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自1997年12月在日本京都通過(guò)《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約的京都議定書(shū)》，發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其是歐盟國(guó)家就開(kāi)始在法規(guī)政策和技術(shù)上采取各種措施以降低煤電的CO2排放，其中一個(gè)主要的技術(shù)措施就是燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電。由于有了碳減排的具體指標(biāo)，加上政府促進(jìn)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電的政策驅(qū)動(dòng)，30多年來(lái)，在歐盟等國(guó)家，燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電得到很好的推廣應(yīng)用，而且無(wú)論在政策法規(guī)還是煤與生物質(zhì)在大型燃煤電廠進(jìn)行混燒的技術(shù)，均取得許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。例如，英國(guó)幾乎100%的燃煤電廠均采用燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電，包括其容量為400萬(wàn)kW的大燃煤電廠。

1、在大容量煤粉爐電廠中混燒生物質(zhì)的案例

(1)丹麥哥本哈根DONGEnergy2×430MW超臨界燃燒多種燃料/生物質(zhì)電廠，采用多種生物質(zhì)混燒方式，燃燒多種燃料/生物質(zhì)，包括專(zhuān)門(mén)燃燒秸稈的生物質(zhì)往復(fù)爐排鍋爐，每年燃燒170000t秸稈，產(chǎn)生超臨界參數(shù)的蒸汽，在蒸汽側(cè)和超臨界煤粉爐產(chǎn)生的蒸汽混合發(fā)電。同時(shí)，在超臨界煤粉爐中，混燒廢木材成型顆粒，每年消耗廢木材160000t，煤500000t。

(2)英國(guó)FerrybridgeC電廠4×500MW煤粉爐改裝與生物質(zhì)混燒。該燃煤電廠有4×500MWBabcock&Wilcox的單爐膛前墻燃燒自然循環(huán)煤粉爐，前墻配48臺(tái)低NOx煤粉燃燒器，其中2×500MW鍋爐于2004年改成同磨生物質(zhì)混燒，由于采用煤和生物質(zhì)同磨同燃燒器，限制了生物質(zhì)的混燒比，生物質(zhì)混燒比不能超過(guò)3%，否則就影響磨煤機(jī)的性能(出力、細(xì)度和正常運(yùn)行)。另外2×500MW鍋爐于2006年改成單獨(dú)的生物質(zhì)燃料處理和磨制系統(tǒng)，同時(shí)在鍋爐后墻安裝了6臺(tái)專(zhuān)門(mén)研制的燃燒生物質(zhì)的旋流預(yù)燃室燃燒器，效果良好，其混燒生物質(zhì)比例可達(dá)20%。該電廠混燒的生物質(zhì)燃料包括壓制的廢木屑顆粒燃料、橄欖核、煉制橄欖油的廢品等，每臺(tái)鍋爐每天燃用1440t生物質(zhì)燃料。該電廠生物質(zhì)混燒改造后，其生物質(zhì)混燃比例為鍋爐總輸入熱量的20%，每年減少CO2排放100萬(wàn)t。在混燃20%的生物質(zhì)燃料時(shí)，鍋爐可用率達(dá)95%,鍋爐效率只降低0.4%。生物質(zhì)燃料可為每臺(tái)機(jī)組連續(xù)穩(wěn)定地提供100MW的電力輸出，運(yùn)行以來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)渣和積灰的問(wèn)題。其生物質(zhì)燃料處理系統(tǒng)適用于水分低于15%的各種生物質(zhì)燃料。該電廠4×500MW生物質(zhì)混燒改造工程總投資5000萬(wàn)英鎊，在英國(guó)政府有關(guān)混燒生物質(zhì)的激勵(lì)政策下該投資在不到1年的時(shí)間里即全部回收。

