經(jīng)過(guò)破碎加工的核桃殼，與燃煤一同送進(jìn)鍋爐——國家能源集團河北龍山電廠(chǎng)1號機組吃下了“新食材”。近日，該公司首次實(shí)現了燃煤生物質(zhì)耦合摻燒發(fā)電，期間機組各項參數正常。
記者了解到，作為輔料的核桃殼可以改善煤的燃燒特性，減輕鍋爐設備磨損。經(jīng)測算，該廠(chǎng)每年摻燒10萬(wàn)噸核桃殼，相當于等效節約標煤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)想方設法減排的一個(gè)縮影。在末端推進(jìn)節能降碳改造的同時(shí)，部分電廠(chǎng)主動(dòng)另辟蹊徑，嘗試從源頭減少煤耗、降低排放。除了農林廢棄物，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，機組能不能“吃好”?
“食材”更豐富節煤又減排
“推進(jìn)煤電低碳發(fā)展，僅僅依靠機組自身提高效率、降低煤耗遠遠不夠。要想實(shí)現更大幅度的碳減排，甚至達到近零排放，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)燃料碳排放強度為18克二氧化碳/千瓦時(shí)，是煤電碳排放強度的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(cháng)過(guò)程中吸收的二氧化碳，可以相互抵消，對環(huán)境而言并無(wú)新增排放。由此，煤電機組摻燒生物質(zhì)可實(shí)現有效降碳。”
國際能源署煤炭工業(yè)咨詢(xún)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)》的報告，國家能源集團湖北公司燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電項目作為典型案例入選。這是我國首次在大型電站中應用“生物質(zhì)氣化燃氣與煤混燃技術(shù)”，項目建設設計燃料為50%的稻殼和50%的秸稈。以年運行5000小時(shí)預計，每年可以消耗約4萬(wàn)噸稻殼、秸稈，節約煤炭資源折合約2萬(wàn)噸標煤，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。擁有全國首臺百萬(wàn)千瓦級燃煤機組的華能玉環(huán)電廠(chǎng)，就把目光轉向了城市污泥和工業(yè)固廢。“燃煤耦合污泥發(fā)電項目采用濕污泥直摻方式，市政污泥由全封閉輸送車(chē)運到電廠(chǎng)密閉儲倉，經(jīng)柱塞泵和污泥輸送管道直送至磨煤機。污泥一邊脫水、一邊與碎煤共同磨成粉末、進(jìn)入爐膛。”據該廠(chǎng)生產(chǎn)部環(huán)保專(zhuān)工樂(lè )波介紹，除了2套污泥直摻鍋爐磨煤機裝置，電廠(chǎng)還有4套工業(yè)固廢燃燒裝置，污泥和固廢日處理分別達到300噸、150噸，算下來(lái)一年可節約原煤3萬(wàn)噸左右。
“新”燃料適應“老”機組運行迎來(lái)新挑戰
好處顯而易見(jiàn)，但復雜的“食材”也給機組運行帶來(lái)新的挑戰。華能長(cháng)江環(huán)?？萍加邢薰窘淌诩壐吖ね跻焕じ嬖V記者，多源固廢包括草、木、皮、泥、渣等多種形式，而傳統鍋爐均是針對特定煤種設計，只有符合設計參數的燃料才能確保安全穩定運行。這意味著(zhù)，必須讓“新”燃料適應“老”機組。
“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現有機組的燃料形態(tài)，投資成本最低，燃燒效率幾乎與原有機組等同。但該方式超過(guò)一定摻燒比例，對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，直接送入鍋爐對安全性影響很大，如何實(shí)現安全可控很關(guān)鍵。”王一坤說(shuō)。
“我國大部分電廠(chǎng)采用煤粉鍋爐，進(jìn)入爐膛必須是粉狀燃料。換句話(huà)說(shuō)，生物質(zhì)顆粒也要細到一定程度才能送入。”一位不愿具名的電廠(chǎng)人士進(jìn)一步稱(chēng)，除了制備要求高，粉狀燃料燃點(diǎn)低、揮發(fā)分高、易燃易爆，存儲也是問(wèn)題。
還有多位人士提出經(jīng)濟性問(wèn)題。“在國外，生物質(zhì)摻燒比例10%-100%的電廠(chǎng)都有。但我國生物質(zhì)資源以農林廢棄物為主，與國外情況不同，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)，難免對設備造成影響，前端處置也需要一筆支出。采用其他兩種方式，系統相對復雜，改造難度大、投資費用高等問(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，但經(jīng)濟性最差。”王一坤表示，若不能保障經(jīng)濟性，電廠(chǎng)“越發(fā)電越虧損”，直接影響減排積極性。
科學(xué)經(jīng)濟利用還需技術(shù)指南
難題怎么破解?樂(lè )波講述了經(jīng)驗：“污泥熱值偏低，含水量接近80%，玉環(huán)電廠(chǎng)創(chuàng )造性地將污泥摻配點(diǎn)選在磨煤機入口落煤管，自主研發(fā)的污泥直摻鍋爐磨煤機裝置是關(guān)鍵。污泥與碎煤混合后進(jìn)入磨煤機，沒(méi)有使用常規的干化設備進(jìn)行脫水，而是直接通過(guò)抽取鍋爐尾部高溫煙氣，把熱氣輸送到磨煤機中吹干污泥，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)輸送系統進(jìn)入料倉。“看起來(lái)簡(jiǎn)單，處置過(guò)程包括固廢直燃噴嘴、可調噴射器等多項專(zhuān)利技術(shù)，背后是反復研究及數十次改進(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，同樣低于燃氣電廠(chǎng)標準，真正實(shí)現了低碳化、無(wú)害化。
在王一坤看來(lái)，電廠(chǎng)應根據來(lái)料物性、機組特點(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)電的電量監管、污染物排放限值、測試標準等方面仍有缺失，應盡快研究制定符合國情的燃煤電站耦合發(fā)電技術(shù)指南和規范，對耦合比例、監測指標、排放限值、檢測頻次等要求進(jìn)行細化。”
“除了常見(jiàn)的秸稈等農林廢棄物，檸條、沙柳等灌木和草類(lèi)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利好，“建議根據我國生物質(zhì)資源情況及利用目標，制定更合理的政策，對燃煤電廠(chǎng)混燒生物質(zhì)進(jìn)行約束和支持，建立一體化收、儲、運和加工產(chǎn)業(yè)鏈，讓摻燒來(lái)料像用煤一樣方便。”
