煤粉炉掺烧生物质发电技术研究进展

煤粉炉掺烧生物质发电技术研究进展

王刚  ,郭富惠

中国能源建设集团西北电力建设甘肃工程有限公司，甘肃 兰州 730070

摘要：燃煤耦合生物质发电技术在欧美国家被广泛应用，我国十三五规划中也大力支持此项技术发展，但目前起步晚，发展速度有限。本文对生物质与煤混合燃烧的特性、结渣特性与污染物排放特点综合分析，进一步讨论了燃煤电站与生物质燃烧特性结合的发电方式，对技术瓶颈作出分析，为燃煤电站的改造与发展提出建议。

关键词：煤粉炉；掺烧；生物质发电；技术

1生物质掺烧发电技术存在问题

1.1生物质破碎系统匹配度不高

其特点是适用范围不够，粉碎的颗粒大小也不一致。这一问题容易使某些类型的生物量不能被用于开发；而颗粒尺寸的不均匀会使气体在输送时发生阻塞。通过调查发现，有的发电厂只采用少量的生物质原材料，以防止因粉碎颗粒大小不均而造成的容易堵塞，无法充分发挥本地其他类型的生物质原材料。今后的生物质混合燃烧工程要考虑到不同地区的生物质类型，选用合适的破碎机和运输装置。

1.2原材料价格高

当前，我国生物质资源的掺混利用发电的原材料采购价格较高。通过调查发现，部分工程的原料采购费用由最初50-150元/吨上升到300-400元/吨，再加上近年来煤价低迷，导致了大量的原料价格发生了较大的变化，很多掺烧工程都出现了亏损。在建设生物质掺烧工程时，需事先考虑当地生物质类型、价格、运输距离、收集方式、是否存在竞争、农民是否愿意提供秸秆资源等问题，并根据当地政府补助政策，测算出相应生物质价格下的掺烧发电费用，确定合理的掺烧比例。

1.3加热面上的烧结渣

生物质中碱性元素较为丰富，但又存在大量的 Cl，在高温下容易在加热表面发生燃烧，造成受热表面的烧焦和腐蚀。然而，由于生物质的灰分含量很少，只要合理地调节物料的混合比，就不会对受热表面产生任何的变化，而且还可以通过加入其它的助燃剂来防止煤粉的结焦。另外，部分试验还表明，在飞灰中加入生物质后，飞灰中钾、铬的含量增加，而其物理、化学性质没有显著的改变。通过对飞灰的性能指标的测定，证明了在实验区加入生物量不会对飞灰在建筑业中的使用产生任何的负面作用。

2煤粉炉内的生物燃料燃烧问题与解决对策

2.1农业和林业废物的储存和运输

利用燃煤锅炉进行燃烧，需要大量的燃油，而生物质的供给是制约其发展的关键。首先，目前，国内的农业生产大多是家庭经营，生产面积较少且分布较少。其次，农村的农产品必须进行集中采购，而且在很大程度上取决于农民的意志。为此，必须构建较为完整的农业生产方式，完善秸秆的采购方式，完善有关的供给制度，促进生物质能的开发。

就生物燃料的储存和运输来说，由于采用了先进的燃煤设备，因此无法将其以分散物料的方式输送到布局紧密的电站中。通过将生物燃料压缩后输送到发电厂，可以降低燃料的运输费用和储存费用，而且可以大大增加生物质的能量和压力强度，对燃煤电站的掺加和使用有很大的帮助。

2.2煤粉燃烧系统的适应性

首先，由于农林废物物料不易粉碎，因此需要采用锤磨机、辊式磨煤机等适宜的生产工艺。其次，通过对原料的焙烤，可以改善其耐磨性、疏水性和热值，从而改善了此类生物质对粉体体系的适用性。由于农林产品的挥发性较高，加入后容易导致燃烧提早，导致燃烧炉温度过高，从而导致燃烧器烧点的烧焦或燃烧。所以，在大比例加入生物质时，需要适当调节一次风和二次风的风速，以改善其对燃用体系的适应性。

