1、小型火電廠生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燒技術(shù)與示范工程研究完成單位：河南省科學(xué)院能源研究所協(xié)作單位：農(nóng)業(yè)部可再生能源重點開放實驗室鄭州輕工業(yè)學(xué)院英國South Bank University河南省科能燃?xì)夤こ逃邢薰竞幽鲜」淌伎h楊山電廠1立項背景長期以來，在我國大部分地區(qū)，大量過剩的農(nóng)作物秸稈在田間地頭被直接焚燒，既嚴(yán)重污染了環(huán)境，又帶來飛機延誤、汽車相撞等嚴(yán)重的安全問題。這種浪費資源現(xiàn)象與當(dāng)前的常規(guī)能源因過量開采而導(dǎo)致的資源饋乏現(xiàn)象形成強烈的反差，制約著社會的發(fā)展。因此國家有關(guān)部委及各級地方政府多次發(fā)文要求禁止焚燒秸稈?？梢姡r(nóng)作物資源的有效利用已成為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要問題。八十年代以來，我國就開

2、始重視生物質(zhì)能的開發(fā)與利用。國家“七五”、“八五”、“九五”計劃將生物質(zhì)能的研究與開發(fā)作為攻關(guān)課題，其中生物質(zhì)氣化技術(shù)由此產(chǎn)生，并受到了全國人大、國務(wù)院、國家計委、科技部、建設(shè)部、國家環(huán)保總局等重視和大力支持。1998年在山東省濟南市成立了國家生物質(zhì)氣化技術(shù)研究推廣中心。為了加強生物質(zhì)氣化技術(shù)的示范和應(yīng)用工作，1997年農(nóng)業(yè)部連續(xù)兩次下放通知，并在山東省召開了全國秸稈焚燒與綜合利用工作會議。1999年國家環(huán)境保護總局、農(nóng)業(yè)部、財政部、鐵道部、交通部、中國民航總局制定了秸稈焚燒與綜合利用管理通知。國家政府從“九五”開始，投入大量的財力和人力，在全國范圍內(nèi)重點推廣生物質(zhì)氣化集中供氣技術(shù)。根據(jù)國辦發(fā)

3、(1999)44號文件精神，要求對效率低、效益差、污染嚴(yán)重的小型火電廠實行關(guān)停或進行綜合利用改造。河南省小型火電廠數(shù)量多，分布廣，截止到1999年底，全省總裝機容量在55MW以下的電廠有92家，單機容量在IOMW以下的發(fā)電機組有189臺，這些電廠大都屬于縣管企業(yè)或企業(yè)自備電廠，效率低下，污染嚴(yán)重，效率效益差，都在關(guān)停之列。如果這些小型燃煤火力發(fā)電廠被關(guān)、停、轉(zhuǎn)，將會對河南省經(jīng)濟和就業(yè)造成較大的影響。小型火力發(fā)電廠生物質(zhì)氣化燃燒技術(shù)與示范工程研究和示范，將從生物質(zhì)氣化發(fā)電的技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性等方面，為今后生物質(zhì)氣化發(fā)電站的建設(shè)提供了技術(shù)保證。同時，小型火力發(fā)電廠生物質(zhì)氣化燃燒技術(shù)的研究開發(fā)，

4、可以大規(guī)模地處理農(nóng)作物秸稈，又可以與我省現(xiàn)有的小型燃煤電站的改造結(jié)合起來，所以本項目的進行既是我省經(jīng)濟發(fā)展的需要，又是國家863計劃的需要，具有重要的現(xiàn)實意義和科學(xué)意義。2合作國別小型火電廠生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燒技術(shù)與示范工程研究項目是根據(jù)歐盟第六個科研框架計劃(FP6)而進行的國際合作項目，屬于FP6中第六主題計劃中生物質(zhì)能領(lǐng)域。生物質(zhì)能領(lǐng)域是歐盟委員會2004年在能源方面的重點，該項目是為了加強歐盟國家間以及與世界其它國家間的科學(xué)技術(shù)合作而專門制訂的中期重大科研計劃，具備研究水平高、涉及領(lǐng)域廣，投資力度大，參與國家多等特點。就世界范圍內(nèi)生物質(zhì)能開發(fā)與利用技術(shù)來說，比歐國家技術(shù)一直處于國際領(lǐng)先水

5、平，所以此次項目主要和北歐國家進行技術(shù)交流、引進和合作。該項目主要合作國家是芬蘭、丹麥、荷蘭、比利時、英國等歐盟國家。3研究進展31研發(fā)內(nèi)容本項目研究內(nèi)容：本項目以我省為數(shù)眾多的小別燃煤火力發(fā)電廠為對象，研究開發(fā)生物質(zhì)流化床氣化燃?xì)馀c煤混合燃燒發(fā)電技術(shù)及成套設(shè)備，并同時利用小型燃煤火力發(fā)電廠6MW的燃煤發(fā)電機組，建設(shè)一座生物質(zhì)利用規(guī)模為3MW發(fā)電功率(相當(dāng)于17MW熱功率)的生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混合燃燒系統(tǒng)，并使該技術(shù)工程化、產(chǎn)業(yè)化。把收集來的生物質(zhì)原料粉碎、烘千，由傳送帶送至料倉，再由螺旋上料機送入循環(huán)流化床氣化爐氣化，生成的高溫燃?xì)庥晒艿浪椭寥济哄仩t與煤混合燃燒，推動蒸氣輪機發(fā)電。生物質(zhì)氣化燃燒

