經(jīng)過(guò)破碎加工的核桃殼,與燃煤一同送進(jìn)鍋爐——國(guó)家能源集團(tuán)河北龍山電廠1號(hào)機(jī)組吃下了“新食材”。近日,該公司首次實(shí)現(xiàn)了燃煤生物質(zhì)耦合摻燒發(fā)電,期間機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)正常。
記者了解到,作為輔料的核桃殼可以改善煤的燃燒特性,減輕鍋爐設(shè)備磨損。經(jīng)測(cè)算,該廠每年摻燒10萬(wàn)噸核桃殼,相當(dāng)于等效節(jié)約標(biāo)煤5.7萬(wàn)噸,降低燃料成本1042萬(wàn)元,還能減少二氧化碳排放量約7萬(wàn)噸、二氧化硫生成量約1600噸。
上述嘗試,正是煤電行業(yè)想方設(shè)法減排的一個(gè)縮影。在末端推進(jìn)節(jié)能降碳改造的同時(shí),部分電廠主動(dòng)另辟蹊徑,嘗試從源頭減少煤耗、降低排放。除了農(nóng)林廢棄物,城市污泥、工業(yè)固廢等物質(zhì)也被作為燃料。這些“食材”到底行不行,機(jī)組能不能“吃好”?
“食材”更豐富節(jié)煤又減排
“推進(jìn)煤電低碳發(fā)展,僅僅依靠機(jī)組自身提高效率、降低煤耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。要想實(shí)現(xiàn)更大幅度的碳減排,甚至達(dá)到近零排放,還須采用低碳燃料進(jìn)行替換。”清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系教授毛健雄向記者舉例,生物質(zhì)燃料碳排放強(qiáng)度為18克二氧化碳/千瓦時(shí),是煤電碳排放強(qiáng)度的0.018。“生物質(zhì)在替代煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放,與其生長(zhǎng)過(guò)程中吸收的二氧化碳,可以相互抵消,對(duì)環(huán)境而言并無(wú)新增排放。由此,煤電機(jī)組摻燒生物質(zhì)可實(shí)現(xiàn)有效降碳。”
國(guó)際能源署煤炭工業(yè)咨詢委員會(huì)近日發(fā)布了《低排放煤炭技術(shù)助力零碳亞洲未來(lái)》的報(bào)告,國(guó)家能源集團(tuán)湖北公司燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電項(xiàng)目作為典型案例入選。這是我國(guó)首次在大型電站中應(yīng)用“生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c煤混燃技術(shù)”,項(xiàng)目建設(shè)設(shè)計(jì)燃料為50%的稻殼和50%的秸稈。以年運(yùn)行5000小時(shí)預(yù)計(jì),每年可以消耗約4萬(wàn)噸稻殼、秸稈,節(jié)約煤炭資源折合約2萬(wàn)噸標(biāo)煤,每年可減排二氧化碳4萬(wàn)噸。
減排要求不斷提高,“食材”也更加豐富。擁有全國(guó)首臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)燃煤機(jī)組的華能玉環(huán)電廠,就把目光轉(zhuǎn)向了城市污泥和工業(yè)固廢。“燃煤耦合污泥發(fā)電項(xiàng)目采用濕污泥直摻方式,市政污泥由全封閉輸送車運(yùn)到電廠密閉儲(chǔ)倉(cāng),經(jīng)柱塞泵和污泥輸送管道直送至磨煤機(jī)。污泥一邊脫水、一邊與碎煤共同磨成粉末、進(jìn)入爐膛。”據(jù)該廠生產(chǎn)部環(huán)保專工樂(lè)波介紹,除了2套污泥直摻鍋爐磨煤機(jī)裝置,電廠還有4套工業(yè)固廢燃燒裝置,污泥和固廢日處理分別達(dá)到300噸、150噸,算下來(lái)一年可節(jié)約原煤3萬(wàn)噸左右。
“新”燃料適應(yīng)“老”機(jī)組運(yùn)行迎來(lái)新挑戰(zhàn)
好處顯而易見(jiàn),但復(fù)雜的“食材”也給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。華能長(zhǎng)江環(huán)??萍加邢薰窘淌诩?jí)高工王一坤告訴記者,多源固廢包括草、木、皮、泥、渣等多種形式,而傳統(tǒng)鍋爐均是針對(duì)特定煤種設(shè)計(jì),只有符合設(shè)計(jì)參數(shù)的燃料才能確保安全穩(wěn)定運(yùn)行。這意味著,必須讓“新”燃料適應(yīng)“老”機(jī)組。
