大型煤粉电站锅炉直接掺烧生物质研究进展.doc
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1、大型煤粉电站锅炉直接掺烧生物质研究进展摘要:为提高生物质在大型煤粉电站锅炉直接掺烧的安全性和经济性,分析了多种典型生物质与典型煤种的煤质及燃烧性能差异,论述了掺烧生物质后对锅炉主机及辅机的设备适应性及运行的影响,同时分析了国内外煤粉锅炉直接掺烧生物质的典型掺烧方式及特点。结果表明,生物质具有水分高、密度低、挥发分和氧含量高、硫含量低、环保性能好等优势。大型煤粉电站锅炉掺烧生物质时,需充分考虑掺烧生物质对机组设备的适应性及运行参数的影响,重点考虑生物质的全水分、发热量、灰熔融温度和灰成分中Fe2O3、CaO、MgO和K2O等碱性氧化物对燃料制备、储存和输送,锅炉效率,制粉系统出力,带负荷能力及锅
2、炉的结渣、沾污和腐蚀等影响。通过优选生物质种类,掺烧5%10%的成型生物质对大型煤粉电站锅炉主机、燃烧系统、制粉系统及其他辅机系统运行无明显影响。综合考虑技术可行性、经济性及运行安全性,采用独立喷燃工艺2即利用锅炉备用制粉系统实现生物质独立掺烧的经济性更高。为防止生物质燃烧器的烧损,要求磨制生物质燃料的磨煤机进口风温在100以内,以保证磨出口一次风温不超过50,以4045为宜。当生物质比例低或掺烧时间短时,可考虑共磨掺烧方案,但需严重控制生物质自燃,确保生物质掺烧的安全性。因此通过优选生物质种类和掺烧方式、控制掺烧比例、优化运行参数等可保证大型煤粉电站锅炉直接掺烧生物质的安全运行。在大容量高参
3、数的煤粉锅炉上直接掺烧生物质具有投资和占地面积少、无或少量设备改造、热效率高、掺烧不受季节影响等优势,目前制约其大规模推广应用的主要原因是生物质不受人工干预的准确计量。引言生物质是世界上第四大能源,其主要特点是可再生、硫含量低,能有效降低烟气中SO2浓度,且实现CO2零排放,是一种清洁的低碳燃料。生物质发电兼具经济、生态与社会等综合效益,可缓解日益突出的能源短缺与环境恶化问题1-5。我国可再生能源中长期发展规划报告提出,2020年可再生能源消费量争取达到能源消耗的15%,并实施了生物质发电优惠上网电价以及燃煤机组掺烧生物质补贴电价等相关配套政策。国家发布了关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作
4、的通知,要求依托现役煤电高效发电系统和污染物集中治理设施,兜底消纳生物质资源,促进煤电的低碳清洁发展6-8。近年,国内纯燃生物质发电迅速发展,但存在燃烧效率低、发电成本高9-11、锅炉受热面结渣沾污和高温腐蚀12-18、设备可靠性差19-22等技术难题,严重影响了生物质发电企业的可持续发展。在大型煤粉电站锅炉掺烧生物质可通过有效控制手段避免前述直燃锅炉存在的问题,目前主要分为间接掺烧和直接掺烧2种20-21。间接掺烧技术是将生物质气化后的燃气送入煤粉锅炉燃烧,该技术的原料适应性较广,能避免炉内结渣和腐蚀等现象,但新建设备较多、投资相对较高。直接掺烧即在燃烧侧实现混烧,将生物质燃料处理成可与煤粉
5、混烧的状态直接送入炉膛混烧22-24。在大容量高参数的煤粉锅炉上直接掺烧生物质具有投资和占地面积少、设备改造少或无、热效率高、掺烧不受季节影响等优势,值得大力推广25-26。为了提高生物质在大型煤粉电站锅炉直接掺烧的安全性和经济性,本文对生物质煤质特性、典型生物质直接掺烧特点、直接掺烧可能存在的问题及应对措施等进行全面分析,以期提高生物质在大型煤粉电站锅炉直接掺烧的安全性和经济性。1典型生物质与燃煤的煤质特性差异1.1典型生物质的煤质特性国内典型农业生物质和典型褐煤及烟煤的基本煤质参数见表1。尽管这些生物质都属于农业生产废弃物,但不同生物质的煤质特性差异较大,全水分10%40%,灰分总体偏低,
6、热值主要受全水分影响较大,通常情况下水分越高热值越低。与国内典型煤种相比,生物质的主要特点是:Vdaf高达80%左右,比青年褐煤还偏高;收到基碳含量与国内典型褐煤相当;氢含量偏高;氧含量高,达到20%40%;硫含量低,均在0.3%以下;发热量与国内典型褐煤接近。生物质的高挥发分、高氢、高氧特性使得生物质的燃烧性能优良、极易着火和燃尽,燃烧性能明显优于国内典型煤种,而低硫特性可减少烟气中SO2浓度。与燃煤相比,生物质燃料还具有流动性差、密度小、体积大、颗粒大及能量密度低等特点。1.2典型生物质与燃煤的煤灰特性差异典型生物质与燃煤的灰熔融温度和灰成分比较见表2。生物质灰熔融温度低,与国内典型的褐煤
7、和侏罗纪烟煤接近。不同种类生物质的CaO、K2O、MgO、Al2O3、Fe2O3等成分含量偏差较大,如树皮CaO含量达30%,其余多在10%以下;麦秆K2O含量达30%,其余多在15%以下;MgO、Al2O3和Fe2O3含量大多在10%以下。与国内典型煤种比较,生物质的主要特点是灰成分中的K2O和MgO含量明显偏高。灰成分不同导致结渣机理不同,常规燃煤大多是由于煤灰中CaO和Fe2O3含量较高,而生物质主要是由于煤灰中K2O和MgO等碱(土)金属含量较高,当生物质煤灰中CaO含量高时,将进一步加剧结渣26。表3为神华烟煤与玉米和麦秆2种生物质掺混后的煤灰成分特性,通常生物质掺烧比例越高,混煤煤
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