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文/張慶平 東南大學建筑設計研究院有限公司
摘要：生物質與燃煤混燃耦合發電是一種成熟的可再生能源發電技術，利用火電廠業已形成的超低排放環保設備和高效的鍋爐燃燒設備，達到生物質能的高效利用，提高可再生資源的利用量?
一、引言
能源問題和環境問題是全球共同面臨的兩大重大問題，我國能源發展戰略行動計劃提出2020年實現非化石燃料能源比重15%?因此，大力發展新能源和可再生能源，是我國推進能源多元清潔發展、培育戰略新興產業的重要戰略舉措，也是保護生態環境、應對氣候變化、實現可持續發展的迫切需要?從煤電機組在電力結構中占主體地位的國情出發，生物質與燃煤耦合發電是優化能源資源配置、破解污染治理難題、促進生態文明建設、推動經濟社會綠色發展的有力舉措?
二、我國生物質資源、生物質發電現狀與前景
我國可作為能源利用的農作物秸稈及農產品加工剩余物、林業剩余物和能源作物等生物質資源總量每年約4.6億t標準煤?目前，我國生物質能年利用量約3500萬t標準煤，利用率僅為7.6%?
截止至2016年，我國生物質發電裝機容量1214萬KW，其中農林生物質發電裝機容量為605萬KW，垃圾焚燒發電容量為574萬KW，沼氣發電容量為35萬KW，各種生物質發電幾乎全為純燒生物質發電，而且其裝機容量多為1~3萬kW蒸汽參數不高的低效率小機組，純燒生物質發電項目的供電效率一般低于30%?因此，純燒生物質的小容量低效率發電不是生物質發電的主要發展方向?
到2020年，我國燃煤裝機容量將達到11億KW，如果能夠有50%的生物質用于燃煤電廠的摻燒發電，那么燃煤耦合生物質發電機組總容量可以達到5.5億KW按平均摻燒量為10%估算，則折算生物質發電裝機容量可達到5500KW?如果我國每年有50%的生物質用于發電，那么可發電量約7200億KW·h，折算成裝機容量約為1.8億KW，是2016年全國發電量的12%，也就是說，可較大幅度降低煤電的CO2排放?大容量高效煤電廠采用燃煤耦合生物質發電，應該是現階段我國煤電大幅度降低碳排放的主要措施?
三、生物質與燃煤混燃耦合發電的優勢
生物質與燃煤混燃耦合發電是指將生物質燃料應用于燃煤電廠中和煤一起作為燃料發電?生物質直接與煤混合燃燒，產生蒸汽，帶動蒸汽輪機發電?根據供應情況摻入或多或少的生物質與煤混合發電，而不是單純地燃用生物質，這種生物質發電方式具有更多的優勢?
(一)投資較省?可以充分得用燃煤電廠的原有設施和系統來實現生物質燃料的利用?
(二)混燒比例靈活?在資源豐富時可以提高生物質的比例，而在資源供應不足時提高煤的比例，可以降低生物質燃料的供應風險?該風險包括兩個方面，資源風險和價格風險?前者是指在電廠經濟收集區域內的生物質資源能否滿足電廠的使用?后者是指生物質供求關系的平衡點是否在電廠可以接受的范圍內?
(三)能夠有效保證電廠的順利運行?生物質電廠正常運行最大障礙是燃料的供應問題?純燒生物質的電廠只能燒生物質燃料，其持續充足供應面臨諸多難題?而混燒生物質的電廠可以燒煤，燃料，風險低，運行可靠性高?
(四)在混燒比例小于20%的情況下，生物質灰特性所帶來的結渣、積灰和腐蝕等影響鍋爐性能的問題小得多?
四、生物質與燃煤混燃耦合發案例
本文以2×300MW燃煤與生物質耦合發電工程為例進行說明.該工程生物質處理量19.44t/h，折合發電功率30MW，工藝流程圖見圖1：
(一)工藝系統改造簡述
鍋爐秸稈發電改造項目的主要內容為增加一套儲存、破碎、輸送設備，同時增加兩臺輸入熱負荷為30MW的秸稈燃燒器，并對供風系統及相關控制系統進行改造，原有的鍋爐燃燒系統不做變動，改造后的鍋爐可以混燒煤粉和秸稈，也可以單獨燃燒煤粉，并且原鍋爐的性能及參數不變?
(二)主要技術要點
(1.1)燃燒接口技術
通過專家論證，充分結合鍋爐為四角切圓煤粉爐特性，對引進的寬調節比旋流燃燒器進行了簡化和改進，新改制的燃燒器安裝于鍋爐#1和#3角丁層二次風內，經運行，鍋爐燃燒穩定、可靠?
(1.2)長距離秸稈粉末氣力輸送技術
由于改造受場地限制，秸稈燃料必須長距離傳輸，設計制作了長距離的一級秸桿粉末氣力輸送系統?克服了秸稈粉末具有流動性差、混合性差、透氣性好和易積存、易聚結、不易輸送等特點?
(1.3)秸稈制備技術
氣力輸送秸稈燃料要充分考慮其特性和對流量的需求，因此，就粉碎環節的關鍵設備充分進行設備廠家調研?經對上料系統進行大量簡化，可直接采用叉車、電動葫蘆、專用抓手等作為粉碎前的上料工具?降低了投入產出比?
(三)生物質耦合對燃煤鍋爐的影響分析
(1.1)混燒比例問題
生物質含水量高，與煤混燒后鍋爐產生的煙氣量較大，直接采用現有鍋爐，煙氣超過一定限度后熱交換器很難適應?因此，沒有經過改造的鍋爐在混合燃燒中生物質的份額不能太多?秸稈的額定摻燒比例按熱值計為單位輸入熱量的20%，質量比約為30%?本項目摻燒比例從熱量比不到10%，從質量不到20%?經過實踐的案例，影響不大?
(1.2)生物質燃料引起的結渣和腐蝕
摻燒一定量的生物質，由于生物質的灰熔點較低，燃燒過程中設備容易產生結渣問題?特別是燃用含氯較多的生物質如秸稈和稻草等，當熱交換器表面溫度超過400℃時，還會產生高溫腐蝕，必須控制摻燒量(10%以內)?
(1.3)催化劑失活
用于控制SOX、NOX排放的煙氣凈化系統，在燃燒生物質時，生物質中堿金屬的存在，需加強對NOX催化劑老化或失效的影響監控管理?
(四)技改后熱經濟指標分析
技改后熱經濟指標見表1：
目前生物質直燃項目參數做到高溫高壓，超高壓高溫尚在試運行階段，全廠熱效率只有29%以內，而利用大機組耦合，生物質熱效率達40.7%，充分利用其高效性能，可大大提高全廠效率，具有較好的經濟性，節能效果十分明顯，技術方案較先進和成熟?本改造項目年發電量12000萬KW·h，有利于減少煤炭資源消耗?與目前發電量相當的燃煤火電廠相比，從環境保護及節約煤炭資源角度來看，改造后具有明顯的環境效益和經濟效益?
五、結束語
隨著環保要求的不斷嚴格，生物質能的利用，不僅優化了能源結構，還可有效降低污染物的排放，滿足日益嚴格的排放標準，通過分析生物質與燃煤混燃耦合發電技術，無論在技術上、處理規模和投資性價比都具有顯著的優勢?因此生物質與燃煤混燃耦合發電是理想的發展方向? |
