生物质气化合成气对燃煤机组负荷的影响试验.doc
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1、生物质气化合成气对燃煤机组负荷的影响试验摘要:以湖北华电襄阳发电有限公司为例,在生物质气化耦合燃煤机组发电系统上进行定负荷和定煤量试验。研究发现:生物质气化系统中产生合成气中气体成分稳定,可燃气体质量分数在30%左右,其中CH4,H2的质量分数稳定在5%以上,CO的质量分数稳定在18%左右。在试验中,燃煤机组消纳了合成气入炉对燃煤机组烟气中污染物SO2和NOx的影响。当合成气入炉后,烟气中污染物SO2的质量浓度在35mg/m3以下,NOx的质量浓度在40mg/m3以下,均达到了超净排放标准。合成气入炉对燃煤机组的燃烧有增强作用,生物质合成气通过燃煤机组高效发电,并有降低燃煤机组煤耗的作用。1研
2、究背景随着工业化的不断发展,根据近4年BP中国数据1,煤炭占中国能源消耗比重如图1所示:2014年煤炭占中国能源消耗量的66.0%,2017年煤炭占中国能源消耗量的60.4%。煤炭占中国能源消耗量的60.0%以上,说明煤炭依旧是中国的能源主体,但是以煤炭为主要能源的利用方式并不利于中国的能源安全,寻求可再生的新能源迫在眉睫。国家能源局关于印发生物质能发展“十三五”规划的通知明确提出,生物质能是重要的可再生能源。开发利用生物质能,是能源生产和消费革命的重要内容,是改善环境质量、发展循环经济的重要任务。生物质作为一种可再生的新能源,被人们广泛关注。生物质具有清洁、可再生、来源广泛、价格低廉等特点2
3、,是一种碳中性的可再生资源,包括林业残留物,工厂木材废料,伐木废料,草本能源作物,木质能源作物,农作物稻壳、秸秆、花生壳,可燃烧垃圾等。生物质主要利用方式有物理化学法、热化学法和生物化学法3。生物化学法包括厌氧消化、发酵等;物理化学法主要是将生物质成型压块燃烧;热化学法包括气化、液化、热解、燃烧等。其中,热化学法更贴近工业生产应用,是目前研究的热点。生物质气化是在一定的热力学条件下,在某种空气介质气氛中,促使生物质燃料转化为含有CO,H2,CH4等的合成气。影响生物质气化的主要因素有气化介质、原料特性、温度、物料比例等。GIL4研究不同气化介质(空气、水蒸气、水蒸气和O2混合气)对生物质气化产
4、物分布及气体产率的影响,发现水蒸气作为气化介质时,合成气的热值更高,这是由于水蒸气增加,促进水汽反应向右边进行(CO+H2OCO2+H2),使得氢气产量增加。Herg-uido5等研究不同松树粒径对生物质气化的影响,发现粒径更小的生物质原料,传热升温速率较快,气化反应速度更快。Turn6等研究了温度对生物质气化的影响,发现温度从750升高到900时,气体产率大大增加。但温度并不是越高越好,在生物质气化过程中,生物质热解产生挥发分以及二氧化碳的气化反应是吸热反应,而水汽变换反应以及甲烷化反应是放热反应,为了得到更高的气体产率和热值的合成气,必须选择合适的气化温度。在实际工业生产中,生物质原料由于
5、热值较低,容积比较小,并不能满足生物质气化炉的负荷需求和连续给料要求。现在国内的生物质成型设备,按照生产成型生物质燃料大小主要有压块成型机和颗粒状成型机7。根据成型燃料横截面直径,大于25mm的为压块,小于15mm的为颗粒,从生产效率考虑,压块成型具有明显优势。生物质成型燃料的制成原理是将生物质通过粉碎、混合、挤压、烘干等一系列工艺,制成块状、棒状、颗粒状等各种形状的成型燃料,相比成型前,生物质燃料的密度增加,热值大大提高,便于运输。采用生物质压块成型技术将生物质压块成型后,其生物质压块更容易被利用。生物质能源是一种非常高效、清洁的可再生能源,有效利用生物质能可减少石油和煤等化石能源的消耗。国
6、内利用生物质燃料发电的方式主要有生物质直燃发电810、生物质气化耦合燃煤机组发电11、生物质热电联产12等。生物质直燃发电是将生物质直接送到锅炉中燃烧,加热给水产生高温、高压蒸汽,推动蒸汽轮机做功,带动发电机产生清洁的电能8。但生物质直燃发电燃料的利用率较低,会产生SO2等有害气体,对环境造成严重污染。生物质气化耦合燃煤机组发电11是在气化炉中将不断流化的成型生物质压块转化为具有较高热值的可燃气体,再将合成气送入燃煤锅炉炉膛中,可燃气体与煤粉燃烧加热给水,产生高温、高压蒸汽,推动汽轮机叶片做功,带动发电机产生清洁高效的电能。生物质燃料的利用率高,同时利用燃煤机组的超净排放装置,避免了环境污染的
7、问题。生物质热电联产是利用生物质燃烧放出的热能,加热给水产生高温、高压蒸汽,推动蒸汽轮机做功,余热对城区供热。生物质燃料被转化为清洁的电能和有用的热能,可以很好地满足人们的需求,但国内缺乏生物质热电联产相关核心技术,多数设备依赖进口,投资成本高达60007000元/kW12。生物质气化耦合燃煤机组发电系统将生物质气化与成熟的燃煤发电技术结合在一起,不仅解决了生物质利用过程中释放出SO2对环境造成污染的问题,同时将生物质气化过程中产生的焦油在燃煤锅炉内作燃料,大大提高了生物质燃料的利用率。利用成型的生物质燃料不断在流化床中气化,产生的可燃气体进入燃煤锅炉分离燃尽风(SOFA)附近,在锅炉炉膛中与
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