CFB锅炉生物质耦合发电及污泥资源化利用

CFB锅炉生物质耦合发电及污泥资源化利用中国华能集团清洁能源技术研究院高洪培2017年9月哈尔滨主要内容•中国生物质发电前景及现状•生物质耦合发电技术优势•生物质耦合发电技术路线背景•生物质直接掺入燃烧技术•生物质衍生燃料掺烧技术•污泥CFB锅炉掺烧技术•生物质CFB锅炉环保优势CFB锅炉耦合发电技术•煤粉锅炉生物质并联耦合发电技术•生物质耦合发电经济性分析煤粉锅炉耦合发电技术主要内容•中国生物质发电前景及现状•生物质耦合发电技术优势•生物质耦合发电技术路线背景•生物质直接掺入燃烧技术•生物质衍生燃料掺烧技术•污泥CFB锅炉术•生物质CFB掺烧技锅炉环保优势CFB锅炉耦合发电技术•煤粉锅炉生物质并联耦合发电技术•生物质耦合发电经济性分析煤粉锅炉耦合发电技术中国生物质发电前景及现状中国能源发展战略•2015年6月30日李克强总理向联合国气候变化框架公约秘书处提交了应对气候变化国家自主贡献文件《强化应对气候变化行动——中国国家自主贡献》。文件确定我国2030年的自主行动目标为：二氧化碳排放2030年左右达到峰值并争取尽早达峰；单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%~65%。•同年9月国家主席习近平与美国总统奥巴马再次发表关于气候变化的联合声明，重申我国2030年的自主行动目标，并计划于2017年启动全国碳排放交易体系。二氧化碳减排=经济效益（碳排放市场每度电5分左右）生物质热值低、易点火，加强深度调峰（调峰补贴在每度电5分左右）•可再生清洁能源：采用生物质替代部分煤粉还能有效降低NOx、SOx以及细颗粒物的排放。中国生物质发电前景及现状中国能源发展战略《“十三五”控制温室气体排放工作方案》到2020年，大型发电集团单位供电二氧化碳排放控制在550gCO2/kWh。20202016700~800gCO2/kWh550gCO2/kWh《能源生产和消费革命战略（2016~2030）》到2030年，非化石燃料发电量占全部发电量比重达到50%。2020201628.4%50%550gCO2/kWh50%Workprogramofgreenhousegasemissioncontorlin13thFiveYearRevolutionstrategyofEnergyProductionandConsume(2016-2030)国家能源局《生物质能发展“十三五”规划》—大力发展生物质能中国生物质发电前景及现状中国能源发展战略国家能源局《生物质能发展“十三五”规划》—大力发展生物质能国家发展和改革委员会国家能源局财政部环境保护部住房和城乡建设部农业部国家税务总局中国生物质发电前景及现状生物质资源和利用状况•中国可作为能源利用的农作物秸秆及农产品加工剩余物、林业剩余物和能源作物等生物质资源总量每年约为4.6亿吨标准煤。•目前，中国生物质能利用量约3500万吨标准煤/年，利用率仅为7.6%。发电42.9%沼气37.3%液体燃料8.5%成型燃料11.3%生物质燃料利用途径及比例•2016年非化石能源在装机结构中的占比达到36.6%，但在发电量中比例仅为28.9%。•生物质装机容量占比不到1%,具有较大发展空间。中国生物质发电前景及现状生物质发电现状和前景生物质发电现状•截止至2016年，中国生物质发电装机达1214千瓦，其中农林生物质发电605千瓦，垃圾焚烧发电574千瓦，沼气发电35千.•国家对农林生物质发电项目统一执行标杆上网电价0.75元（含税）/千瓦时。电网按照当地燃煤机组的标杆上网电价与电厂结算，超出部分由可再生能源发展基金补贴。生物质发电前景•如果中国每年有50%的生物质用于发电，那么可发电量约7200亿千瓦时，是2016年全国发电量的12%，折算成装机容量约1.8亿千瓦。•到2020年，燃煤装机容量达到11亿千瓦，如果50%与生物质掺烧，那么燃煤耦合生物质发电机组总容量可以达到5.5亿千瓦，按平均掺烧量为10%估算，则折算生物质发电装机容量可达到5500万千瓦。