(3)英國(guó)Drax電廠，世界上容量大的生物質(zhì)混燒燃煤電廠。Drax電廠是英國(guó)大的火電廠，容量為400萬(wàn)kW，位于英國(guó)Selby，電廠裝機(jī)包6×660MW前后墻對(duì)沖燃燒鍋爐，前3臺(tái)機(jī)組1974年投運(yùn)，后3臺(tái)1986年投運(yùn)�，F(xiàn)在全部6臺(tái)鍋爐均改造成有單獨(dú)生物質(zhì)磨制和燃燒的混燒鍋爐，是世界上容量大的采用單獨(dú)生物質(zhì)處理、磨制和燃燒的生物質(zhì)混燒煤粉爐電廠。其生物質(zhì)的混燒份額為10%MCR6×600MW熱輸入，生物質(zhì)混燒每年減排CO2量為200萬(wàn)t，相當(dāng)于500座大的風(fēng)電機(jī)達(dá)到的CO2減排量。該電廠生物質(zhì)混燒每年用于混燒的生物質(zhì)為150萬(wàn)t。該電廠生物質(zhì)混燒改造工程于2008年下半年啟動(dòng)，現(xiàn)已完成全部生物質(zhì)混燒改造工程。該工程包括建1座12000m3的生物質(zhì)燃料儲(chǔ)倉(cāng)、以及燃料卸載、輸送、過(guò)篩、分離、除金屬、磨粉直到爐前燃料倉(cāng)和燃燒系統(tǒng)。改電廠的生物質(zhì)混燒改造后，不但每年可減排CO2200萬(wàn)t，而且經(jīng)濟(jì)效益顯著，2105年，Drax電廠的總收入是26.38億英鎊，其中由于混燒生物質(zhì)而得到的零碳排放發(fā)電量的獎(jiǎng)勵(lì)和上網(wǎng)電價(jià)優(yōu)惠的收入為4.518億英鎊，占總收入的17%。

2、生物質(zhì)氣化/煤粉爐混燒

芬蘭Lahti電廠200MW循環(huán)流化床鍋爐(circulatingfluidizedbed，CFB)生物質(zhì)氣化/煤粉爐混燒(圖4)。該電廠于1998年開(kāi)始采用CFB氣化爐產(chǎn)生生物質(zhì)煤氣，然后將煤氣送入煤粉爐中與煤粉爐混燒，如圖4所示。電廠容量相當(dāng)于電功200MW，生物質(zhì)通過(guò)氣化間接混燒相當(dāng)于份額為15%熱輸入，混燒后整個(gè)電廠的CO2減排為10%。CFB氣化爐的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為7000h。

圖4芬蘭Lahti電廠200MWCFB生物質(zhì)氣化/煤粉爐混燒

該電廠氣化生物質(zhì)燃料分類(lèi)及所占比例(年取代燃煤量60000t)為:

（1）木質(zhì)生物質(zhì)，樹(shù)皮、鋸末、木屑、森林廢棄物，占15%；

（2）廢木材，切割和板材廢棄物、研磨的木粉、毀壞的木材，占32%；

（3）回收的垃圾(再生燃料)占40%;舊輪胎、切碎的塑料等占10%；泥煤占3%。

CFB氣化爐產(chǎn)生生物質(zhì)煤氣與煤粉爐混燒的減排效果:CO2，每年減少100000t，下降1000；NOx，濃度降低30mg/m3，下降5%；S02，濃度降低60～75mg/m3，下降10%；粉塵，濃度降低15mg/m3,下降30%。

3、在大容量循環(huán)流化床(CFB)鍋爐電廠中混燒生物質(zhì)

CFB燃燒技術(shù)的特點(diǎn)是：98%的巨大熱容量的惰性固體床料包圍著不到2%的燃料，加上熱循環(huán)物料的強(qiáng)烈的湍流混合和燃料很長(zhǎng)的停留時(shí)間，從而使得即使在800～900℃的燃燒溫度條件下，CFB幾乎可以地燃燒任何燃料，包括低熱值和高水分的燃料，因此，燃料的靈活性是CFB鍋爐的突出優(yōu)點(diǎn)。使得CFB鍋爐是燃燒生物質(zhì)燃料的理想燃燒技術(shù)，所以CFB鍋爐具有比煤粉爐更強(qiáng)得多混燒生物質(zhì)的能力。從理論上說(shuō)，CFB鍋爐燃燒生物質(zhì)在技術(shù)上不會(huì)受CFB鍋爐容量的限制，即使是大容量CFB鍋爐，從100%燃燒生物質(zhì)到以任何比例和煤混燒生物質(zhì)都是可行的。利用CFB鍋爐進(jìn)行煤和生物質(zhì)混燒的優(yōu)點(diǎn)是:

