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浙江大学程军:节能环保的大背景下 生物质能发电迎来热潮——2018年智慧电厂论坛(二期)

北极星电力网新闻中心  来源:电力头条APP    2018/7/26 10:46:58  我要投稿  

北极星火力发电网讯:“传统的燃煤企业如何给农村的秸秆、稻草或者是城市的生活垃圾、污泥等等各种生物质废弃物来进行混烧、耦合,这也是提高电厂灵活性,实现节能环保的一个非常大的热点。煤炭仍然是中国的基石,燃煤排放的各种污染物控制是能源清洁利用的关键。新能源是发展的未来,各大集团太阳能、风能已经发展很多了,现在正是生物质能发展的热潮。”浙江大学能源环境工程学院教授程军在2018年智慧电厂论坛(第二期)【分论坛二:智慧检修与安全监控(含新能源)】分享了《垃圾发电与生物质耦合》时表示。北极星电力网全程对会议进行直播,如需了解更多的会议直播,请联系微信号:13693626116 

程军:各位专家大家好,刚才两位都做了很好的报告,下面我就新能源发展方面做报告,重点集中于生物质废弃物焚烧发电转化的技术。

直播地址:2018年智慧电厂(第二期) 

习总书记刚刚提出来中国能源革命涉及到消费革命、供给革命、技术革命、体制国家,6月底国家发改委、能源局、环保部发了红头文件,燃煤耦合生物质发电项目建设,现在在全国发电企业掀起了一股很大的高潮,传统的燃煤企业如何给农村的秸秆、稻草或者是城市的生活垃圾、污泥等等各种生物质废弃物来进行混烧、耦合,这也是提高电厂灵活性,实现节能环保的一个非常大的热点。

煤炭仍然是中国的基石,燃煤排放的各种污染物控制是能源清洁利用的关键。新能源是发展的未来,各大集团太阳能、风能已经发展很多了,现在正是生物质能发展的高潮。

我国农林废弃物产量是7+3.5亿吨,折合5.5吨标煤,但是通过的方法肥料化、饲料化用起来不干净,也弄不干净,这些仍然造成很大的环境污染,包括各种农田里直接烧秸秆也对北京和大城市的雾霾造成严重的影响,国务院几年前下发了关于推进农作物秸秆综合利用的意见。

如果这些农林废弃物在锅炉里面燃烧,涉及到非常多的关键技术问题,其中因为本来农林废弃物就比煤炭杂多了,复杂热转化的固体化规律,锅炉反应的时候,多相反应流动机理及热质传递耦合,稻草秸秆仍然是含碳的燃料,所以也会排放二氧化碳、氮氧化物还有粉尘等等,所以多种污染物的生成、迁移、控制这都是我们要关注的问题。

关于生物质的燃烧技术有各种,包括以前的炉排炉,还有最近发展比较多的循环锅炉,还有很多电材料混烧还有粉状和煤粉混合的悬浮燃烧等等,这就涉及到实验室基础研究、小试、中试到技术示范。今天重点讲其中一个,流态化的燃烧,包括各种生物质废弃物。流化槽在热电厂应用是比较多的,它烧生物质废弃物也很方便,煤粉也可以燃烧用球磨机磨秸秆很多,磨秸秆和磨煤哪个容易?实际上磨秸秆更难,所以煤粉混少生物质也已经有些应用了,如果是热电厂烧生物质更方便,因为它的生活垃圾或者稻草秸秆基本上是经过,生活垃圾经过分解,稻草秸秆肯定不用磨成粉可以大颗粒的进去,所以更方便。

当然在燃烧过程中也会出现很多问题,因为在稻草秸秆里面富含钾这种碱金属,所以它一般在700-900度之间就会形成严重的熔融,以至于把生物质颗粒造成团聚,所以在流化或者流动时候的流动状态就受到了很大的影响,所以要尽量避免它团聚,但是在火焰温度最高的地方是1300-1500度,炉膛出口也要1100,所以熔融更加严重,它会把焦炭黏附在一块,对整个颗粒造成一定的影响。

我们发现这种燃料生物质与床料,比如沙石,燃料与床料混合越均匀,越可延缓聚团的发生,所以无论是流化锅炉还是煤粉炉在烧生物质秸秆的时候要特别关注他受热面的积灰和腐蚀问题,尤其是农林废弃物里面生物质低熔点的灰高简金属及氯含量在受热面产生的沉积问题,而且不同生物质燃料产生沉积在形态性质不同,对于钢和受热面造成严重的腐蚀,这是最该关注问题。

沉积灰废的机理我们发现,首先烧秸秆的农林废弃物,氯化钾冷凝,氯化钾越来越多,氯化钾再捕获其他的金属,最后和飞灰等等颗粒混杂,最后沉积越来越厚。所以不同的生物质燃料沉积性是有差异的,高氯的废弃物碱金属主要是氯化钾,如果是低氯的生物质,主要以氢氧化钾形式进入气相。所以含钾的生物质燃料,尤其是稻草秸秆,在受热面的腐蚀沉积主要分三层,主要的成分就是氯化钾,这是造成金属管壁腐蚀的主要因素。

