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小型火电厂生物质燃气与煤混烧技术与示范工程研究

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/1/11 13:58:34   

  所属频道:  火力发电    关键词:  生物质 火电厂 燃气



完成单位:河南省科学院能源研究所
协作单位:农业部可再生能源重点开放实验室
郑州轻工业学院
英国SouthBankUniversity
河南省科能燃气工程有限公司
河南省固始县杨山电厂

1立项背景
长期以来,在我国大部分地区,大量过剩的农作物秸秆在田间地头被直接焚烧,既严重污染了环境,又带来飞机延误、汽车相撞等严重的安全问题。这种浪费资源现象与当前的常规能源因过量开采而导致的资源馈乏现象形成强烈的反差,制约着社会的发展。因此国家有关部委及各级地方政府多次发文要求禁止焚烧秸秆。可见,农作物资源的有效利用已成为我国农业可持续发展的重要问题。
八十年代以来,我国就开始重视生物质能的开发与利用。国家“七五”、“八五”、“九五”计划将生物质能的研究与开发作为攻关课题,其中生物质气化技术由此产生,并受到了全国人大、国务院、国家计委、科技部、建设部、国家环保总局等重视和大力支持。1998年在山东省济南市成立了国家生物质气化技术研究推广中心。为了加强生物质气化技术的示范和应用工作,1997年农业部连续两次下放通知,并在山东省召开了全国秸秆焚烧与综合利用工作会议。1999年国家环境保护总局、农业部、财政部、铁道部、交通部、中国民航总局制定了《秸秆焚烧与综合利用管理通知》。国家政府从“九五”开始,投入大量的财力和人力,在全国范围内重点推广生物质气化集中供气技术。
根据国办发(1999)44号文件精神,要求对效率低、效益差、污染严重的小型火电厂实行关停或进行综合利用改造。河南省小型火电厂数量多,分布广,截止到1999年底,全省总装机容量在55MW以下的电厂有92家,单机容量在IOMW以下的发电机组有189台,这些电厂大都属于县管企业或企业自备电厂,效率低下,污染严重,效率效益差,都在关停之列。如果这些小型燃煤火力发电厂被关、停、转,将会对河南省经济和就业造成较大的影响。
小型火力发电厂生物质气化燃烧技术与示范工程研究和示范,将从生物质气化发电的技术可行性和经济可行性等方面,为今后生物质气化发电站的建设提供了技术保证。同时,小型火力发电厂生物质气化燃烧技术的研究开发,可以大规模地处理农作物秸秆,又可以与我省现有的小型燃煤电站的改造结合起来,所以本项目的进行既是我省经济发展的需要,又是国家863计划的需要,具有重要的现实意义和科学意义。
2合作国别
小型火电厂生物质燃气与煤混烧技术与示范工程研究项目是根据欧盟第六个科研框架计划(FP6)而进行的国际合作项目,属于FP6中第六主题计划中生物质能领域。生物质能领域是欧盟委员会2004年在能源方面的重点,该项目是为了加强欧盟国家间以及与世界其它国家间的科学技术合作而专门制订的中期重大科研计划,具备研究水平高、涉及领域广,投资力度大,参与国家多等特点。就世界范围内生物质能开发与利用技术来说,比欧国家技术一直处于国际领先水平,所以此次项目主要和北欧国家进行技术交流、引进和合作。该项目主要合作国家是芬兰、丹麦、荷兰、比利时、英国等欧盟国家。
3研究进展
3.1研发内容
本项目研究内容:本项目以我省为数众多的小别燃煤火力发电厂为对象,研究开发生物质流化床气化燃气与煤混合燃烧发电技术及成套设备,并同时利用小型燃煤火力发电厂6MW的燃煤发电机组,建设一座生物质利用规模为3MW发电功率(相当于17MW热功率)的生物质燃气与煤混合燃烧系统,并使该技术工程化、产业化。
把收集来的生物质原料粉碎、烘千,由传送带送至料仓,再由螺旋上料机送入循环流化床气化炉气化,生成的高温燃气由管道送至燃煤锅炉与煤混合燃烧,推动蒸气轮机发电。
生物质气化燃烧工艺流程主要包括以下几个基本过程:
