生物質(zhì)混燃技術(shù)在煤粉爐上存在的潛在風(fēng)險(徐金苗)

1、 生物質(zhì)混燃技術(shù)生物質(zhì)混燃技術(shù) 在煤粉爐上存在的潛在風(fēng)險在煤粉爐上存在的潛在風(fēng)險徐金苗徐金苗 福建福建廈門廈門20122012年年4 4月月2727日日 E-mail: 目 錄一、全球生物質(zhì)混燃技術(shù)工程應(yīng)用情況二、潛在技術(shù)風(fēng)險及風(fēng)險等級分析三、未燃盡碳影響四、對SCR影響五、對FGD影響六、對ESP性能及灰的資源化利用影響七、結(jié)論1/27目 錄一、全球生物質(zhì)混燃技術(shù)工程應(yīng)用情況二、潛在技術(shù)風(fēng)險及風(fēng)險等級分析三、未燃盡碳影響四、對SCR影響五、對FGD影響六、對ESP性能及灰的資源化利用影響七、結(jié)論2/27圖1.1 全球使用生物質(zhì)混燃技術(shù)的煤粉爐數(shù)量1 原始數(shù)據(jù)來源： IEA.http:/www

2、.ieabcc.nl/database/cofiring.php.2011.10.17全球共計217個生物質(zhì)混燃電站，其中102個CFB/BFB鍋爐、14個鏈條爐、101個煤粉爐3 /27（約占47%）圖1.2 全球燃燒不同生物質(zhì)燃料的電站數(shù)量分布（包括全部鍋爐類型）1 原始數(shù)據(jù)來源： IEA.http:/www.ieabcc.nl/database/cofiring.php.2011.10.174 /27表1.1煤粉爐內(nèi)混燃燃料在不同國家的區(qū)別（截止2011年10月）1 原始數(shù)據(jù)來源： IEA.http:/www.ieabcc.nl/database/cofiring.php.2011.10

3、.17國家采用混燃技術(shù)的煤粉爐數(shù)量混燃的生物質(zhì)燃料美國29木材(18)+柳枝稷(3)+鋸屑 (3)+工業(yè)廢棄物(3)+農(nóng)業(yè)廢棄物(1)+垃圾衍生燃料(1)+未知(1) 英國16木材(4)+木材與其它的混合物(3)+谷類加工廢棄物(1)+淤泥(1)+各種各樣的混合物(7) 芬蘭10未知 澳大利亞8木材廢棄物(8) 加拿大7木材(3)+谷物(3)+木材與谷物的混合物(1) 荷蘭6木質(zhì)顆粒物(6) 意大利6未知德國4*木材(1)+稻草(1)+淤泥(1)+木材與稻草的混合物(1) 丹麥4稻草(2)+木質(zhì)顆粒物(2) 瑞典3木材(3) 比利時1未知奧地利1未知中國3秸稈（2）+淤泥(1)5 /27對于生

4、物質(zhì)混燃技術(shù)的推廣更適合在已有的煤粉爐上（或CFB）進(jìn)行改造：1、在相同的CO2減排目標(biāo)下，在已有煤粉爐上改造所需要的工作量、成本要更少；2、當(dāng)?shù)乜梢岳玫纳镔|(zhì)燃料的量是隨時間變化的，生物質(zhì)燃料的市場價格也是不斷變化的， 無法保證純?nèi)茧娬?00%生物質(zhì)燃料的需求；3、由于生物質(zhì)能量密度低，收集半徑過大后，需要較高的運輸成本，純?nèi)忌镔|(zhì)電站的裝機(jī)容量和效率都受到了限制。6/27目 錄一、全球生物質(zhì)混燃技術(shù)工程應(yīng)用情況二、潛在技術(shù)風(fēng)險及風(fēng)險等級分析三、未燃盡碳影響四、對SCR影響五、對FGD影響六、對ESP性能及灰的資源化利用影響七、結(jié)論7 /27表2.1 與生物質(zhì)混燃技術(shù)不同風(fēng)險問題有關(guān)的文獻(xiàn)