主要内容•中国生物质发电前景及现状•生物质耦合发电技术优势•生物质耦合发电技术路线背景•生物质直接掺入燃烧技术•生物质衍生燃料掺烧技术•污泥CFB锅炉掺烧技术•生物质CFB锅炉环保优势CFB锅炉耦合发电技术•煤粉锅炉生物质并联耦合发电技术•生物质耦合发电经济性分析煤粉锅炉耦合发电技术生物质耦合发电技术优势生物质发电的主要形式•纯烧生物质发电技术成熟，已得到广泛应用。•2016年，中国农林生物质发电装机达605万千瓦，几乎全为纯烧生物质。•装机：1~50MW,多为10~30MW，机组参数较低。纯烧生物质电站锅炉生物质耦合发电技术优势生物质发电的主要形式•燃煤耦合生物质发电技术在欧洲得到了广泛应用。•中国有荆门电厂、华电十里泉电厂等进行了大机组的燃煤生物质耦合发电改造。•单机容量：100~1000MW,多为300~660MW。机组参数：亚临界、超临界或超超临界。燃煤耦合生物质发电生物质耦合发电技术优势燃煤耦合生物质发电优势•纯烧生物质发电机组的容量一般都较小（小于50MW）,相应地，锅炉蒸汽参数也较低，一般为高压参数或更低，因此，纯烧生物质项目的供电效率一般较低。•燃煤生物质耦合发电，可采用300MW级亚临界机组或600MW及以上的超临界或超超临界机组，供电效率较高。•生物质耦合发电技术可利用燃煤电厂现有锅炉，汽轮机及辅助系统，而仅需新增生物质燃料处理系统，并对锅炉燃烧器进行部分改动，因此，初投资较低。•燃煤生物质耦合发电项目一般不需要在电厂围墙之外新增占地。•纯烧生物质发电项目，机组能否持续运行完全取决于生物质供应情况，而燃煤生物质耦合发电机组的运行则不依赖于生物质的供应。因此，生物质混燃方式在生物质收集市场具有较强的议价能力。•通过减少纯生物质发电机组数量和发电公司的数量，可降低管理成本。生物质耦合发电技术路线燃煤耦合生物质发电技术技术路线Route1:Pellet路线1:成型燃料Route2:Indenpendentfragmentation路线2:独立破碎系统Route3:Gasification路线3:气化Straw生物质Pellet成型颗粒Mill磨煤机Boiler锅炉Turbine汽轮机Straw生物质DedicatedMill专用磨碎机Dedicatedburner专用燃烧器Boiler锅炉Turbine汽轮机Straw生物质Gasificationdevice气化装置Boiler锅炉Turbine汽轮机原有设备煤煤煤Route4:ParallelSystem路线4:并联燃烧系统Straw生物质Parallelfurnace并联燃烧锅炉Boiler锅炉Turbine汽轮机煤主要内容•中国生物质发电前景及现状•生物质耦合发电技术优势•生物质耦合发电技术路线背景•生物质直接掺入燃烧技术•生物质衍生燃料掺烧技术•污泥CFB锅炉掺烧技术•生物质CFB锅炉环保优势CFB锅炉耦合发电技术•煤粉锅炉生物质并联耦合发电技术•生物质耦合发电经济性分析煤粉锅炉耦合发电技术CFB锅炉生物质耦合燃烧技术生物质直接掺入燃烧技术传统生物质燃烧技术—CFB锅炉纯烧技术相对成熟为CFB锅炉直接掺入燃烧技术提供坚实的技术基础35t/h燃用稻壳锅炉汽水流程图燃用稻壳锅炉物料添加系统设计华能清洁能源研究院项目—燃用稻壳的循环流化床锅炉的自主研制CFB锅炉生物质耦合燃烧技术生物质直接掺入燃烧技术传统生物质燃烧技术—CFB锅炉纯烧技术—相对成熟华能清洁能源研究院项目—燃用稻壳的循环流化床锅炉的自主研制完成35t/h的燃用稻壳的CFB锅炉的设计，研究炉型总体布置及受热面的结构；分析热力特性和水动力特性，研究燃用稻壳CFB锅炉热力计算方法及热循环回路关键部件(如布风装置、炉膛、分离器)的设计方法。完成热力计算、几何尺寸计算、锅炉总图等方案设计图纸，形成自主知识产权的燃用稻壳CFB锅炉技术方案。