(1)原料预处理与输送:生物质原料进厂后需根据其含水量,进行粉碎、烘干预处理,预处理后符合气化要求的原料通过输送设备及气化炉加料设备送进气化炉中。
(2)生物质流化床气化:生物质在800℃的流化床或循环流化床气化炉中进行气化,生成C0、CH4、H2等可燃气,同时有少量的焦油和飞灰。
(3)燃气输送:生成的高温燃气通过高温管道直接送到锅炉中进行燃烧,为了保证焦油在输送过程中不会冷凝堵塞管道,燃气输送过程必须保证燃气温度高于200℃,所以送气管道必须保温。
(4)燃气燃烧:燃气送进流化床锅炉或链条炉排锅炉后立即进行燃烧,由于锅炉炉膛温度较高,燃气有一定温度,所以燃烧过程比较稳定,燃烧效率也很高。
3.3关键技术
(1)农作物秸秆原料预处理技术研究专题,由河南省科学院能源研究所承担,要求农作物秸秆原料预处理后的含水量<20%,燃料颗粒平均大小在<Φ10mm(最大不超过25mm),所以秸秆粉碎与烘干预处理是本项目的关键技术之一。
(2)农作物秸秆循环流化床气化技术放大及改进研究专题,由河南省科学院能源研究所与郑州轻工业学院共同承担,要求生物质气化有合适的温度(一般为750—850℃),而且为了保证秸秆的灰不结焦,气化炉温的控制较为困难,所以气化炉控制是整个工艺中最关键的技术。拟达到技术指标为气化效率(热燃气)>90%,产气量>10000m3/h,燃气热值>5MJ/m3。
(3)高温生物质燃气输送及其燃烧器研究专题,由河南省科学院能源研究所与农业部可再生能源重点开放实验室承担,要求高温生物质燃气输送时管道不堵塞、不会因高温而损坏管道,开发的电站锅炉用生物质燃气燃烧器应有较高的燃烧效率和适应性,同时解决电站锅炉生物质燃气与煤混烧时出现的合理匹配等一系列问题。达到锅炉热效率提高15%以上,C02减排50%,NOx及S02排放大幅度降低。
(4)小型火电厂生物质气化燃烧发电示范工程研究专题,由固始县杨山电厂和河南省科能燃气公司联合承担,示范工程的规模不低于热功率17MW,河南省科能燃气公司承担示范工程有关设备的制造工作。
3.4技术创新性
该项目技术创新性可分为两部分:流化床锅炉中生物质燃气与煤混燃技术和链条炉排锅炉中生物质燃气与煤混燃技术,两种技术是根据小型燃煤火力发电厂的锅炉类型而采用的不同生物质燃气与煤混燃技术。
(1)流化床锅炉生物质燃气与煤混燃技术
根据小型燃煤火力发电厂现有的6MW流化床锅炉,拟定在其旁边建设一个3MW发电功率的流化床生物质气化炉,气化后的生物质燃气经净化后由通过位于燃煤烧嘴以下某部位的多个燃气烧嘴直接输送到流化床锅炉中。由于流化床锅炉对煤种要求不高且燃烧较完全,流化床锅炉生物质燃气与煤混燃技术具有生物质燃气与煤易被点燃、锅炉热效率高、燃烧产物C02、S02及NOx排放量减少等优点。该技术能够使生物质总用量达到每年近3万吨,占发电厂煤耗的20%以上。
(2)链条炉排锅炉生物质燃气与煤混燃技术
目前在河南省92个50MW以下小型燃煤火力发电厂中,75%是链条炉排锅炉,所以说链条炉排锅炉中生物质燃气与煤混燃技术是生物质气化发电技术的重点。由于链条炉排锅炉具有对煤种要求高、燃料燃烧不完全、需要专门点火装置、易产生C02、S02及NOx等产物、污染严重等缺点,本项目拟定在6MW链条炉排锅炉旁边建设一个3MW发电功率的流化床生物质气化炉,气化后的生物质燃气由设在炉排下面的多个燃气烧嘴直接输送到链条炉排锅炉中。采用链条炉排锅炉生物质燃气与煤混燃技术可提高锅炉对煤种的适应性,而且锅炉不用设置专门点火装置,改造后的锅炉具有燃料燃烧较完全、燃烧产物C02、S02及NOx排放量大幅度减少、污染较小等优点。
3.5项目进展情况
