燃煤生物质气化耦合发电技术探讨

祁成

摘要：在我国国民经济发展中起到重要支撑作用的燃煤电厂，其燃煤发电过程中会产生一定的固态和气态的污染物对环境产生伤害。我国属于农业大国，生物质存量较多，利用燃煤与生物质耦合发电可以实现生物质利用和环境保护的双重目的，本文对燃煤生物质气化耦合发电的技术和工艺路线进行分析介绍，可以有效促进该技术的发展及应用。

关键词：燃煤；生物质；气化；耦合发电

1引言

目前，我国的发电技术主要利用能源还是以煤炭资源为主，燃烧煤炭发电会产生大量的污染物。利用生物质进行发电可以改善我国能源的利用结构，增加可再生能源的利用占比，同时也实现对于新能源的开发利用。利用生物质进行发电可以减少发电过程中的污染物产生和排放，有利于环境的保护，具有极大的社会意义，燃煤生物质气化耦合发电作为我国重点发展的项目之一，是一种高效清洁的生物质利用技术。

2燃煤生物质气化耦合发电主要技术路线

燃煤生物质气化耦合发电技术首先利用生物质气化得到燃气，该部分燃气进入炉膛与煤一起燃烧，燃烧产生的热量用来加热给水，从而产生蒸汽推动汽轮机做功，实现能源转化利用的目的。生物质的气化是发生在循环流化床中的，在较低的温度下通过气化获得气体燃料，该部分气体燃料被送入炉膛进行充分燃烧，并在一定程度上可以促进煤的充分燃烧。气化过程得到的燃气温度为750℃左右，通过冷却将温度控制在400-500℃之间，冷凝水从该冷却过程中获得能量，再进行循环再利用。风机将冷却后的燃气送入锅炉炉膛燃烧，该燃烧过程不会产生焦油凝结，不会影响锅炉受热面传热，不会影响锅炉安全运行。生物质气化可以回收生物质灰进行再利用。

与生物质直接燃烧与燃煤耦合发电技术相比，生物质气化与燃煤耦合发电技术具有以下优点：

（1）生物质原料的处理难度不高，生物质气化对生物质燃料的来源适应性强。另外，由于生物质熔点低、粘结性强，具有腐蚀性等特点，如果直接在燃煤锅炉中进行燃烧，会对锅炉产生较大的影响，气化过程克服了生物质的这些弊端。气化燃烧技术不必采取过高的温度，就能使得生物质气化得到燃气，而且可以防止焦油的冷凝。

（2）生物质气化与燃煤耦合发电技术，在用电需求不变的情况下，由于生物质代替了部分煤的燃烧，从而减少了二氧化硫等污染物的排放量，同时低热值的燃气在炉膛内燃烧，还能减少氮氧化物的排放，对环境起到保护作用。

（3）利用既有的高效发电系统，可以提升生物质转化电能的利用率，同时利用气化技术改变原料进入锅炉的形态，提升转化率，获得高品质的能源，优化生物质发电过程，提升经济性。

（4）此种耦合方式的发电技术，具有较强的灵活性。

3燃煤生物质气化耦合发电技术特点

燃煤生物质气化耦合发电技术具有以下特点：

（1）由于生物质气化设备与发电设备是单独运行，便于进行单独计量，电价的结算比较简单，可以享受生物质电价的补贴政策。

（2）生物质气化耦合发电过程中，冷却后的燃气温度处于400℃以上，可以有效防止焦油的产生，另外整体的热效率较高。

（3）通过气化技术将生物质转化为燃气进入锅炉，防止生物质灰分进入锅炉，避免了对锅炉受热面造成腐蚀，降低维护运行费用。

（4）相对于整个发电系统，气化过程相对独立。避免生物质因季节不同对整个发电系统的稳定性产生影响。

（5）有效地减少了二氧化碳、二氧化硫污染物的排放，提升经济性。

4燃煤生物质气化耦合发电工艺分析

燃煤生物质耦合发电工艺过程主要包括原料处理、生物质的输送、循环床气化、燃气冷却降温、燃气成分监测、燃气输送燃烧、计量系统及电气控制过程等组成。以下对主要的过程进行详细的分析。

（1）生物质原料的选取

生物秸秆、农林废弃物等生物质原料一般可以作为生物质气化发电的原料使用。生物质收集后会进行集中的破碎处理，最终的处理指标见表1所示。

（2）循环流化床系统

循环流化床气化炉的炉膛下部有一个密相区，气化过程在此区域完成。气化炉的前部、中部和尾部三个竖井构成了气化炉本体，前部的竖井是绝热炉膛，起到支撑作用；中部竖井是旋风分离器，属于支承部分；尾部竖井是除尘分离器，同样起到支承作用。炉膛温度控制在700-750℃，并控制风量，使得炉膛内的环境呈现高温少氧的状态。另外，气化炉的出灰方式为干式出灰，出灰口分别为排渣口、旋风分离器下部接收口、除尘分离器收集口。

（3）燃气冷却降温过程

气化炉的尾部布置有换热器，其作用是与气化炉排出的高温燃气进行热交换，吸收燃气热量以降低燃气温度。高温燃气进入换热器后，冲刷受热面。换热器的管子呈排列布置，不易积灰，另外在两侧有清灰口和吹灰器，使用蒸汽吹灰。

（4）燃气输送系统

高温燃气经过燃气加压风机加压后送入到母管中，再由支管进行分流，燃气在支管中进入到锅炉炉膛内燃烧。每个母管和支管均采用盲板阀封断，避免燃气的泄露。

（5）生物质再燃系统

掺杂燃气燃烧的锅炉，燃气通过燃烧器进入炉膛燃烧，锅炉配置前后墙对冲燃气燃烧器，同样采取前后墙对冲布置。一般情况下，掺烧的燃气在热值比不大于10%的情况下，生物质气化与燃煤耦合发电对锅炉运行基本不产生影响。

5结语

社会发展过程需要不断完善、充分利用新能源发电，改善燃煤过程中的污染物排放，改善环境。我国生物质资源丰富，生物质气化耦合燃煤发电是一种可以提升生物质利用的经济性、减少煤炭燃烧过程中污染物排放的具有环境友好性的发电技术。较于生物质直接燃烧发电技术，气化燃烧技术更具有显著的优势，通过气化后得到的燃气与燃煤耦合燃烧发电，可以提升生物質发电的效率，是目前生物质应用于发电的一种高效且经济的技术路线。

参考文献

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（作者单位：中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司）