生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的幾種類型
2023-08-18 0次
1. 生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)
基于目前生物質(zhì)直燃的發(fā)電機組，按照工程實踐中使用比較多的爐型可主要分為層狀燃燒技術(shù)和流態(tài)化燃燒技術(shù)兩種[2]。層狀燃燒是指將燃料輸送到固定或移動的爐排上面，空氣從爐排的底部通入，通過燃料層進行燃燒反應(yīng)。具有代表性的層狀燃燒技術(shù)是引進由丹麥BWE公司研發(fā)的水冷振動爐排技術(shù)，并于2006 年建造了中國第一座生物質(zhì)發(fā)電廠- 山東單縣電廠。由于生物質(zhì)燃料的灰分低、燃燒溫度高，爐排片很容易因為過熱不能很好的冷卻而損壞，水冷振動爐排最重要的特點是其特殊的結(jié)構(gòu)和冷卻方式，解決了爐排過熱的問題。隨著丹麥水冷振動爐排技術(shù)的引進及推廣運行，國內(nèi)多家企業(yè)通過學(xué)習(xí)和消化推出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物質(zhì)爐排爐燃燒技術(shù)，已規(guī)?；度脒\行，代表廠家包括上海四方鍋爐廠、無錫華光鍋爐有限公司等。流化床技術(shù)作為一種以固體顆粒流態(tài)化為特征的燃燒技術(shù)在燃用生物質(zhì)方面相比層燃技術(shù)有著眾多優(yōu)點。首先流化床內(nèi)有大量惰性床料，熱容高，對高含水率生物質(zhì)燃料的適應(yīng)性強；其次，流化床內(nèi)氣固混合物的高效傳熱傳質(zhì)使得生物質(zhì)燃料進入爐膛后可以迅速加熱升溫，同時高熱容床料可維持爐膛溫度，保證在燃用低熱值生物質(zhì)燃料時的燃燒穩(wěn)定性，在機組負荷調(diào)整方面也具有一定優(yōu)勢。在國家科技支撐計劃支持下，清華大學(xué)開發(fā)了“高蒸汽參數(shù)生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)”，并采用該技術(shù)成功開發(fā)了目前世界容量最大的125 MW超高壓一次再熱生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐、首臺純?nèi)加衩捉斩挼?30 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐。由于生物質(zhì)尤其是農(nóng)業(yè)廢棄物堿金屬和氯含量普遍較高，燃燒過程中存在高溫受熱面積灰、結(jié)渣和腐蝕等問題，國內(nèi)外生物質(zhì)鍋爐蒸汽參數(shù)多為中溫中壓，發(fā)電效率不高，生物質(zhì)層燃直燃發(fā)電的經(jīng)濟性制約了其健康發(fā)展。2. 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)
生物質(zhì)氣化發(fā)電采用特殊的氣化反應(yīng)器，把生物質(zhì)廢棄物，包括木料、秸稈、稻草、甘蔗渣等轉(zhuǎn)換為可燃氣體，產(chǎn)生的可燃氣體再經(jīng)過除塵除焦等凈化工序后，送到燃氣輪機或內(nèi)燃機進行發(fā)電[3]。目前常用的氣化反應(yīng)器可以劃分為固定床氣化爐、流化床氣化爐和氣流床氣化爐。在固定床氣化爐中，物料床層相對穩(wěn)定，會順序完成干燥、熱解、氧化以及還原等反應(yīng)，最后轉(zhuǎn)化為合成燃氣。根據(jù)氣化劑與合成燃氣流動方向的差異，固定床氣化爐主要有上吸式（逆流式）、下吸式（順流式）、橫吸式氣化爐三種形式。流化床氣化爐由氣化室和布風(fēng)板等組成，氣化劑通過布風(fēng)板均勻給入氣化爐中，按氣固流動特性不同，可以分為鼓泡流化床氣化爐和循環(huán)流化床氣化爐。氣流床中氣化劑（氧氣、水蒸氣等）夾帶生物質(zhì)顆粒，通過噴嘴噴入爐膛。細顆粒燃料分散懸浮于高速氣流中，高溫下細顆粒燃料與氧氣接觸后迅速反應(yīng)，釋放大量熱，固體顆粒瞬間熱解、氣化轉(zhuǎn)化生成合成燃氣及熔渣。對于上吸式固定床氣化爐，合成氣中焦油含量較高。