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生物质燃烧发电过程中若干问题的探讨(1)

北极星电力网技术频道    作者:别如山,王庆功,修太春   2012/8/7 17:39:50   

  所属频道:  火力发电    关键词:  生物质发电 燃烧方式 锅炉

摘要:介绍生物质燃烧发电过程中燃烧方式选择、生物质进料形态(散料或成型)、锅炉容量选择、结渣、积灰、腐蚀等问题,并进行探讨,提出符合国情的合理燃烧方式及锅炉容量。

0 概述

我国《可再生能源中长期发展规划纲要》(2006~ 2020)指出,到2020年我国生物质发电机组装机容量达到3 000万kW,生物质成型燃料5 000万t,将生物质秸秆发电和秸秆成型燃料确定为秸秆能源利用重点技术。农作物秸秆作为燃料具有挥发分高、含水率高,氯、钾等碱金属含量高等特点,当秸秆含水率超过40% 时,燃烧不稳定、热效率低,不太适合作为燃料使用。农作物散装秸秆只能作为生物质能源化利用的初级燃料,难以满足生物质发电、供热等工业化需求。加快研发秸秆成型技术,生产高效、清洁、优质的秸秆成型燃料,对增加能源供应,改善能源结构,保护环境,促进农村经济发展,具有重要的现实意义。

1 燃料

1.1 打捆散料我国生物质直燃发电产业近几年虽然得到较快发展,但总体上还处于起步阶段,发展中的问题已经显现,难题都集中在燃料问题上。具体体现在:

(1)秸杆资源调查数据误差较大,一般只做总量统计,缺乏可能源化利用的准确比例,导致电厂燃料供应不足,只得不断扩大收集半径,有的电厂的燃料收集半径已从50 km扩展到100 km,既增加运输成本,也造成燃料收购价格上涨。

(2)收购方式造成燃料质量失控。电厂收购秸秆采用重量计价为主的收购方式,造成“经理人”出售秸杆时追求重量,去土、去杂、晾晒不够,燃料质量降低。有的电厂反映,原设计0.9.kg/kW ·h燃料耗量增加到1.5 kg/kW ·h以上。

(3)燃料供应体系不够科学。大多数电厂燃料管理上呈现“小电厂、大燃料”的现象。电厂燃料管理部门也从地头管到厂内,管理跨度大,难以做到燃料保质保量。同时因季节性收储,无法满足全年需求。

(4)燃料预处理简单,造成秸杆收集、储存、运输困难。目前一般采取人工打捆或机械打包后运送到电厂,电厂设若干个储存点。由于季节性收集、储存量大,难防雨、雪及霉变,储存损耗大,储存占用大量场地,使用机械与人工二次堆垛、搬运增加了燃料成本。

(5)燃料成本高,经营困难。生物质电厂原先计划燃料收购成本为120~150 t,现在收购价已提高至240~300 t,加上入场后管理损失不低于20% ,导致燃料管理费用大。又因收购秸秆质量低,导致发电成本大幅升高,电厂经营亏损。

1.2 成型燃料

秸秆成型燃料,是指通过专门设备在一定温度和压力作用下,将秸秆压缩成棒状、块状、颗粒状等成型燃料,能够解决秸秆运输、储存、防火等问题。

秸秆成型燃料可达到下列各项技术指标:灰分≤12% ,水分≤15% ,挥发分>70% ,低位发热值≥14.50 MJ/kg,密度0.6~1.2 t/m。,燃料尺寸32×32(mm×nl/n),长度I>20 mill。市场售价为360~450元/t。

另外还有一种圆柱型颗粒,直径8~12 mm,长度10~30 mm,密度为1.0~1.2 t/m 。这种生物质成型颗粒在制造过程中将秸秆粉碎成粉末状,然后通过轧辊挤压方式形成圆柱形颗粒。因电耗比上述成型方法高,而且磨损更严重,生产能力更低,所以,价格更高,目前市场上售价为550~800 元/t。因此,这种生物质成型颗粒不适合于生物质电厂使用。

目前市场上秸秆成型机的种类大致分为三类:螺旋挤压机,活塞冲压机,滚柱旋转挤压机。

主要存在问题:磨损严重,单位产量电耗高(60~ 100 kW/t),产量低,单机每小时只能生产0.5~2t/h。

由于目前的秸秆挤压成型机过去是用来生产牲畜饲料,其生产能力远远不能满足秸秆燃料的需求,所以,研发低磨损、高生产率、低电耗的秸秆成型机势在必行。最有前途的燃料成型机可能是活塞冲压机,因其磨损较轻,可以4~6个活塞缸同时工作,有望提高生产能力。

1.3 研发含添加剂的成型燃料秸秆类生物质含灰量约占总量的4% ~10% ,且富含氯、钾元素,未加添加剂的生物质燃料在燃烧过程中产生的氯化氢会造成锅炉受热面的腐蚀,同时灰中K含量高,所以灰熔点低,一般在950~1 100℃ ,燃烧过程中容易结焦从而影响燃烧设备的正常运行。

在生物质成型过程中加入添加剂一起成型,从而实现添加剂在燃烧过程中吸收氯化氢、固钾和提高灰熔点,以减轻锅炉受热面遭受氯化氢、碱腐蚀等实际问题。通过大量实验研究,我们研发出3种添加剂,分别命名为添加剂A、添加剂B、添加剂C,实验结果见表1。

来源:《工业锅炉》
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