“目前包括直接、間接和并聯(lián)耦合發(fā)電三種摻燒方式,各有利弊。以生物質(zhì)為例,直接耦合是將原料處理成適應(yīng)現(xiàn)有機(jī)組的燃料形態(tài),投資成本最低,燃燒效率幾乎與原有機(jī)組等同。但該方式超過(guò)一定摻燒比例,對(duì)鍋爐效率和安全性能會(huì)產(chǎn)生影響,比如廢棄物含有堿金屬、氯離子,直接送入鍋爐對(duì)安全性影響很大,如何實(shí)現(xiàn)安全可控很關(guān)鍵。”王一坤說(shuō)。
“我國(guó)大部分電廠采用煤粉鍋爐,進(jìn)入爐膛必須是粉狀燃料。換句話說(shuō),生物質(zhì)顆粒也要細(xì)到一定程度才能送入。”一位不愿具名的電廠人士進(jìn)一步稱,除了制備要求高,粉狀燃料燃點(diǎn)低、揮發(fā)分高、易燃易爆,存儲(chǔ)也是問(wèn)題。
還有多位人士提出經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。“在國(guó)外,生物質(zhì)摻燒比例10%-100%的電廠都有。但我國(guó)生物質(zhì)資源以農(nóng)林廢棄物為主,與國(guó)外情況不同,直接高比例摻混仍面臨技術(shù)難題。另外,污泥含有很多雜質(zhì),難免對(duì)設(shè)備造成影響,前端處置也需要一筆支出。采用其他兩種方式,系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜,改造難度大、投資費(fèi)用高等問(wèn)題都需要綜合考量。尤其是并聯(lián)耦合發(fā)電方式,雖不存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),但經(jīng)濟(jì)性最差。”王一坤表示,若不能保障經(jīng)濟(jì)性,電廠“越發(fā)電越虧損”,直接影響減排積極性。
科學(xué)經(jīng)濟(jì)利用還需技術(shù)指南
難題怎么破解?樂(lè)波講述了經(jīng)驗(yàn):“污泥熱值偏低,含水量接近80%,玉環(huán)電廠創(chuàng)造性地將污泥摻配點(diǎn)選在磨煤機(jī)入口落煤管,自主研發(fā)的污泥直摻鍋爐磨煤機(jī)裝置是關(guān)鍵。污泥與碎煤混合后進(jìn)入磨煤機(jī),沒(méi)有使用常規(guī)的干化設(shè)備進(jìn)行脫水,而是直接通過(guò)抽取鍋爐尾部高溫?zé)煔?,把熱氣輸送到磨煤機(jī)中吹干污泥,循環(huán)利用發(fā)電產(chǎn)生的熱能。然后,污泥與碎煤都被磨成粉末狀,送進(jìn)爐膛燃燒。”
經(jīng)粉碎后的皮革、布料等固廢也通過(guò)輸送系統(tǒng)進(jìn)入料倉(cāng)。“看起來(lái)簡(jiǎn)單,處置過(guò)程包括固廢直燃噴嘴、可調(diào)噴射器等多項(xiàng)專利技術(shù),背后是反復(fù)研究及數(shù)十次改進(jìn)。”樂(lè)波表示,在減排二氧化碳的同時(shí),摻燒后的煙塵、氮氧化物及二氧化硫等指標(biāo),同樣低于燃?xì)怆姀S標(biāo)準(zhǔn),真正實(shí)現(xiàn)了低碳化、無(wú)害化。
在王一坤看來(lái),電廠應(yīng)根據(jù)來(lái)料物性、機(jī)組特點(diǎn)等不同條件,選擇真正適宜的耦合方式。比如,摻混物中的重金屬、氯及氟元素含量低,耦合比例低于10%,建議選擇直接耦合發(fā)電,反之考慮間接耦合。“目前,耦合發(fā)電的電量監(jiān)管、污染物排放限值、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等方面仍有缺失,應(yīng)盡快研究制定符合國(guó)情的燃煤電站耦合發(fā)電技術(shù)指南和規(guī)范,對(duì)耦合比例、監(jiān)測(cè)指標(biāo)、排放限值、檢測(cè)頻次等要求進(jìn)行細(xì)化。”
“除了常見(jiàn)的秸稈等農(nóng)林廢棄物,檸條、沙柳等灌木和草類能源植物,也被證明適合用作發(fā)電燃料。在那些不宜種植糧食、棉、油的土地,可以種植這些植物,通過(guò)科學(xué)管理提升生物質(zhì)資源潛力。”毛健雄還透露了一項(xiàng)利好,“建議根據(jù)我國(guó)生物質(zhì)資源情況及利用目標(biāo),制定更合理的政策,對(duì)燃煤電廠混燒生物質(zhì)進(jìn)行約束和支持,建立一體化收、儲(chǔ)、運(yùn)和加工產(chǎn)業(yè)鏈,讓摻燒來(lái)料像用煤一樣方便。”