近二十年来,国家有关部委对生物质能利用极为重视并积极支持生物质气化发电技术的发展。我国原有的生物质气化发电技术都是以谷壳为主,而且发电规模都较小,经济效益不显著。中国科学院广州能源研究所等单位在“九五”期间承担国家科技攻关项目“1MW生物质气化发电系统”的研究,开发了MW级的生物质气化发电技术和设备,在福建莆田、海南三亚等地建成了数个1MW的谷壳气化示范发电站,取得了显著的经济效益和社会效益。在此基础上,国家“十五”“863计划”提出了“生物质气化发电优化系统及其示范工程”课题,由中国科学院广州能源研究所主持,主要研究开发大中型(3~5MW发电功率)的生物质气化发电技术和设备。河南省科学院能源研究所和农业部可再生能源重点开放实验室共同承担了该“863”计划的子课题的“农业废弃物流化床气化发电预处理技术研究”,目前正在进行中,这为6MW小型火力发电厂生物质气化燃气与煤混合燃烧发电技术与示范工程的研究工作打下了坚实的基础。
同时,欧盟已与我国科技部签订协议,在生物质能利用领域进行合作研究与示范推广,拟在河南、湖南、黑龙江三省建设三个不同技术类型的示范工程。河南省能源研究所、农业部可再生能源重点开放实验室以及郑州轻工业学院被科技部定为该项目的承担单位,经过2002年欧盟技术及经济专家两次到河南考察、论证,最终确定我省的合作研究及示范项目为生物质气化燃气与煤混烧发电技术,欧盟拟采用的技术初定为英国的DRBRE技术和芬兰的VTT技术。郑州轻工业学院与英国南岸大学在能源综合利用及生物质能利用领域进行了长期的合作研究,作为英国DRBRE电厂的主要设计单位,双方在生物质气化燃气与煤混合燃烧发电方面有丰富的经验。在2004年6月30日北京中欧生物质能利用合作项目研讨会上,英国已与我方就生物质气化燃气与煤混合燃烧发电技术达成了合作研究及示范应用意向,并与7月中旬回函,同意开展该项目合作,使本项目的研究开发与示范工程有可能在较短的时间内达到国际先进水平。再加上中国科学院广州能源研究所等863项目组成员单位的工作基础和技术支持,保证了6MW生物质气化燃气与煤混合燃烧发电技术与示范工程研究项目的技术可行性和经济可行性。
2002年省科技厅国际合作处己对该项目立项并给予资助,要求进行前期探索性研究。项目承担单位河南省能源研究所和农业部可再生能源重点开放实验室为此进行了全面的实验室小试,初步掌握了生物质气化燃气与煤混烧的机理,积累了大量数据;同时,郑州轻工业学院吕彦力教授在英国南岸大学与GraemeMaidment教授合作开发了生物质燃气与煤混烧技术模型与软件,这些工作都为项目的进一步放大试验及示范打下了坚实的基础。
4预期效果
4.1经济效益预测
本项目的实施将会带来巨大的经济效益。在实现正常生产时,预期每年可以处理农业秸秆或其他生物质3.0万吨,气化燃烧后可替代标煤1.77万吨,节支170多万元,扣除人员管理及维护费用,直接经济效益140多万元,间接经济效益为农民增收270多万元。
目前小型火力发电厂燃煤的热值为24.4MJ/kg,平均价格为250元/吨,发电综合成本为0.305元/度,而秸秆收集到厂的平均价格为90元/吨,热值为13.0MJ/kg,发电综合成本为0.23元/度,每度降低成本0.075元,每年使用秸秆发电量约1800万kwh,降低成本135万元。如果把全省92个50MW以—F的小型火力发电厂大部分改造的话,经济效益将相当显著。
4.2社会效益预测
(1)利用秸秆气化生成的燃气与煤混合燃烧发电技术能对关停之列的小型火电厂进行综合利用改造,从而避免了电厂关闭,盘活原有资产。
(2)本项目推广后,能使一大批传统企业重现活力,减少失业人口,促进社会的稳定与发展。
(3)该项目的正常实施,能够节约能源,变废为宝,增加当地农民的收入,推动农村的可持续发展。
4.3环境效益预测
以气化炉为5000kg/h的生产规模,在设计条件下,每年可处理达,3万吨生物质废物。最直接的效果就是每年可减小C02的排放约3万吨。与直接燃煤发电相比较,生物质与煤混燃气化发电产生的诸如NOx利S0x等人气污染物的排放量大大减少,并减少大量的焚烧污染。从长远的观点来说,利用清洁的生物质气化燃气与煤混燃发电技术所带来的环境效益将会十分明显。

来源:中国电力网
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