（1）充分利用CFB鍋爐燃料靈活性的優(yōu)點(diǎn)，可以大比例地混燒生物質(zhì)。

（2）混燒生物質(zhì)可以顯著降低CO2和其他污染物的排放。

（3）由于煤的供應(yīng)不受生物質(zhì)供應(yīng)的影響可以保證，煤的質(zhì)量可以選擇，可以滿(mǎn)足不同的要求。

（4）因?yàn)榛鞜�的比例可以改變和調(diào)整，因而發(fā)電量不會(huì)受生物質(zhì)燃料供應(yīng)的季節(jié)性影響。

目前，世界上大容量CFB鍋爐，如在波蘭的460MW超臨界CFB和在韓國(guó)的550MW超超臨界鍋爐，均按照以煤為主，混燒生物質(zhì)設(shè)計(jì)，其燃用的生物質(zhì)燃料均為木基木材廢料，如木屑等。波蘭的460MWCFB和韓國(guó)的550MWCFB的生物質(zhì)混燒比例均為10%。因此，容量超過(guò)500MW的CFB，其合理的生物質(zhì)混燒比例，主要取決于其混燒的生物質(zhì)種類(lèi)，以及生物質(zhì)燃燒的儲(chǔ)存和出力系統(tǒng)，以及對(duì)鍋爐設(shè)計(jì)的影響，在經(jīng)濟(jì)上是否合理。對(duì)于生物質(zhì)固體成型燃料，如廢木材顆粒，這是CFB的理想燃料，如果有足夠數(shù)量的木質(zhì)顆粒生物質(zhì)燃料供應(yīng)，即使對(duì)大容量CFB鍋爐，混燒木質(zhì)顆粒的比例應(yīng)該是沒(méi)有限制的。

大容量CFB鍋爐混燒生物質(zhì)的案例

（1）芬蘭Jyvaskylan電廠200MWCFB鍋爐泥煤混燒生物質(zhì)，該電廠于2010年投運(yùn)，其功率為200MW電功率+240MW熱功率，為Jyvaskylan市供電和供熱，其燃料為泥煤和木屑混燒。

（2）芬蘭AlholmensKraft電廠，世界上大的混燒生物質(zhì)的電廠，其電廠熱功率為550MW，CFB鍋爐蒸發(fā)量為702t/h,蒸汽參數(shù)為16.5MPa/545℃。其CFB鍋爐爐膛尺寸:8.5m×24m×40m,鍋爐混燒的燃料構(gòu)成是煤10%，泥煤45%，森林廢棄物10%，工業(yè)木材廢棄物35%。其生物質(zhì)混燒比例可為0%～100%任何比例。該煤與生物質(zhì)混燒電廠至今已經(jīng)成功運(yùn)行8年。

（3）波蘭Lagisza460MW超臨界CFB電廠，是世界上個(gè)超臨界CFB電廠，是世界上臺(tái)采用垂直管低質(zhì)量流率的CFB直流鍋爐。該CFB電廠的容量為460MW，設(shè)計(jì)供電效率為43.3%。該電廠設(shè)計(jì)能夠混燒生物質(zhì)和和洗煤淤泥，以達(dá)到歐盟要求的CO2減排要求，設(shè)計(jì)生物質(zhì)混燒的比例為10%，設(shè)計(jì)的生物質(zhì)大熱輸入為20%。

（4）韓國(guó)南方電力的4×550MW機(jī)組，是世界上第1個(gè)超超臨界CFB電廠，該電廠的燃料為進(jìn)口熱值為3887kcal/kg的印度尼西亞低階煤，設(shè)計(jì)混燒生物質(zhì)的比例為10%，為容量大的混燒生物質(zhì)的CFB電廠，該電廠于2016年投運(yùn)。

本文摘自《分布式能源》第2卷 第5期 2017年10月文章《燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電》

作者毛健雄，清華大學(xué)熱能工程系教授，研究方向?yàn)闊崮芄こ毯蜐崈裘喊l(fā)電技術(shù)