我们浙大在这方面也做了一些工作,应该说二三十年前就开发了循环流化床燃烧生物质的技术,我们采用了一些关键的技术包括为了防止它的积灰沉积腐蚀,设计低溶剂负荷的炉膛,窄筛分惰性床料高循环倍率,中文润里和严格的床温控制策略、密相区防聚团设计和运行控制,对流受热面布置和艰巨针对设计。我们成功的燃烧了农林废弃物,当然还有百分之百燃烧的,我们发现在烟道和高温辐射管这里沉积非常的轻微,这样避免运行中的一些问题。而且也做了一些煤粉和生物质混合热电燃烧的实验,参烧火40%的生物质就能得到提高,一氧化碳提高67%,甲烷提高到14%,煤气产量提高至56%,不同的炉膛里面会有不同的成分。

讲一个案例,在2007年,浙大跟中节能合作,在江苏宿迁成功投运世界上第一台百分之百烧秸秆的循环流化床锅炉,打破了丹麦技术的垄断。还有我们参加了华电襄阳600兆瓦的电厂,混烧生物质的工程,它的关键参数是生物质这一块是50%的成型秸秆和50%的稻壳,每小时消耗8吨生物质,发电量达到10兆瓦,占到整个发电量的1.8%,整个锅炉是600兆瓦超临界的电站锅炉,这已经成功的投运而且大型燃煤电站跟生物质混烧之后,利用我们的技术解决了生物质燃烧受热面腐蚀的问题。

从07年的江苏宿迁的循环流化床锅炉,到后来,大概三年前在广东湛江建成了220吨/小时的50%循环的循环流化床锅炉。应该说我们用循环流化床,全烧生物质的话,锅炉效率可以达到89-92%,NOx排放达到80%-130,燃料适应性极强,单独或者灵活混合高效燃烧不同种生物质。目前循环流化床烧农林生物质的,已经在全国产业化推广了106台套,重点统计了12家比较大的企业,年发电62.7亿千瓦,消耗生物质540万吨/年,给农民增加收入16亿。目前已经燃烧生物质的电站和推广的示范企业如图。

前面重点讲了一下生物质的焚烧,下面重点介绍一下关于生活垃圾、污泥、固体废弃物的燃烧发电方面的应用。当然因为现在的电厂光靠燃料发电有各种各样的限制和困难,只要是烧煤的像过街老鼠人人喊打,如果我们烧城市的垃圾、污泥,是永远不会让你关门的,好多热电厂企业很大,它越来越多的承担起了城市环保的责任,正好我们各种生活垃圾没有办法处理,造成各种病虫害和环境污染,又没有办法解决这种城市生活垃圾污水污泥的出路问题,所以燃煤电厂是非常好的消纳方法。当然在生活垃圾和污泥焚烧过程当中也涉及到一些关键问题,它和秸秆不一样,秸秆里头农林废弃物主要是腐蚀积灰问题,经济效益要涉及到收集半径小于50公里的收运关键,城市生活垃圾污水污泥市政府已经花了很多钱有很多企业收了,我们的关键是怎么用它。在垃圾污泥焚烧过程中关键的技术问题,包括复杂组分固体废弃物的热转化机理、还有二恶英等等有机污染物的超低排放这是关键,生活垃圾里的各种塑料、橡胶,大家堆放的时候有恶臭,燃烧的时候更有恶臭,其实是有物质材料的,各种有机污染物,苯丙乙,最毒的是二恶英,有些时候在广州有几千人的围堵事件,就是怕有机污染物出来影响老百姓的身体健康,老百姓都知道生活垃圾没有地方去,但是都不想在自己家门口建燃烧电厂,但是市长没有办法,填埋已经没有办法了,只有烧,烧关键是控制各种污染物,实际上现在技术上已经成熟了,只不过可能受到各种公信力,老百姓对政府诚信的不放心。

传统的污泥能源化的利用存在不足,我们国家垃圾污泥关键的特征组分非常复杂,比欧美更复杂,水分更高,热值更低,所以我们这里存在的问题是源头分类调控不足,燃烧混合不充分,污染物控制不足。所以造成了一些问题。这里关键要解决一些问题,污泥的饼80%燃烧不了,在气方面要研究控氧的热转化技术,开发先进的热解气化燃烧技术,在过程阻滞方面,研究二恶英如何让它少产生,如何进行吸附。

浙大针对这些方面也开发了一些关键技术,包括生活垃圾焚烧发电技术,目前已经建成了43座生活垃圾焚烧发电厂,国内市场占有率第一名。从2002年中国首座完全自主知识产权的生活垃圾发电厂是在杭州,现在正在给杭州建新的电厂,每天处理将近2000吨生活垃圾。而且我们跟国内国际上其他量比,现在整个生活垃圾发电厂每天可以处理四万多吨的生活垃圾,发电量达到850兆瓦,每年可以替代400多万吨标煤,减排二氧化碳一千多万吨。城市污泥干化焚烧发电也是市政府离不开的一个行业,我们国家城镇污水污泥量每年达到四千万吨,包括一些工业上造纸污泥年排除一亿吨,长期以来无法处置,电厂跟它结合起来是获得了新生。我们也开发了一些搅动型间接热干化和复合循环清洁焚烧发电技术,二恶英排放控制之后比欧盟标准低两个数量级,目前这个技术在全国投运110多套,还有一些危险废弃物,像医疗垃圾、制药厂和其他的危废处置也很关键,政府对危废的补贴,一般生活垃圾从收到处置完是400多元,但是危废更多,所以如果能够处理危废也是很大的来源。我们也研发了回转式分段焚烧技术,控氧环境的污染物协同控制,也是应用于40多个工程。

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