6、工藝流程主要包括以下幾個基本過程：(1)原料預(yù)處理與輸送：生物質(zhì)原料進廠后需根據(jù)其含水量，進行粉碎、烘干預(yù)處理，預(yù)處理后符合氣化要求的原料通過輸送設(shè)備及氣化爐加料設(shè)備送進氣化爐中。(2)生物質(zhì)流化床氣化：生物質(zhì)在800的流化床或循環(huán)流化床氣化爐中進行氣化，生成C0、CH4、H2等可燃?xì)?，同時有少量的焦油和飛灰。(3)燃?xì)廨斔停荷傻母邷厝細(xì)馔ㄟ^高溫管道直接送到鍋爐中進行燃燒，為了保證焦油在輸送過程中不會冷凝堵塞管道，燃?xì)廨斔瓦^程必須保證燃?xì)鉁囟雀哂?00，所以送氣管道必須保溫。(4)燃?xì)馊紵喝細(xì)馑瓦M流化床鍋爐或鏈條爐排鍋爐后立即進行燃燒，由于鍋爐爐膛溫度較高，燃?xì)庥幸欢囟龋匀紵^程比較

7、穩(wěn)定，燃燒效率也很高。33關(guān)鍵技術(shù)(1)農(nóng)作物秸稈原料預(yù)處理技術(shù)研究專題，由河南省科學(xué)院能源研究所承擔(dān)，要求農(nóng)作物秸稈原料預(yù)處理后的含水量20，燃料顆粒平均大小在90，產(chǎn)氣量10000m3h，燃?xì)鉄嶂?MJm3。(3)高溫生物質(zhì)燃?xì)廨斔图捌淙紵餮芯繉ｎ}，由河南省科學(xué)院能源研究所與農(nóng)業(yè)部可再生能源重點開放實驗室承擔(dān)，要求高溫生物質(zhì)燃?xì)廨斔蜁r管道不堵塞、不會因高溫而損壞管道，開發(fā)的電站鍋爐用生物質(zhì)燃?xì)馊紵鲬?yīng)有較高的燃燒效率和適應(yīng)性，同時解決電站鍋爐生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燒時出現(xiàn)的合理匹配等一系列問題。達(dá)到鍋爐熱效率提高15以上，C02減排50，NOx及S02排放大幅度降低。(4)小型火電廠生物質(zhì)氣化

8、燃燒發(fā)電示范工程研究專題，由固始縣楊山電廠和河南省科能燃?xì)夤韭?lián)合承擔(dān)，示范工程的規(guī)模不低于熱功率17MW，河南省科能燃?xì)夤境袚?dān)示范工程有關(guān)設(shè)備的制造工作。34技術(shù)創(chuàng)新性該項目技術(shù)創(chuàng)新性可分為兩部分：流化床鍋爐中生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燃技術(shù)和鏈條爐排鍋爐中生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燃技術(shù)，兩種技術(shù)是根據(jù)小型燃煤火力發(fā)電廠的鍋爐類型而采用的不同生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燃技術(shù)。(1)流化床鍋爐生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燃技術(shù)根據(jù)小型燃煤火力發(fā)電廠現(xiàn)有的6MW流化床鍋爐，擬定在其旁邊建設(shè)一個3MW發(fā)電功率的流化床生物質(zhì)氣化爐，氣化后的生物質(zhì)燃?xì)饨?jīng)凈化后由通過位于燃煤燒嘴以下某部位的多個燃?xì)鉄熘苯虞斔偷搅骰插仩t中。由于流化床鍋爐

9、對煤種要求不高且燃燒較完全，流化床鍋爐生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燃技術(shù)具有生物質(zhì)燃?xì)馀c煤易被點燃、鍋爐熱效率高、燃燒產(chǎn)物C02、S02及NOx排放量減少等優(yōu)點。該技術(shù)能夠使生物質(zhì)總用量達(dá)到每年近3萬噸，占發(fā)電廠煤耗的20以上。(2)鏈條爐排鍋爐生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燃技術(shù)目前在河南省92個50MW以下小型燃煤火力發(fā)電廠中，75是鏈條爐排鍋爐，所以說鏈條爐排鍋爐中生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燃技術(shù)是生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的重點。由于鏈條爐排鍋爐具有對煤種要求高、燃料燃燒不完全、需要專門點火裝置、易產(chǎn)生C02、S02及NOx等產(chǎn)物、污染嚴(yán)重等缺點，本項目擬定在6MW鏈條爐排鍋爐旁邊建設(shè)一個3MW發(fā)電功率的流化床生物質(zhì)氣化爐，氣化