下吸式固定床氣化爐構(gòu)造簡單，加料方便，可操作性好，在高溫作用下，生成的焦油可充分裂解為可燃性氣體，但氣化爐出口溫度較高。流化床氣化爐優(yōu)點是氣化反應(yīng)速度快，爐內(nèi)氣固接觸均勻，反應(yīng)溫度恒定，但其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，合成氣中灰分含量高，對下游凈化系統(tǒng)要求較高。氣流床氣化爐對物料預(yù)處理要求較高，必須粉碎成細小顆粒，以保證物料可以在短暫的停留時間內(nèi)反應(yīng)完全。生物質(zhì)氣化發(fā)電規(guī)模小的時候經(jīng)濟性較好，成本低，適合農(nóng)村偏遠分散地區(qū)，對于補充我國能源供應(yīng)具有重要意義。需要解決的主要問題是生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的焦油問題。氣化過程產(chǎn)生的氣體焦油遇冷會形成液態(tài)焦油，造成管道堵塞，影響發(fā)電設(shè)備無法正常運行。3. 生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)
單純焚燒農(nóng)林廢棄物發(fā)電的燃料成本是制約生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的最大難題。生物質(zhì)直燃發(fā)電因機組容量小、參數(shù)低，經(jīng)濟性不高，也限制了生物質(zhì)的利用量。采用生物質(zhì)耦合多源燃料燃燒，或是降低成本的一個途徑。目前來說最能有效降低燃料成本的方式是生物質(zhì)與燃煤耦合發(fā)電。2016年國家下發(fā)了《關(guān)于推進燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電的指導(dǎo)意見》，大大地促進了生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)的研究和推廣。近年來，通過現(xiàn)役燃煤電廠改造，采用燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電的方式，借助大型燃煤發(fā)電機組高效、低污染的技術(shù)優(yōu)勢，顯著提高了生物質(zhì)發(fā)電效率。技術(shù)路線可分為3種類別：（1）破碎/制粉后直接燃燒耦合，又包括同磨同燃燒器、異磨同燃燒器、異磨異燃燒器混燒三種；（2）氣化后間接燃燒耦合，生物質(zhì)經(jīng)過氣化過程生成可燃氣體后送入爐膛燃燒；（3）專用生物質(zhì)鍋爐燃燒后蒸汽耦合。直接燃燒耦合是一種可大規(guī)模實施、性價比高、投資周期短的利用方式，在耦合比例不高時燃用生物質(zhì)帶來的燃料處理、存儲、沉積、流動均勻性及其對鍋爐安全性和經(jīng)濟性產(chǎn)生的影響都已在技術(shù)上得到解決或控制。間接燃燒耦合技術(shù)將生物質(zhì)和煤分別處理，對生物質(zhì)種類適應(yīng)性強，單位發(fā)電量生物質(zhì)消耗少，節(jié)省燃料，能夠一定程度上解決生物質(zhì)直接燃燒過程中堿金屬腐蝕、鍋爐易結(jié)焦等問題，但工程可擴展性差，不適用于大型化鍋爐。國外多以直接燃燒耦合方式為主，由于間接燃燒方式生物質(zhì)耦合發(fā)電量計算較為可靠，因此基于循環(huán)流化床氣化的間接燃燒耦合發(fā)電目前是我國生物質(zhì)耦合發(fā)電應(yīng)用的主導(dǎo)技術(shù)。2018年國首臺660MW超臨界燃煤發(fā)電機組耦合20MW生物質(zhì)發(fā)電示范項目大唐長山電廠獲得圓滿成功。該項目采用自主研發(fā)的生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化耦合發(fā)電工藝，每年大約消耗生物質(zhì)秸稈10萬噸，實現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)電1.1億千瓦時，節(jié)省標煤約4萬多噸，減排CO2約14萬噸。
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