCＲ脫硝、電除塵及脫硫塔等一系列裝置，大量吸收煙氣中的SO2，NOx等污染物，可保證排放的煙氣達(dá)到超凈排放標(biāo)準(zhǔn)。
定負(fù)荷試驗(yàn)#6燃煤機(jī)組總煤量變化如圖8所示。定負(fù)荷試驗(yàn)中#6燃煤機(jī)組總煤量在220.00～230.00t/h之間波動(dòng)，由于生物質(zhì)氣化合成氣進(jìn)入燃煤機(jī)組，在鍋爐中燃燒并加熱給水，在維持#6燃煤機(jī)組600MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，燃煤機(jī)組的總煤量會(huì)略微下降。實(shí)際上，合成氣進(jìn)入燃煤鍋爐會(huì)降低鍋爐爐膛的過量空氣系數(shù)，這樣不僅會(huì)降低燃燒效率，而且會(huì)影響SOFA控制低氮燃燒，導(dǎo)致更多NOx的生成。
3.4合成氣入爐對(duì)DCS發(fā)電負(fù)荷的影響
3.4.1定煤量試驗(yàn)中合成氣對(duì)DCS發(fā)電負(fù)荷的影響
在2018－09－19T10：00—11：00，當(dāng)生物質(zhì)氣化合成氣進(jìn)入燃煤機(jī)組爐膛后，記錄燃煤機(jī)組的運(yùn)行情況。在11：00之后，切斷生物質(zhì)氣化合成氣來源，并在11：35—12：35記錄切斷合成氣后燃煤機(jī)組的運(yùn)行情況。氣化運(yùn)行狀態(tài)氣化計(jì)量裝置平均發(fā)電負(fù)荷10.90MW，#6機(jī)組發(fā)電機(jī)的平均發(fā)電負(fù)荷取樣DCS發(fā)電負(fù)荷，每秒1個(gè)點(diǎn)計(jì)算1h平均發(fā)電功率。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。
通過定煤量試驗(yàn)，計(jì)算#6機(jī)組合成氣入爐及燃?xì)馇兄练派r(shí)，前后1h平均發(fā)電功率。通過平均發(fā)電功率的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)合成氣進(jìn)入爐膛后，#6機(jī)組負(fù)荷增加了13.42MW，試驗(yàn)驗(yàn)證了合成氣入爐后對(duì)機(jī)組負(fù)荷產(chǎn)生13.42MW的正方向影響。
3.4.2定負(fù)荷試驗(yàn)中合成氣對(duì)DCS發(fā)電負(fù)荷的影響
在2018－09－19T15：00—17：00，生物質(zhì)氣化合成氣進(jìn)入燃煤機(jī)組爐膛，記錄燃煤機(jī)組的運(yùn)行情況。定負(fù)荷試驗(yàn)只投運(yùn)C給煤機(jī)給煤量自動(dòng)，其他給煤機(jī)保持手動(dòng)狀態(tài)且煤量不變。在17：00之后，切斷生物質(zhì)氣化合成氣來源，并在18：30—20：30記錄切斷合成氣后燃煤機(jī)組的運(yùn)行情況，氣化運(yùn)行狀態(tài)氣化計(jì)量裝置平均發(fā)電負(fù)荷10.70MW，#6機(jī)組發(fā)電機(jī)的平均發(fā)電負(fù)荷取樣DCS發(fā)電負(fù)荷。C磨煤機(jī)給煤量取樣DCS給煤量，每秒1個(gè)點(diǎn)計(jì)算2h平均給煤量。具體數(shù)據(jù)見表2。
通過定負(fù)荷(DCS發(fā)電負(fù)荷保持在600.00MW)試驗(yàn)，計(jì)算#6機(jī)組合成氣入爐及燃?xì)馇兄练派r(shí)，前后2hC給煤機(jī)的平均給煤量。#6機(jī)組未通合成氣時(shí)平均多用原煤6.55t/h，折算成標(biāo)煤為5.05t/h，試驗(yàn)驗(yàn)證了合成氣入爐后減小了機(jī)組用煤量。
綜上所述，合成氣入爐對(duì)#6機(jī)組的燃燒有增強(qiáng)作用，當(dāng)生物質(zhì)合成氣進(jìn)入燃煤機(jī)組后，提高了#6機(jī)組發(fā)電負(fù)荷，并有降低#6機(jī)組煤耗的作用。
4試驗(yàn)結(jié)論
根據(jù)上述分析，在生物質(zhì)氣化耦合燃煤機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)上進(jìn)行定負(fù)荷試驗(yàn)與定煤量試驗(yàn)，對(duì)生物質(zhì)氣化產(chǎn)生可燃?xì)猓扇細(xì)膺M(jìn)入燃煤機(jī)組后燃煤機(jī)組負(fù)荷和排放煙氣中SO2，NOx質(zhì)量濃度的變化，以及DCS發(fā)電負(fù)荷的變化情況進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論。
(1)生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中產(chǎn)生合成氣的氣體成分穩(wěn)定，可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)在30%左右。其中，CH4，H2的體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在5%以上，CO的體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在18%左右。
(2)在定煤量和定負(fù)荷試驗(yàn)中，當(dāng)合成氣進(jìn)入燃煤機(jī)組爐膛后，合成氣與煤粉在爐膛中燃燒產(chǎn)生NOx，SO2等污染氣體，經(jīng)過超凈排放裝置后，煙氣中污染物SO2的質(zhì)量濃度在35.00mg/m3以下，NOx的質(zhì)量濃度在40.00mg/m3以下，均達(dá)到了超凈排放的標(biāo)準(zhǔn)，燃煤機(jī)組消納了生物質(zhì)氣化合成氣的影響。
(3)合成氣入爐對(duì)#6機(jī)組的燃燒有增強(qiáng)作用，生物質(zhì)合成氣通過#6機(jī)組高效發(fā)電，并有降低#6機(jī)組煤耗的作用。
 |
