把燃煤火電廠改造成為生物質發(fā)電廠，既符合國家建設資源節(jié)約型社會的要求，實現節(jié)能減排戰(zhàn)略目標，獲得國家鼓勵政策資金支持，又能節(jié)省大量建設投資，提高發(fā)電廠經濟效益，還會使發(fā)電廠附近區(qū)域內居民增加收入，維持原有電廠職工就業(yè)，具有顯著的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益。問題是如果繼續(xù)沿用普通生物質作為燃料,無論經濟面還是技術面，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燃料, 成為現今中國乃至世界生物質能領域內被關注的熱點.
(二)普通生物質的弊端
( 1) 結焦腐蝕
與煤相比, 生物質灰中堿性成分( 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)出來而后凝結在受熱面上形成結渣和積灰.
(2)儲存和運輸
由于生物質燃料具有低能量密度、水分含量高且具有強烈的親水性以及纖維質柔軟韌性材料等特性, 因此對其運輸、儲存和制備影響較大。生物質的能量密度約為煤的1/ 10, 這意味著當按熱量計共燒 10% 生物質時, 其體積即和煤的體積相當。
(3) 水分
高水分能影響生物 的點火情況 ,接著導致未燃盡碳的增 加 , 所以生物質燃料要保持一定的干度 。生物質燃料在研磨和進爐膛之前要進行預干燥 ，會增加運行費用, 這是影響電廠經濟性的主要因素之一。
(4) 制粉
生物質是韌性纖維質材料研磨制備與煤比起來需要更多的能量 ,特別是當粒徑要求 很小時，這樣在粒徑大小與耗能之間就有一個平衡問題 ,通常生物質顆粒范圍推薦取在 1-3mm。對于具體的工程案例 ,要根據燃料種類 、形狀 、水分 、燃燒系統(tǒng)等具體情況來定一個最經濟合理的顆粒尺寸 。
生物質在給煤機上游與煤混合,再一起制粉后噴入爐膛燃燒，是最經濟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備。使用電站原有的磨煤機制粉系統(tǒng)將煤和生物質燃料一同送入磨煤機制粉，運行期間需要關注磨煤機電流、、出口風溫等特性指標，需嚴格控制較低的混燃比例，以免造成生物質燃料阻塞磨煤機，引起磨煤機故障。
(5)燃盡率
生物質顆粒大而非球形會對燃盡率產生影響。磨碎后生物質顆粒呈較長的柱型而非煤粉的近似球形, 加之密度很低, 因而可能會影響燃料的氣力輸送。這類顆粒不易為氣流夾帶進入火焰中心, 因而影響其加熱和燃燒速度。當顆粒尺寸大于 3mm,燃盡將可能會成為問題。因此當生物質摻燒較多, 如質量比例為 10% 時,鍋爐效率降低約 0. 5%。
(三)烘焙生物質
烘焙(Torrefaction)是指在缺氧的環(huán)境下，以200 至300℃的溫度對生物質進行的熱處理技術，和木炭有相似的性質。但是烘焙產品和木炭最大的區(qū)別在產品中殘留的揮發(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)分留在產品中。
工藝流程
裝置示意圖
裝置實景
烘焙生物質產品和其它典型燃料的特性比較如表1：
(四)烘焙生物質和普通生物質比較
(1)基于烘焙生物質的物理及化學性質、和煤的混燃比例可以提高至80%以上且不會影響鍋爐的正常運行，不易產生結焦、腐蝕。
(2)發(fā)電廠使用烘焙生物質、會大大降低成本。不需要增設專用的生物質處理設備(如磨煤機、料倉、給煤機、燃燒器)、烘焙顆粒、具有更高的體積能量密度、工藝設備實現小型化、節(jié)省設備投資。
(3)運輸費用、特別是烘焙顆粒、體積能量密度、是普通木質顆粒的1.5—2 倍?？梢越档秃艽蟮倪\輸成本。
(4)烘焙生物質、具有疏水性,不會因被雨淋濕膨脹,變質,發(fā)霉,便于運輸和室外儲存。
(5)烘焙生物質粉碎性優(yōu)良、能耗遠低于普通生物質,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)異的流動性. 完全可以在現有電廠給煤機上游與煤混合,一起制粉后噴入爐膛燃燒發(fā)電。
可見 烘焙生物質用于發(fā)電燃料比普通生物質具有明顯的優(yōu)勢。
(五)用于燃煤火電廠
燃煤電廠改造為以普通生物質為燃料的生物質電廠，需要對鍋爐、燃料儲存、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)進行改造或增加新設備，即使20MW 左右規(guī)模的小型電廠也要上億的投資，而且開始運行后，原料儲存、設備維護等會增加額外成本。而使用烘焙生物質作為燃料，由于其具有接近煤的性能，可以在現有電廠給煤機上游與煤混合,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備，節(jié)省大量建設資金和運營管理費用。
可以說，用烘焙生物質作為燃料，使燃煤火電廠的改造在技術上和經濟上更加具有現實可操作性。