10、后的生物質(zhì)燃?xì)庥稍O(shè)在爐排下面的多個燃?xì)鉄熘苯虞斔偷芥湕l爐排鍋爐中。采用鏈條爐排鍋爐生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燃技術(shù)可提高鍋爐對煤種的適應(yīng)性，而且鍋爐不用設(shè)置專門點火裝置，改造后的鍋爐具有燃料燃燒較完全、燃燒產(chǎn)物C02、S02及NOx排放量大幅度減少、污染較小等優(yōu)點。35項目進展情況近二十年來，國家有關(guān)部委對生物質(zhì)能利用極為重視并積極支持生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。我國原有的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)都是以谷殼為主，而且發(fā)電規(guī)模都較小，經(jīng)濟效益不顯著。中國科學(xué)院廣州能源研究所等單位在“九五”期間承擔(dān)國家科技攻關(guān)項目“1MW生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)”的研究，開發(fā)了MW級的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)和設(shè)備，在福建莆田、海南三亞等地

11、建成了數(shù)個1MW的谷殼氣化示范發(fā)電站，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。在此基礎(chǔ)上，國家“十五”“863計劃”提出了“生物質(zhì)氣化發(fā)電優(yōu)化系統(tǒng)及其示范工程”課題，由中國科學(xué)院廣州能源研究所主持，主要研究開發(fā)大中型(35MW發(fā)電功率)的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)和設(shè)備。河南省科學(xué)院能源研究所和農(nóng)業(yè)部可再生能源重點開放實驗室共同承擔(dān)了該“863”計劃的子課題的“農(nóng)業(yè)廢棄物流化床氣化發(fā)電預(yù)處理技術(shù)研究”，目前正在進行中，這為6MW小型火力發(fā)電廠生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c煤混合燃燒發(fā)電技術(shù)與示范工程的研究工作打下了堅實的基礎(chǔ)。同時，歐盟已與我國科技部簽訂協(xié)議，在生物質(zhì)能利用領(lǐng)域進行合作研究與示范推廣，擬在河南、湖南、黑龍江

12、三省建設(shè)三個不同技術(shù)類型的示范工程。河南省能源研究所、農(nóng)業(yè)部可再生能源重點開放實驗室以及鄭州輕工業(yè)學(xué)院被科技部定為該項目的承擔(dān)單位，經(jīng)過2002年歐盟技術(shù)及經(jīng)濟專家兩次到河南考察、論證，最終確定我省的合作研究及示范項目為生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c煤混燒發(fā)電技術(shù)，歐盟擬采用的技術(shù)初定為英國的DRBRE技術(shù)和芬蘭的VTT技術(shù)。鄭州輕工業(yè)學(xué)院與英國南岸大學(xué)在能源綜合利用及生物質(zhì)能利用領(lǐng)域進行了長期的合作研究，作為英國DRBRE電廠的主要設(shè)計單位，雙方在生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c煤混合燃燒發(fā)電方面有豐富的經(jīng)驗。在2004年6月30日北京中歐生物質(zhì)能利用合作項目研討會上，英國已與我方就生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c煤混合燃燒發(fā)電技術(shù)達(dá)成

13、了合作研究及示范應(yīng)用意向，并與7月中旬回函，同意開展該項目合作，使本項目的研究開發(fā)與示范工程有可能在較短的時間內(nèi)達(dá)到國際先進水平。再加上中國科學(xué)院廣州能源研究所等863項目組成員單位的工作基礎(chǔ)和技術(shù)支持，保證了6MW生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c煤混合燃燒發(fā)電技術(shù)與示范工程研究項目的技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性。2002年省科技廳國際合作處己對該項目立項并給予資助，要求進行前期探索性研究。項目承擔(dān)單位河南省能源研究所和農(nóng)業(yè)部可再生能源重點開放實驗室為此進行了全面的實驗室小試，初步掌握了生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c煤混燒的機理，積累了大量數(shù)據(jù)；同時，鄭州輕工業(yè)學(xué)院呂彥力教授在英國南岸大學(xué)與Graeme Maidment教授合作開發(fā)了生物質(zhì)燃?xì)馀c煤混燒技術(shù)模型與軟件，這些工作都為項目的進一步放大試驗及示范打下了堅實的基礎(chǔ)。4預(yù)期效果41經(jīng)濟效益預(yù)測本項目的實施將會帶來巨大的經(jīng)濟效益。在實現(xiàn)正常生產(chǎn)時，預(yù)期每年可以處理農(nóng)業(yè)秸稈或其他生物質(zhì)30萬噸，氣化燃燒后可替代標(biāo)煤177萬噸，節(jié)支170多萬元，扣除人員管理及維護費用，直接經(jīng)濟效益140多萬元，間接經(jīng)濟效益為農(nóng)民增收270多萬元。目前小型火力發(fā)電廠燃煤的熱值為244MJkg，平均價格為250元噸，發(fā)電綜合成本為0305元度，而秸稈收集到廠的平均價格為90元噸，熱值為130MJkg，發(fā)電綜合成本為023元度，每度降低成本0075元，每年使用秸稈發(fā)電量約1800萬kwh