由于污泥中水分含量高，干燥后的含水率仍然在30%以上，很容易造成煤仓进料和粉煤机进气口的阻塞，所以必须严格限制污泥的用量，保证煤和污泥的充分搅拌。

2.3混烧后的土壤污染和结渣问题

在燃煤电厂中，燃烧的最大危险是燃煤机组的污染和结渣问题。由于生物燃料中的碱元素较多，在燃料中产生的结渣对整个装置的安全和经济效益构成了极大的影响。通过对燃烧过程中加入的燃料和防渣剂进行控制，可以有效地减轻由于加入量引起的积渣现象。在燃油中加入少量含有SiO2和Al2O3的酸性助剂，可以通过调整煤粉的酸碱比例来达到防渣油的目的。采用水洗、醋酸铵洗、盐酸洗等方法除去生物质的各种形态的钾，可以使炉膛内的含钾量下降，并可以降低炉膛内的含钾量，从而避免因碱元素的浓度过高而造成的催化剂堵塞、中毒等问题。

2.4掺加生物质的煤粉炉经济效益分析

生物质的能源利用价值比燃煤要低。在没有国家补助的条件下，大部分电厂都是亏损的。虽然加入污泥类生物燃料会提高电力生产的费用，但是从环保角度来看，根据现行的补助，还是可以取得一些经济效益的。而由于掺入农业生产的生物质由于其掺入的电能很难准确地计算，因而得不到政府的资金扶持，因而举步维艰。在非接触和并联用中，对生物质发电的监控方法有了一些新的进展，但是在这种情况下，直接耦合中的生物电能的测量还有待于深入的探讨。

2.5非直接掺合

利用生物质直接掺烧技术将生物燃料直接气化，并将其与煤炭混合燃烧。该方法既能维持大容量的高功率运行，又不会对原有的锅炉产生任何的影响。结果显示，在同等发电量的情况下，利用生物质和煤炭混合燃烧产生的CO

2和SO2产生量要小于直接燃烧产生的二氧化碳；通过增加机组的发电和汽化器的利用率，可以显著地减少CO2和SO2的排放。利用生物质与煤炭的直接混合燃烧，在环境保护方面有明显的优越性。同时，煤粉的气化工艺可以使物料的预加工工序更加简单、物料的来源更加广泛，而且还能防止生物质的灰渣流入到锅炉中，从而有效地防止了煤焦和高温腐蚀。

2.6直燃法

通常，生物质的含水量较高，热值较低，在掺烧时，较高的掺入量会使锅炉的理论燃烧温度下降，从而使其燃烧性能下降。此外，生物质与煤炭混合燃烧时，其灰分比燃煤高，且较容易粘附在壁上，造成的热阻值要高于煤灰，从而使传热系数下降。生物质中的碱性和氯化钙含量高，易产生炉渣和侵蚀。生物质灰液中的碱成份较多，而碱组份的灰溶点较弱，且易于生成低熔点共融物，从而使灰熔点下降，从而造成炉渣。碱金属在加热过程中会产生热升华，在管道内凝固，与烟气中的SO2反应形成硫酸盐、碱性硫酸盐、氧化铁和硫酸盐，从而损耗管道的表层Fe2O3保护层，从而导致管道的厚度减小，从而引起管道的侵蚀。

近几年，我国已经开展了大量的生物质混合燃料发电项目的试验和应用。我国华电十里泉电站是我国最早进行生物燃料掺和的电站。该工厂于2005年进行了一项技术革新，采用了秸秆混烧的方式。新建秸秆收购储存粉碎输送设备，秸秆焚烧专项两套，同时对供气及有关的控制装置进行了改进，保持了原锅炉的结构和性能指标。由于稻草热值低、运输困难、碱金属和氯化物浓度高，因此必须在合理的范围内控制稻草的用量。实践证明，在不大于40%的条件下，对炉膛内的飞灰量没有明显的变化，而且不会腐蚀、堵塞和磨损。秸秆混烧比煤电低，没有直接的经济效益，但是在社会效益和环境上都有显著的好处。如果按照每年10万吨的最大用量来算，每年可以节省70000吨的煤炭，降低CO2排放15万吨，SO2排放1500吨，为当地农民带来3千万元的增收。

结论

面临双重碳的双重压力，必须对我国的能源工业进行优化，生物燃料是一种非常低的碳燃料，来源广泛，产量丰富，具有很好的开发前景，通过掺入生物质可以迅速减少二氧化碳的排放。目前，制约生物质大规模掺混的因素包括：原料源和储运、生物质发电量的独立测量等因素，需要技术改造，以促进更好的发展。

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