5、數(shù)量（截止2011年10月）1 原始數(shù)據(jù)來源： IEA.http:/www.ieabcc.nl/database/cofiring.php.2011.10.17風(fēng)險類型文獻(xiàn)數(shù)百分比重（%）關(guān)于各種風(fēng)險的綜述3817.5生物質(zhì)預(yù)處理、搬運、投料188結(jié)渣、積灰7736腐蝕4320未燃盡碳178SCR失活125.5靜電除塵器,細(xì)顆粒排放73FGD10.5飛灰利用31.5GGH及煙囪00生物質(zhì)的預(yù)處理和投料問題在工程應(yīng)用中都比較重視；最大的風(fēng)險是積灰、腐蝕；未燃盡碳、SCR設(shè)備性能、電除塵器性能、飛灰利用、煙氣脫硫等問題容易被忽視而且在學(xué)術(shù)界和工程上有不同的看法。結(jié)論：8 /27目 錄一、全球生物質(zhì)

6、混燃技術(shù)工程應(yīng)用情況二、潛在技術(shù)風(fēng)險及風(fēng)險等級分析三、未燃盡碳影響四、對SCR影響五、對FGD影響六、對ESP性能及灰的資源化利用影響七、結(jié)論可能更多是一個基礎(chǔ)性研究問題實際工程中很受重視，但并不嚴(yán)重而且可控9 /273.1 風(fēng)險程度分析電站電站機(jī)機(jī)組組號號容量容量/MW措施措施效果效果丹麥 Studstrup電廠一號150混燃比低于20%1、混燃的煤粉爐正常運行2、腐蝕稍微有所增加3、積灰污染可控4、飛灰可資源化利用丹麥 Studstrup電廠四號/在一號機(jī)組經(jīng)驗基礎(chǔ)上采取了：1、合理布置燃燒器2、優(yōu)化生物質(zhì)給料速度1、燒失量達(dá)到了與純?nèi)济簳r相同的水平2、鍋爐產(chǎn)生的底灰全部賣給磚廠再次利用波

7、蘭Skawina電廠/1、混燃對給料系統(tǒng)和鍋爐系統(tǒng)的正常運行并未構(gòu)成影響2、混燃時的鍋爐效率與燃煤時鍋爐效率沒有區(qū)別，僅低了0.3個百分點山東某電廠/3001、生物質(zhì)粒徑范圍為0.012mm2、混燃比按質(zhì)量計為1030%，按能量計為6.7621.9%1、隨著混燃比的增加飛灰中未燃盡碳增加2、鍋爐效率略微下降3、總體來講混燃并未對未燃盡碳造成較大影響12. Zuwala, J., Full-scale co-firing trial tests of sawdust and bio-waste in pulverized coal-fired 230t/h steam boiler. Bioma

8、ss and Bioenergy, 2010. 34(8): p. 1165-1174.10. Pedersen, L.S., et al., Full-scale co-firing of straw and coal. Fuel, 1996. 75(13): p. 1584-1590.10 /273.2 影響因素分析總體而言，混燃生物質(zhì)可以改善燃料燃燼效果，但也受一些因素限制：a、燃料顆粒的尺寸大小b、停留時間c、水分d、生物質(zhì)種類圖3.2 煤與生物質(zhì)混合燃料的燃盡率圖3.1 典型生物質(zhì)燃料顆粒（柳枝稷）的燃燒歷程15. Robinson, A.L., Interaction betwee

9、n coal and biomass when co-firing. Twenty-Seventh symposium on combustion/The combustion institute, 1998: p. 1351-1359.e、混燃比11 /273.3 風(fēng)險防御措施u生物質(zhì)種類：密度的差異會明顯影響揮發(fā)分析出和焦炭的燃燒u顆粒大小：顆粒越小越好；考慮研磨制備，有一經(jīng)濟(jì)顆粒尺寸，一般13mmu爐溫與停留時間：負(fù)荷變化的工況需注意u水分：通常在30%以內(nèi)，最好小于15%，超40%要預(yù)干燥u局部含氧量：個別燃燒器投生物質(zhì)，存在優(yōu)化配風(fēng)問題u生物質(zhì)、煤、空氣的充分混合u混燃比：未燃盡碳與

