我国生物质与煤混烧发电的可行性分析.docx

SOLAR ENERGY产业论坛我国生物质与煤混烧发电的可行性分析|河南省科学院能源研究所有限公司刘军伟雷廷宙摘要：通过对生物质发电政策法规、混烧发电优势、原料保障的分析，对生物质混烧发电技术方案进行讨论，并结合一些实例，分析得出生物质混烧发电适合我国国情，应大力发展。关键词：生物质，混烧，发电，可行性分析71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 刖目生物质是清洁的可再生能源，生物质资源在我 国极为丰富。利用生物质替代煤发电，既可减少一 次能源的消耗，降低温室气体co2的排放，同时又 使秸秆等废弃物得到了妥当处理，还为农民带来额 外的收入，因此具有良好的社会、环境、经济效益。 国家政策也积极支持生物质发电11。生物质发电技术包括生物质直燃发电、生物质 混燃发电和生物赓气化发电。国内25MW左右的生 物质发电机组以新建的直燃生物质电厂为主，6MW 以下的以气化发电为主，这两种都属于单纯利用生 物质发电。与国内情况不同，在欧盟40%的生物质 发电采取生物质与煤混烧。电厂采用一定比例的生 物质与煤混烧，在不影响原有系统的基础上可实现 生物质的有效利用。其相对经济成本低，技术难度 小，风险低，也适合中国的国情。全世界有150多 套生物质与煤混烧的电厂应用实例，其中欧盟1 多套，美国40多套，其余在澳大利亚。二可行性分析1生物质与煤混烧发电政策法规分析生物质燃料材质疏松，能量密度低，相应的收 集、运输、贮存、使用处理都较困难，利用成本相 对较高，因此需要政府相关政策的激励和补贴。(1) 国家大力倡导利用可再生能源，积极扶持生 物质发电事业，已经和正在制定一系列的政策、法 规、规划，保证生物质发电有序发展。通过目标规 划、价格激励、财政补贴、专项基金、税收优惠、配 额制度等措施，推动生物质发电快速发展。2006年1月1日颁布实施了可再生能源法， 确定了可再生能源的法律地位和发展根基，与之配 套的10部规定陆续施行21。同时，加以目标引导， 国家“十一五”规划纲要提出，建设生物质发电550 万kW装机容量的发展目标，在全国电力装机总容 量8.4亿kW中，生物质电量比重达到0.65%以上m。(2) 影响混烧发电的相关政策由于混烧生物质的量难以监测和核实，国家环 境保护总局、国家发展和改革委员会下发的环发 200682号文件关于加强生物质发电项目环境影 响评价管理工作的通知中规定：“国家鼓励对常规 火电项目进行掺烧生物质的技术改造，当生物质掺 烧量按照热值换算低于80%时，应按照常规火电项 目进行管理”。41(3) 利用清洁发展机制CDM。作为附加的资金 来源，增加电厂运行的经济性。生物质发电实现碳 循环将直接减少温室气体C02的排放。利用CDM提 供的巨大商机，获得发达国家提供额外的资金和技 术支持，将更加有力地推动生物质发电产业的发展。 对于一座100MW、掺烧10%生物质的燃煤电厂，每 年将可以从中获取数百万的额外收入。随着全球对 环境问题的重视，这个市场将更加广阔。“利用生物质剩余物发电的统一方法学” ACM0006,已经存在且被CDM执行委员会批准，可 用于生物质混燃项目。2生物质与煤混烧发电的优势根据供应情况掺入或多或少的生物质与煤混合 发电，而不是单纯地燃用生物质，这种生物质发电 方式具有更多的优势。(1) 投资较省。可以充分利用燃煤电厂的原有设 施和系统来实现生物质燃料的利用。SOLAR ENERGY 2/2009(2) 混烧比例灵活。在资源丰富时可以提高生物 质的比例，而在资源供应不足时提高煤的比例，可 以降低生物质燃料的供应风险。该风险包括两个方 面，资源风险和价格风险。前者是指在电厂经济收 集区域内的生物质资源能否满足电厂的使用。后者 是指生物质供求关系的平衡点是否在电厂可以接受 的范围内。(3) 能够有效保证电厂的顺利运行。生物质电厂 正常运行的最大障碍即是燃料的供应问题。纯烧生 物质的电厂只能烧生物质燃料，其持续充足供应面 临诸多难题。而混烧生物质的电厂可以烧煤，燃料 风险低，运行可靠性高。(4) 生物质混烧发电可以实现在大型锅炉上的应 用，如500t/h以上的锅炉，可以利用原有燃煤系统 的高蒸汽参数发电，从而能够达到相对较高的效率。(5) 在混烧生物质的比例小于20%的情况下，生 物质灰特性所带来的结渣、积灰和腐蚀等影响锅炉 性能的问题也小得多。3生物质与煤混烧发电的原料保障对于任何类型的生物质发电项目，都需要建立 可靠、快捷的燃料供应体系。