把燃煤火電廠改造成為生物質(zhì)發(fā)電廠，既符合國家建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的要求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)，獲得國家鼓勵(lì)政策資金支持，又能節(jié)省大量建設(shè)投資，提高發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)使發(fā)電廠附近區(qū)域內(nèi)居民增加收入，維持原有電廠職工就業(yè)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。問題是如果繼續(xù)沿用普通生物質(zhì)作為燃料,無論經(jīng)濟(jì)面還是技術(shù)面，都存在不盡如人意的弊端,開發(fā)具有更加優(yōu)良性能的火電廠用生物質(zhì)燃料, 成為現(xiàn)今中國乃至世界生物質(zhì)能領(lǐng)域內(nèi)被關(guān)注的熱點(diǎn).
(二)普通生物質(zhì)的弊端
( 1) 結(jié)焦腐蝕
與煤相比, 生物質(zhì)灰中堿性成分( 特別是堿金屬 K) 含量高, 且主要以活性成分的形式存在, 在火焰中易揮發(fā)出來而后凝結(jié)在受熱面上形成結(jié)渣和積灰.
(2)儲(chǔ)存和運(yùn)輸
由于生物質(zhì)燃料具有低能量密度、水分含量高且具有強(qiáng)烈的親水性以及纖維質(zhì)柔軟韌性材料等特性, 因此對(duì)其運(yùn)輸、儲(chǔ)存和制備影響較大。生物質(zhì)的能量密度約為煤的1/ 10, 這意味著當(dāng)按熱量計(jì)共燒 10% 生物質(zhì)時(shí), 其體積即和煤的體積相當(dāng)。
(3) 水分
高水分能影響生物 的點(diǎn)火情況 ,接著導(dǎo)致未燃盡碳的增 加 , 所以生物質(zhì)燃料要保持一定的干度 。生物質(zhì)燃料在研磨和進(jìn)爐膛之前要進(jìn)行預(yù)干燥 ，會(huì)增加運(yùn)行費(fèi)用, 這是影響電廠經(jīng)濟(jì)性的主要因素之一。
(4) 制粉
生物質(zhì)是韌性纖維質(zhì)材料研磨制備與煤比起來需要更多的能量 ,特別是當(dāng)粒徑要求 很小時(shí)，這樣在粒徑大小與耗能之間就有一個(gè)平衡問題 ,通常生物質(zhì)顆粒范圍推薦取在 1-3mm。對(duì)于具體的工程案例 ,要根據(jù)燃料種類 、形狀 、水分 、燃燒系統(tǒng)等具體情況來定一個(gè)最經(jīng)濟(jì)合理的顆粒尺寸 。
生物質(zhì)在給煤機(jī)上游與煤混合,再一起制粉后噴入爐膛燃燒，是最經(jīng)濟(jì)最直接和最常用的混合燃燒方式，幾乎不必投資新增和改造設(shè)備。使用電站原有的磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)將煤和生物質(zhì)燃料一同送入磨煤機(jī)制粉，運(yùn)行期間需要關(guān)注磨煤機(jī)電流、、出口風(fēng)溫等特性指標(biāo)，需嚴(yán)格控制較低的混燃比例，以免造成生物質(zhì)燃料阻塞磨煤機(jī)，引起磨煤機(jī)故障。
(5)燃盡率
生物質(zhì)顆粒大而非球形會(huì)對(duì)燃盡率產(chǎn)生影響。磨碎后生物質(zhì)顆粒呈較長的柱型而非煤粉的近似球形, 加之密度很低, 因而可能會(huì)影響燃料的氣力輸送。這類顆粒不易為氣流夾帶進(jìn)入火焰中心, 因而影響其加熱和燃燒速度。當(dāng)顆粒尺寸大于 3mm,燃盡將可能會(huì)成為問題。因此當(dāng)生物質(zhì)摻燒較多, 如質(zhì)量比例為 10% 時(shí),鍋爐效率降低約 0. 5%。
(三)烘焙生物質(zhì)
烘焙(Torrefaction)是指在缺氧的環(huán)境下，以200 至300℃的溫度對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行的熱處理技術(shù)，和木炭有相似的性質(zhì)。但是烘焙產(chǎn)品和木炭最大的區(qū)別在產(chǎn)品中殘留的揮發(fā)分的組成上。木炭在制造過程中、幾乎所有的揮發(fā)分都蒸發(fā)掉了、造成不必要的能量損失。相反、烘焙可以使大部分的揮發(fā)分留在產(chǎn)品中。
工藝流程
裝置示意圖
裝置實(shí)景
烘焙生物質(zhì)產(chǎn)品和其它典型燃料的特性比較如表1：
(四)烘焙生物質(zhì)和普通生物質(zhì)比較
(1)基于烘焙生物質(zhì)的物理及化學(xué)性質(zhì)、和煤的混燃比例可以提高至80%以上且不會(huì)影響鍋爐的正常運(yùn)行，不易產(chǎn)生結(jié)焦、腐蝕。
(2)發(fā)電廠使用烘焙生物質(zhì)、會(huì)大大降低成本。不需要增設(shè)專用的生物質(zhì)處理設(shè)備(如磨煤機(jī)、料倉、給煤機(jī)、燃燒器)、烘焙顆粒、具有更高的體積能量密度、工藝設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化、節(jié)省設(shè)備投資。
(3)運(yùn)輸費(fèi)用、特別是烘焙顆粒、體積能量密度、是普通木質(zhì)顆粒的1.5—2 倍。可以降低很大的運(yùn)輸成本。
(4)烘焙生物質(zhì)、具有疏水性,不會(huì)因被雨淋濕膨脹,變質(zhì),發(fā)霉,便于運(yùn)輸和室外儲(chǔ)存。
(5)烘焙生物質(zhì)粉碎性優(yōu)良、能耗遠(yuǎn)低于普通生物質(zhì),大大降低了粉碎成本,另外,可以形成均一球形顆粒微粉,具有優(yōu)異的流動(dòng)性. 完全可以在現(xiàn)有電廠給煤機(jī)上游與煤混合,一起制粉后噴入爐膛燃燒發(fā)電。
可見 烘焙生物質(zhì)用于發(fā)電燃料比普通生物質(zhì)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
(五)用于燃煤火電廠
燃煤電廠改造為以普通生物質(zhì)為燃料的生物質(zhì)電廠，需要對(duì)鍋爐、燃料儲(chǔ)存、輸送、破碎及上料系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)及其它系統(tǒng)進(jìn)行改造或增加新設(shè)備，即使20MW 左右規(guī)模的小型電廠也要上億的投資，而且開始運(yùn)行后，原料儲(chǔ)存、設(shè)備維護(hù)等會(huì)增加額外成本。而使用烘焙生物質(zhì)作為燃料，由于其具有接近煤的性能，可以在現(xiàn)有電廠給煤機(jī)上游與煤混合,一起制粉后噴入爐膛燃燒發(fā)電，幾乎不需要新增和改造設(shè)備，節(jié)省大量建設(shè)資金和運(yùn)營管理費(fèi)用。
可以說，用烘焙生物質(zhì)作為燃料，使燃煤火電廠的改造在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上更加具有現(xiàn)實(shí)可操作性。