10、之無直接關(guān)系17. Loo, S.v., The handbook of biomass combustion and co-firing. 2008.12 /27目 錄一、全球生物質(zhì)混燃技術(shù)工程應(yīng)用情況二、潛在技術(shù)風(fēng)險及風(fēng)險等級分析三、未燃盡碳影響四、對SCR影響五、對FGD影響六、對ESP性能及灰的資源化利用影響七、結(jié)論很多文獻(xiàn)提到了脫硝設(shè)備將面臨潛在的風(fēng)險，但缺乏詳細(xì)的煤粉爐SCR運行數(shù)據(jù)時常進(jìn)行有效的煙塵吹掃可以保證催化劑的清潔13 /274.1 粉塵濃度對催化劑失效有重要影響uStudstrup電廠試驗結(jié)果：高粉塵區(qū)催化劑活性約每1000小時降低8%；低粉塵區(qū)催化劑活性約每1000小

11、時降低6.5%。大多數(shù)顆粒將沉積在催化劑通道入口位置飛灰在催化劑表面增加了5 m的厚度，二氧化硅、硫、鋁是其主要成分，鉀鹽和磷酸鹽的量也很大uMasned熱電聯(lián)產(chǎn)試驗結(jié)果：催化劑每天失效1.1%的速度活性位中毒和外表面的物理沉積封閉對催化劑失效都有貢獻(xiàn)22. Zheng, Y., A.D. Jensen, and J.E. Johns, Deactivation of V2O5-WO3-TiO2 SCR catalyst at a biomass-fired combined heat and power plant. Applied Catalysis B: Environmental, 2

12、005. 60: p. 253-264.14 /274.2 SCR催化劑失活機(jī)理化學(xué)中毒有效活性位減少鉀鹽、Na、磷酸鹽、Ca等催化劑表面沉積的粉塵占據(jù)活性位活性位轉(zhuǎn)化頻率降低可到達(dá)的微孔數(shù)的減少催化劑表面沉積是主導(dǎo)機(jī)理15 /274.3 風(fēng)險防御措施uSCR反應(yīng)模塊最好安裝在低粉塵環(huán)境區(qū)域；u對SCR催化劑模塊要經(jīng)常進(jìn)行吹掃防止產(chǎn)生嚴(yán)重的粉塵沉積；u對于催化劑活性的提高，可以采用催化劑再生手段， 如用硫酸鹽溶液、硫酸、NH4Cl等進(jìn)行清洗；u要注意生物質(zhì)種類選擇和SCR的設(shè)計，對于含堿金屬高的 生物質(zhì)要適當(dāng)調(diào)低混燃比26。26. Strege, J.R., et al., SCR deact

13、ivation in a full-scale cofired utility boiler. Fuel, 2008. 87: p. 1341-1347.16 /27目 錄一、全球生物質(zhì)混燃技術(shù)工程應(yīng)用情況二、潛在技術(shù)風(fēng)險及風(fēng)險等級分析三、未燃盡碳影響四、對SCR影響五、對FGD影響六、對ESP性能及灰的資源化利用影響七、結(jié)論有生物質(zhì)灰對石灰石反應(yīng)活性降低的報道，但還沒有證據(jù)證明生物質(zhì)對FGD設(shè)備的運行有負(fù)作用。生物質(zhì)混燃對煙氣脫硫性能影響較小17 /275.1 混燃過程中與SO2相關(guān)的特性1、混燃可以減少SO2總的生成量2、混燃后的灰對石灰石脫硫反應(yīng)基本沒有影響混燃時由于S的輸入量減少有一部

14、分S元素以硫酸鉀鹽的形式被固定脫除細(xì)粉塵進(jìn)入到煙氣脫硫設(shè)備之后可能會較多地抑制石灰石的溶解率，影響其活性實驗室結(jié)果顯示稻草灰對生石灰的活性有很強(qiáng)的負(fù)面影響10從AMV3電廠的運行經(jīng)驗來看，沒有發(fā)現(xiàn)石灰石反應(yīng)受到影響長時間、非穩(wěn)定工況、特殊工況下是否有影響也還有待研究證實。3、混燃對脫硫產(chǎn)物石膏的質(zhì)量無影響10. Pedersen, L.S., et al., Full-scale co-firing of straw and coal. Fuel, 1996. 75(13): p. 1584-1590.27. Miljo, F., Reactivity analysis (VKE), