科技创新

东北院:生物质耦合发电技术 开启低碳清洁发展新途径

发布日期: 2021-11-04

作者: 汪宁 李健

来源: 大唐东北电力试验研究院

作为全球公认的零碳可再生源,生物质能在能源转型和“双碳”战略中地位显著, 特别是在现代农村低碳能源系统中,生物质能将发挥举足轻重作用。

大唐东北电力试验研究院着眼未来,以科技创新为导向,密切跟踪生物质耦合发电技术,前瞻性地围绕大容量燃煤机组耦合生物质发电关键技术开展研究,助力煤电企业实现自主度电碳排放下降。

提前谋划 率先完成燃煤耦合生物质发电示范工程

东北地区生物质资源丰富,利用率低,环境污染严重,解决生物质资源利用迫在眉睫。早在2016年,东北院便着力进行生物质资源利用研究。东北院组建生物质利用研发团队,先后前往国内多个省份,多次邀请国内外专家进行学习研讨,耗时一年,对国内外燃煤机组耦合生物质发电技术充分调查研究,分析对比各种生物质发电的应用方式。技术人员通过对生物质原料特性理论及试验研究,提出并确定了燃煤耦合生物质微正压循环流化床气化发电的技术路线,完成整套系统设计、设备研发等一系列研究工作。

经过核心关键技术攻关,东北院开发出生物质微正压循环流化床气化耦合燃煤机组发电系统,用于解决生物质气化耦合燃煤机组发电的安全、灵活及高效清洁问题。并利用自主研发的微正压循环流化床气化耦合燃煤发电技术,形成生物质气化耦合技术正压给料系统、正压气化系统、余热回收系统及燃气再燃系统工艺包,成功完成660兆瓦超临界机组基于生物质高效环保利用的碳减排耦合示范工程。

科技创新 打造耦合生物质发电技术核心

东北院研发出国内最大的20兆瓦生物质微正压循环流化床气化设备及燃气再燃设备,在工程示范阶段遇到重重困难,缺少相关经验、入厂燃料品质及形状差异大、生物质灰流动性差等问题困扰着技术人员。

关键时刻,青年党员突击队主动请缨,勇挑重担,不分昼夜地坚守现场,沉着冷静的解决一个又一个问题。通过现场的多次试验及潜心设计,终于研究出三重密封技术及两级防堵的正压气化炉给料系统,攻克连续给料过程中的密封难、易泄漏及易蓬料的行业性难题。同时,技术人员设计出灰渣和生物质合成气余热回收系统,研制成功了兼顾安全与节能的生物质微正压循环流化床气化设备和高效生物质旋流燃烧器,形成生物质合成气高温炉内混烧技术方法,实现耦合过程中高效燃烧及协同降氮。

困难往往比预期的更多。面对生物质燃料本身品质多变、燃料气化温度域窄的行业难题,技术人员没有气馁,他们不断摸索能够降低系统内爆风险的技术方法。不同于传统负压燃煤循环流化床锅炉,微正压生物质气化系统运行控制方式无经验可借鉴,在全面保证人员和设备财产安全的大前提下,技术人员凭借多年的调试经验,研发出了“四位一体”的综合协调控制方法,并利用燃烧-气化-燃烧的两项互相转换机理,提出一种基于燃气参数的燃烧耦合控制策略,实现气化炉安全启停以及与燃煤机组耦合过程的安全稳定运行控制。

工程实践 助力燃煤机组节能减排

经过长时间运行考核,生物质气化系统折合发电功率达到20兆瓦,可实现燃煤机组调峰状态下的全负荷运行,气化炉气化效率76%,燃气热值为5551千焦每千克,产气率为1.85标准立方米每千克,均优于设计值,度电CO₂排放减少3%至10%,实现生物质发电超低排放,年消耗生物质约8万吨,年节约一次能源消耗18000吨标煤。

该技术工程应用可复制,安全系数高,同时生物质的利用系数高。经中国电机工程学会组织鉴定,该科技成果居国际领先水平,并获取中国电力创新奖一等奖、吉林省电力科技进步奖一等奖。

在双碳形势下,该技术降低燃煤机组自主度电碳排放及调峰期间一次能源消耗比例,提高生物质发电效率,降低投资成本,为已有存量燃煤机组CO2减排开辟了新路线,充分发挥燃煤机组在新型电力系统中兜底保供作用,且技术成果可广泛应用于生物质富产区燃煤机组,市场推广前景广阔。

东北院突破传统技术思维模式,贯彻新发展理念,加快燃煤耦合生物质发电关键技术研究开发和成果转化,并在生物质成捆秸秆燃烧、生物质破碎混燃等方面开展持续深入研究,为集团公司“二次创业”添砖加瓦。