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    生物質燃氣耦合煤發電

    現階段我國能源結構仍以煤炭為主,煤電超低排放改造、減碳降碳工作是積極應對氣候變化,主動兌現減排承諾的重要手段。國家發改委、能源局在《能源生產和消費革命戰略(20162030)》中明確提出“至2030 年,非化石能源發電量占全部發電量的比重力爭達到50%”的目標,國務院在《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》規定,到2020 年我國大型發電集團單位供電CO2排放控制在550g/(kW·h)以內。據中國電力企業聯合會發布的《中國電力行業年度發展報告2021》,2020年單位火電發電量CO2排放約為832g/(kW·h),距離能源清潔、低碳目標的實現尚有較大差距。

    生物質是一種碳中性,即碳排放為零的可再生能源,原料數量巨大,每年約產生35億噸,在碳減排方面具有極大的潛力,生物質能的推廣使用是我國能源轉型的必要手段。生物質與煤混合燃燒發電是一種傳統能源和可再生能源綜合利用方式,不僅可以大幅度降低CO2排放,還具有經濟、高效和環保等優點,為了實現我國能源的轉型和控制碳排放,大力發展燃煤生物質耦合發電將成為必然。燃煤耦合生物質發電,不僅降低了原燃煤電廠污染物及溫室氣體的排放量,而且綜合利用生物質與煤炭資源,逐步減少一次能源的消耗量,緩解社會發展對能源需求的壓力。燃煤耦合生物質發電充分利用燃煤電廠大容量、高蒸汽參數達到高效率的優點,可在更大容量水平上使生物質發電效率達到燃煤電廠的最高水平,同時解決了生物質能田間焚燒、大量堆積等問題,促進了我國能源結構的調整。生物質燃煤耦合發電經濟效益良好,符合能源可持續發展理念,且對我國生態文明建設具有積極的促進作用。

    生物質與煤混燃技術分為直接混合燃燒技術、生物質氣化耦合煤燃燒技術等。生物質氣化耦合燃煤鍋爐高效發電技術,與生物質預處理后直接送入燃煤鍋爐混燃相比,除同樣可獲得較高的發電效率、進一步降低氮氧化物外,還單獨體現出入爐生物質燃氣熱量計量準確、設備投資低、對燃煤鍋爐影響小等更加突出的優勢。

    生物質與煤直接混合燃燒技術有兩種方式:

    1)生物質直接混燃耦合發電技術;

    2)分燒耦合發電技術。

    其優缺點如下:

           優點:生物質中的揮發分含量高,與煤粉共燃時可促進煤粉的著火與燃燒,降低CO2和NOx的排放;

           缺點:設備磨損厲害,含有大量的堿金屬和堿土金屬,混燃過程中堿金屬容易揮發沉積在鍋爐受熱面而引起鍋爐腐蝕,同時煤灰渣中的大量堿金屬容易結焦導致耦合參燒率不能高于30%,而且帶來排放的控制難度以及SCR催化劑的運營成本急劇上升。

    生物燃氣耦合燃煤發電,生物燃氣和煤粉作為蒸汽鍋爐的燃料燃燒生產蒸汽帶動蒸汽輪機發電。這種方式對生物燃氣的成分、熱值、壓力要求不是很嚴格,直接在鍋爐內與煤粉耦合燃燒。為煤粉鍋爐專門設計的生物燃氣耦合燃燒設計的燃燒器在氣體成分和熱值有變化時,能夠保持穩定的燃燒狀態,排放污染物較少,且對原煤粉鍋爐影響最小,耦合比例較高。

    另外,由于生物燃氣的特性,還可以作為煤粉鍋爐高溫火焰區再燃還原燃氣使用,可以大大降低鍋爐煙氣NOX的初始排放,甚至可以達到超凈排放的標準,以減少后脫銷的運行成本。

     

    圖一 循環流化床氣化爐產生的生物燃氣與煤耦合發電的應用

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