生物质燃气耦合煤发电

现阶段我国能源结构仍以煤炭为主,煤电超低排放改造、减碳降碳工作是积极应对气候变化,主动兑现减排承诺的重要手段。国家发改委、能源局在《能源生产和消费革命战略(20162030)》中明确提出“至2030 年,非化石能源发电量占全部发电量的比重力争达到50%”的目标,国务院在《“十三五”控制温室气体排放工作方案》规定,到2020 年我国大型发电集团单位供电CO2排放控制在550g/(kW·h)以内。据中国电力企业联合会发布的《中国电力行业年度发展报告2021》,2020年单位火电发电量CO2排放约为832g/(kW·h),距离能源清洁、低碳目标的实现尚有较大差距。

生物质是一种碳中性,即碳排放为零的可再生能源,原料数量巨大,每年约产生35亿吨,在碳减排方面具有极大的潜力,生物质能的推广使用是我国能源转型的必要手段。生物质与煤混合燃烧发电是一种传统能源和可再生能源综合利用方式,不仅可以大幅度降低CO2排放,还具有经济、高效和环保等优点,为了实现我国能源的转型和控制碳排放,大力发展燃煤生物质耦合发电将成为必然。燃煤耦合生物质发电,不仅降低了原燃煤电厂污染物及温室气体的排放量,而且综合利用生物质与煤炭资源,逐步减少一次能源的消耗量,缓解社会发展对能源需求的压力。燃煤耦合生物质发电充分利用燃煤电厂大容量、高蒸汽参数达到高效率的优点,可在更大容量水平上使生物质发电效率达到燃煤电厂的最高水平,同时解决了生物质能田间焚烧、大量堆积等问题,促进了我国能源结构的调整。生物质燃煤耦合发电经济效益良好,符合能源可持续发展理念,且对我国生态文明建设具有积极的促进作用。

生物质与煤混燃技术分为直接混合燃烧技术、生物质气化耦合煤燃烧技术等。生物质气化耦合燃煤锅炉高效发电技术,与生物质预处理后直接送入燃煤锅炉混燃相比,除同样可获得较高的发电效率、进一步降低氮氧化物外,还单独体现出入炉生物质燃气热量计量准确、设备投资低、对燃煤锅炉影响小等更加突出的优势。

生物质与煤直接混合燃烧技术有两种方式:

1)生物质直接混燃耦合发电技术;

2)分烧耦合发电技术。

其优缺点如下:

        Ø 优点:生物质中的挥发分含量高,与煤粉共燃时可促进煤粉的着火与燃烧,降低CO2和NOx的排放;

       Ø 缺点:设备磨损厉害,含有大量的碱金属和碱土金属,混燃过程中碱金属容易挥发沉积在锅炉受热面而引起锅炉腐蚀,同时煤灰渣中的大量碱金属容易结焦导致耦合参烧率不能高于30%,而且带来排放的控制难度以及SCR催化剂的运营成本急剧上升。

生物燃气耦合燃煤发电,生物燃气和煤粉作为蒸汽锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮机发电。这种方式对生物燃气的成分、热值、压力要求不是很严格,直接在锅炉内与煤粉耦合燃烧。为煤粉锅炉专门设计的生物燃气耦合燃烧设计的燃烧器在气体成分和热值有变化时,能够保持稳定的燃烧状态,排放污染物较少,且对原煤粉锅炉影响最小,耦合比例较高

另外,由于生物燃气的特性,还可以作为煤粉锅炉高温火焰区再燃还原燃气使用,可以大大降低锅炉烟气NOX的初始排放,甚至可以达到超净排放的标准,以减少后脱销的运行成本。

 

图一 循环流化床气化炉产生的生物燃气与煤耦合发电的应用

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