研究内容包括：燃用稻壳的CFB锅炉尾部受热面碱金属腐蚀及积灰研究；稻壳在CFB炉内集中放热导致在水冷壁上结焦问题研究；燃用稻壳的CFB锅炉给料系统设计及优化研究；燃用稻壳的CFB锅炉物料添加系统研究。CFB锅炉生物质耦合燃烧技术生物质直接掺入燃烧技术传统生物质燃烧技术—CFB锅炉纯烧技术—相对成熟清能院已有生物质循环流化床锅炉受热面腐蚀解决办法生物质中含有较高的Na、K等碱性金属元素，这些元素在燃烧过程导致炉膛结渣和尾部受热面沾污积灰。目前研究高钠燃料的研究方向主要集中在燃烧前燃料中钠的提取和固化燃烧中的配风、吹灰方式，煤中增加添加剂以及掺烧其他煤种等方向。吹灰方式的研究主要以蒸汽吹灰和声波等方式，这些清灰方式依靠气体或声波的冲击进行除灰。实际运行表明,燃用高钠燃料锅炉的尾部受热面沾污严重，影响了锅炉正常运行，导致蒸汽温度不足由于沾灰,导致烟道有效流动截面面积变小，烟气流动速度增加，进而带来受热面的磨损等诸多问题。华能清能院循环流化穿锅炉技术部针对以上问题提出了一种用于燃用高钠煤锅炉尾部受热面机械接触式清灰装置较好地解决了上述问题。CFB锅炉生物质耦合燃烧技术生物质直接掺入燃烧技术•掺烧简单，物料要求少。颗粒粒径要求小于30mm左右。•给料方式一：燃料由单独设置在锅炉上的螺旋给料系统给入。•给料方式二：使用气力输送系统将破碎后的固废输送至炉膛进行燃烧。•燃料入口可选给煤口、回料口。•由于掺烧比例较低，原机组污染物脱出系统可满足系统要求。循环流化床机组•燃料适应性好，水分要求低•燃料形状与粒径要求低•目前有成熟的破碎方式满足给料要求•成本较低，能耗较少•破碎后直接通入炉膛进行燃烧CFB锅炉生物质耦合燃烧技术生物质直接掺入燃烧技术通过热值、灰分、水分以及氯含量等组分核算可以达到日处理200t的生物质和400t的固体废弃物。掺烧后对锅炉热效率影响较小。。华能清能院300MW_CFB锅炉生物质直接掺入燃烧技术实例气力输送生物质直接掺入燃烧技术CFB锅炉生物质耦合燃烧技术生物质直接掺入燃烧技术福建华电永安发电有限公司300MW_CFB锅炉生物质掺烧一期总图CFB锅炉生物质耦合燃烧技术生物质直接掺入燃烧技术福建华电永安发电有限公司300MW_CFB锅炉生物质掺烧主要内容•中国生物质发电前景及现状•生物质耦合发电技术优势•生物质耦合发电技术路线背景•生物质直接掺入燃烧技术•生物质衍生燃料掺烧技术•污泥CFB锅炉掺烧技术•生物质CFB锅炉环保优势CFB锅炉耦合发电技术•煤粉锅炉生物质并联耦合发电技术•生物质耦合发电经济性分析煤粉锅炉耦合发电技术CFB锅炉生物质耦合燃烧技术生物质衍生燃料（RDF）掺烧技术把垃圾进行固体燃料化，加工成热值更高、更稳定的燃料的垃圾处理法在国外得到了广泛的应用。垃圾作为燃料被工业化利用时，一般称为垃圾衍生燃料（RefuseDerivedFuel，RDF）。RDF具有热值高、燃烧稳定、易于运输、易于储存、二次污染低和二恶英类物质排放量低等特点，广泛应用于干燥工程、水泥制造、供热工程和发电工程等领域。垃圾衍生燃料（RDF）的诞生，无疑为垃圾能源化带来了生机，成为垃圾利用领域新的生长点。•掺烧简单，物料要求少。颗粒粒径要求小于30mm左右。•给料方式一：燃料由单独设置在锅炉上的螺旋给料系统给入。•给料方式二：使用气力输送系统将破碎后的固废输送至炉膛进行燃烧。•燃料入口可选给煤口、回料口。同秸秆等生物质燃料具有类似的破碎和掺烧方式CFB锅炉生物质耦合燃烧技术生物质衍生燃料(RDF)掺烧技术由于电厂已采取了高效、完善的烟气处理设备及烟气达标排放控制措施，可确保SO2、粉尘、NOx满足稳定达标排放要求。下面主要考虑二噁英排放和灰渣放射性及重金属含量影响。RDF燃料燃烧排放的二噁英主要来源于原材料释放及二噁英合成两个途径，500～700℃时二噁英大量生成;温度高于850℃时，98%的二噁英便会分解，但当温度在250～450℃时，会进行再合成。燃料中Cl、Cu、S等元素的存在会影响二噁英的产生量，例如Cl、Cu会促进二噁英产生，而S则会抑制二噁英的产生。华能清能院对不同煤燃料及RDF进行试烧实