因此要研究和建立原 料保证体系。该体系主要包括厂外的收集与厂内的 处理。(1) 厂外收集、预处理及储存运输我国的生物质资源虽然非常丰富，但每一个农 民家庭只有一小块土地，分散耕种，农作物品种多 样，不同地区的地理、气候环境差别很大,燃料供 应体系的建设要比发达国家复杂得多。在目前的条 件下，依靠农户的分散收集、储存和村庄合作运输 的模式是燃料供应体系的基础。小型秸秆打包机适 合于我国大多数农村秸秆收集的需要。收集打包的 秸秆采用农用车分散运输到附近的秸秆收集站，再 集中采用卡车运输至电厂。(2) 厂内的运输、处理首先要有生物质燃料的储存间。采用传送带输 送至燃料处理车间，在燃料处理车间完成生物质原 料的粉碎(如果是打包的捆，还要先打散)，接下来用 风送至锅炉内。对于锯末、花生壳等原料，用于流化床锅炉时， 亦可以在煤场直接与煤混合在一起，通过煤输送、 处理系统，完成生物质的混烧。(3) 由于各种生物质的性质差异较大，燃料处理 系统要有足够的弹性，能够适应不同种类的生物质 原料。由于生物质在处理过程中粉尘较大，因此从 拆包开始，机器应外加全封闭装置。4生物质与煤混烧发电的技术方案(1) 生物质与煤燃烧特性的区别生物质与煤的差别，体现在热值、密度、水分、 挥发份固定碳比例、硫含量、灰成分等方面。这些 差别直接影响到生物质的燃前预处理、燃烧条件的 配置，以及燃烧产物和可能带来的问题的处理5。a. 生物质密度低，热值低，氧含量比煤高。生 物质纤维含量高，质地蓬松，使用过程中易堵塞和 搭桥。b. 生物质挥发份含量高，约占70%，并且生物 质热解迅速。而煤正相反，大部分为固定碳，挥发 份只占35%左右。生物质被送入炉膛后，在高温作 用下会有大量的挥发份析出，挥发份析出后的生物 质变成多孔的松散结构，氧向粒子内部扩散和燃烧 产物向外扩散的阻力较小，燃料燃烧的速度较快。 生物质燃烧时以挥发份的燃烧为主，而挥发份在析 出后将迅速上升，因此主要热交换区上移，甚至导 致过热器前的高温，引起过热器的腐蚀。同时生物 质由于松散也易被从密相区带入稀相区。燃烧过程 中要考虑不同位置处燃料和空气的配比。建议采用 分层燃烧，既有利于燃料的充分燃烧，又不至于产 生局部超温。c. 生物质灰分中碱金属、硅和氯含量高，容易 引起炉膛的积灰，以及换热面的结渣、腐蚀问题。因此，在对燃煤锅炉进行混烧生物质改造时， 对输送系统、供风、受热面、除尘等的改造要考虑 到以上区别。(2) 生物质与煤混烧发电的技术方案生物质可以灵活实现与煤的混烧发电，主要有 三种途径：a. 在燃烧前实现混烧：将生物质燃料处理成可 以和煤混烧的状态，送入炉膛实现混烧。关键因素 是能够保证合适的燃烧效率和稳定火焰的生物质燃 料粒径，这对生物质粉碎或研磨技术提出了耳高的 要求。最大的生物质燃料粒径，取决于炉膛内的燃 烧条件，如燃料的停留时间、炉内温度分布等。b. 在燃烧中实现混烧：生物质先在气化炉中气SOLAR ENERGY 2/2009SOLAR ENERGY 1111111-化，将产生的生物质燃气通过燃气燃烧器喷入锅炉 中实现混烧。还可以将生物质处理后输送至炉前， 再加上生物质专用的燃烧器，也可完成混烧。C.在燃烧后实现“混烧”：燃烧生物质的为单纯 烧生物质的锅炉，锅炉产生的蒸汽参数和燃煤锅炉 一样，两类蒸汽合并，共用汽轮机实现发电。根据不同的生物质类型，亦可以采用以上两种 的组合型式。生物质与煤混烧也受到一定的限制。首先因为 在锅炉炉膛内、过热器及空气预热器等发生的结渣、 腐蚀等问题，均与生物质燃料中的碱金属和氯含量 密切相关。其次生物质掺烧会影响锅炉内温度场的 分布，影响到锅炉的正常热交换。掺烧比例越大，以 上问题越突出，甚至影响到锅炉的正常运行。但如 果混烧量在一定范围内，此影响则较小，能够保证 系统的正常运行。国际上的经验是掺烧比例控制在 20%以内为最佳吒另一方面，由于生物质的热值比煤低，当锅炉 燃用生物质燃料时输出热量就会受到影响。如果生 物质的含湿量过大，也会带来一系列的问题，如烟 气体积的增加、设备的腐蚀等。此时应降低生物质 的比例。对于燃用生物质导致锅炉内部、过热器、再热 器、空气预热器等结渣腐蚀等问题，建议采用特殊 材料涂在锅炉表面，以对其进行保护。也可以增加 更多的进料口，保证生物质燃料均衡的分配，避免 结团、结渣和烧结。用于控制S0X、NO,排放的烟气净化系统，在燃 用生物质时也会产生一些问题。由于生物质中碱金 属的存在，容易引起NOx催化控制设备老化或失效， 实验室也已确认碱金属会使祝基催化剂中毒。