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欧洲大型燃煤锅炉耦合生物质发电技术介绍

  0、编者按(詹华忠Allen)

  2017年11月27日,国家能源局、环境保护部联合发布《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》,建议发电企业积极参与燃煤锅炉生物质耦合发电工作,尝试破解秸秆田间直燃等环境治理难题,促进电力行业特别是煤电的低碳清洁发展。

  国家发改委2017年12月18日印发《全国碳排放交易市场建设方案》,专门针对发电行业提出:为贯彻落实党中央、国务院关于建立全国碳排放权交易市场的决策部署,稳步推进全国碳排放权交易市场建设。这说明燃煤火电机组面临进一步降低CO2排放压力,需要前瞻性考虑适应未来降低CO2排放相关途径迫在眉睫。

  燃煤锅炉耦合生物质燃烧技术建设周期短、投资和运行费用低、发电送出稳定且能实现显著的节能减排效果。燃煤锅炉耦合生物质燃烧对改善区域环境,充分利用电厂已有的大部分设备和已存在的供电、供热市场,增加当地农民收入有着天然优势;是一种现实、有效、可行和重要的减少燃煤火电机组温室气体排放的重要举措和发展方向。该技术备受新五大发电集团和各省、市自治区关注,作为当前节能环保工作重点,进行可研、考察,急需确定技术路线,亟待采用。恰逢其时,中国电力科技网于2018年4月17-18日在天津召开“第一届燃煤锅炉耦合生物质燃烧技术应用研讨会”。会上,中国电力工程顾问集团公司副总工程师龙辉做了专题演讲《欧洲大型燃煤锅炉耦合生物质发电技术介绍》,值得借鉴国外的实践。

  一、前言

  从上世纪90年代起,欧洲就开始开展生物质燃烧技术研究与应用。大型燃煤锅炉耦合生物质技术在在英国、荷兰、芬兰、丹麦、德国等许多国家得到应用。

  如何在未来的火电机组解决CO2减排问题。大型燃煤锅炉耦合生物质燃烧发电技术就是其中解决方案之一。大型燃煤锅炉耦合生物质燃烧发电技术在欧洲得到推动和发展得益于该技术减少燃煤电厂的CO2排放要求,政府的补贴等。

  目前欧洲大型燃煤锅炉耦合生物质燃烧技术的主流发展方向是生物质与煤耦合燃烧。我们一直在调研、跟踪这一技术的最新发展。这里着重介绍欧洲比较有代表性的国家荷兰、芬兰、英国大型燃煤锅炉耦合生物质技术发展情况。

  二、欧洲大型燃煤锅炉耦合生物质发电技术应用情况

  2.1荷兰大型燃煤锅炉耦合生物质燃烧发电技术发展

  2.1.1实验阶段

  1993年,在KEMA的1MW燃煤实验锅炉进行的耦合燃烧试验,包括5%和10%的的材料的耦合燃烧:建筑垃圾废木料、污水污泥、焦炭产品。

  重点:燃烧性能、灰量、排放。由于实验效果积极,在90年代中期,荷兰的燃煤发电厂开展生物质耦合燃烧技术得到发展。

  2.1.2积累经验阶段

  1995年~2000年,在示范电厂运用不同燃料完成3%~5%~10%(重量百分比)的耦合燃烧。

  完成的主要工作包括:

  1)对焦炭、(干)污水污泥、废木料、烃气、生物质能球团、柑桔球团、城市废物、咖啡渣、可可豆壳、动物脂肪、肉及骨、谷物粗粉进行工业示范试验,确认燃烧特性,完成物料平衡计算(包括排放情况,灰量),并且将耦合燃烧比例从10wt%提高到35wt%(或更高),对木球、棕榈仁压榨、回收固体燃料、橄榄残留、小麦壳粒,大豆壳等生物质采用专用混合燃烧装置。

  2)对锅炉燃烧、腐蚀,磨煤机运行,污染物排放,灰渣等副产品质量,对SCR烟气处理的影响,选择催化还原催化剂的活性对燃烧的影响,监测炉膛内的腐蚀情况、煤/生物燃料混烧的磨煤机性能、煤灰质量带来的影响进行了分析。