生物质与煤混烧产生飞灰的品质与可用性也影 响到电厂的运行经济性。纯燃煤的电厂飞灰可以用 于生产水泥、混凝土或者筑路。而纯燃生物质的飞 灰不适合上述用途，这是因为飞灰中含有较高的未 燃尽碳、碱金属以及其他无机组分会影响混凝土的 特性。生物质飞灰适合做肥料。而混烧时，两类燃 料形成的飞灰混合物的可用性受到影响。5生物质与煤混烧发电的经济性分析本研究项目选择河南洛阳一座电厂作为案例， 拟对200MW机组进行混烧生物质改造。经济分析 的范围包括投资概算、生产成本概算、收入概算、敏 感性分析。在电厂获取的基础数据主要包括发电量、 供电量、耗煤量、石灰石消耗量、电价、煤价、生 物质价格、石灰石价格等。研究范围仅限于与生物 质混烧有关的附加因素，假定与生物质相关的设备 寿命期为10年，建设期为1年，贷款偿还期为10年， 机组发电效率降低1.5%,可以获得0.25元/kWh的 电价补贴，生物质到厂价为300元A。分析结果如下：混烧比例拟定为10%，即为20MW。总投资约 600万元，单位投资为300元/kW,远低于新建电厂 的投资。在生物质燃料成本高达400元/t的情况下，如 果项目建设资金50%自筹，50%贷款，内部收益率 分别是65%和38%，投资仍具有吸引力。敏感性分析表明，煤价(10%变化)对于投资 内部收益率的影响最为显著(AIRR%=46),其次是生 物质价格(AIRR%=42),而生物质电价补贴和初投资 的敏感性最低（投资内部收益率的变化分别是 AIRR%=22 和 20)。即使没有电价补贴，如果生物质原料价格控制 在200元/t以下，投资仍然是安全的。三生物质与煤混烧发电的应用实例1国外实例英国 Fiddlers Ferry 电厂 4 X 500MWe,切向燃 烧煤粉炉中混烧生物质。生物质混烧比例为锅炉总输入热量的20%，每 年减少C02排放100万t。生物质燃料包括压制的废 木肩颗粒燃料、橄榄核、炼制橄榄油的废弃物等，每 台锅炉每天的生物质燃料消耗达到1500t。锅炉可用 率达95%,锅炉效率只降低0.4%。烟气S02含量下 降10%，NOx和飞灰含碳量不变。没有出现积灰和 结渣的问题。2国内实例华电国际下属的山东枣庄十里泉发电厂，引进 了丹麦技术与设备，对该厂的1台14万kV机组的 锅炉燃烧器进行混烧秸秆的改造。同时对燃料输送 处理系统进行扩展，建立了秸秆拆包、破碎、风送、 管道以及秸秆燃烧器系统，其关键是解决秸秆粉末 的透气性，防止引起输送管道的堵塞。并对(转下页)SOLAR ENERGY 2/2009SOLAR ENERGY股市瞭望太阳能新能源股强劲反弹 三只个股表现优异上海证券报阮晓琴?1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 截至2月18日，沪指从去年10月28日的1665 点，已上涨到2319点，涨幅39%。而在本轮行 情上涨中，新能源板块涨幅为78%，是沪指的一 倍。新能源个股表现更为出色。主营业务是可再 生能源的金风科技、拓日新能股价已翻倍。部分 个股，如金晶科技、中炬高新，则如鹤立鸡群。 从中，可以看出投资者对新能源槪念的偏爱。本 文重点分析新能源新秀金晶科技、中炬高 新、丰原生化。金晶科技借助新能源概念东风，金晶科技在本轮大盘反 弹中，表现出色。1月20日至2月12日，金晶科技 股价“蹭蹭”上窜，短短13个交易日得以翻倍。至 此，从去年10月28日以3_90元/股“起跑”以来， 至2月17日收盘价11.46元/股，金晶科技股价已涨 2.9 倍。金晶科技个股表现，远超大盘，同期，沪指涨 幅最高为39%。(接上页)供风系统及相关控制系统进行了改造和优 化。混烧秸秆的比例为10%,年消耗秸秆10万t,替 代原煤7万t,每年直接减少S02排放1500t。我国尚有总装机容量约1亿kW的小火电厂，平 均发电煤耗在400g标煤以上，有的甚至超过500g标 煤，比大型先进发电机组的煤耗约高30%40%，既 是能源浪费大户，又是环境污染大户。国家产业政 策将限制和逐步淘汰小火电机组，将其列为结构调 整的重点领域。但是，简单地关停和淘汰如此规模 的小火电机组，不仅会造成大量资产浪费，还会影 响地方的经济发展和社会稳定。生物质混烧发电以 其独特的优势，为我国小火电机组的技术改造和再 利用开辟了一条新的途径。四结论与建议1结论(1) 生物质与煤混烧发电从技术、资源可供性等 因素上均有很好的合理性。(2) 由于生物质与煤的特性有较大的不同，生物 质的应用从原料保证到锅