  2.1.3目前发展情况

  目前已经有超过50个试验,使用煤和生物质能、垃圾等物质的耦合燃烧,比例超过40wt%。

  自2007年以来,在荷兰的燃煤发电厂,耦合10%(重量百分比)的二次燃料已经很普遍。2010年以后提高耦合燃烧比例,实现600MW机组10~15%(重量百分比)的耦合燃烧,600MW以下机组实现15~35%(重量百分比)的混合燃烧,10~30MW的独立工业单元超过35%(重量百分比)的混合燃烧。

  2015年,荷兰最新设计投运的鹿特丹的MPP3电厂是目前世界上最新建成的节能和CO2深度减排示范电厂。1100MW超超临界机组采取超超临界参数+生物质混烧+区域供热+CO2捕集的CO2深度减排技术路线。机组容量:2X1100MW,机组参数:28.5MPa/600℃/620℃,机组发电效率>47%。生物质混烧比例30%,准备2019年投入使用。

  2.2芬兰大型燃煤锅炉生物质混烧技术应用

  芬兰建成世界上最大的混烧生物质的循环流化床锅炉---芬兰AlholmensKraft550MW热电厂。其中燃料:煤:10%、泥煤:45%、森林废弃物:10%、工业废木材:35%。已经成功运行多年,生物质可以以任何比例与煤混烧,包括100%生物质。

  2.3英国

  英国是目前世界上采取生物质混烧技术最多的国家。英国共有16座大型火电厂完成了生物质混烧发电,其中13座为总容量超过1000MW的大型燃煤火电厂,其总装机容量为25,366MW。

  2.3.1英国Tilbury电厂生物质燃烧改造项目

  Tilbury电厂位于伦敦东南,始建于1961年,1968年开始运行,目前属于RWEPower公司。电厂装机容量为2X712MW,2004年改造为生物质发电。

  Tilbury电厂所需燃料,60%来自加拿大不列颠哥伦比亚虫蛀后的林木,10%来自欧洲,30%来自RWE所属佐治亚州工厂生产的木材颗粒。

  电厂第一阶段改造情况介绍:

  目前Tilbury电厂已经完成了第一阶段的改造,主要包括改造真空卸载机、磨煤机,皮带输送机,灰斗,燃烧器改造等。

  第一阶段改造中存在的主要问题:

  A物料输送特性和预期不同。部分生物质燃料强度不够,在输送过程中容易破碎,增加了粉尘量,同时使输送更困难。

  B磨煤机特性与预期不同。主要变化与磨辊、碾压力有关。

  C从煤仓到给料机的流动性较差。在给料机和磨煤机间加装回转阀,作为煤仓和磨煤机间的压力密封。

  D灰分特性变化。生物质特性不适合传统的浓相气力输送。静态情况下,灰分会堆积,引起结渣和堵塞。

  运行中料仓自燃着火情况

  2012年2月27日9、10号机组发生料仓起火事故,其主要原因是料仓中的木材颗粒分布不均,由于局部自燃引起着火。

  Tilbury电厂事故分析:

  A生物质燃料处理过程中及运输、储存区域(如灰斗、料仓)的粉尘水平较高。

  B木材颗粒的点火、燃烧特性和煤相近,木屑由于水分较低,相比燃煤粉尘,流动性更强。

  C如果木屑遇到火源,可能引发自燃,产生大量的烟和CO,并难以扑灭。

  解决方案:

  在设计阶段考虑扑灭料仓内木材颗粒自燃的方法。

  当检测到料仓和灰斗内自燃发生时,设法减少破坏原料及将其暴露给更高氧含量水平的可能性。

  电厂下一步升级计划

  电厂的第一阶段改造于2013年中期结束。第二阶段改造将对电厂进行重大升级改造以符合新电厂环境标准,并延长电厂工作寿命至2027年。

  2.3.2英国Drax电厂耦合生物质发电技术改造项目

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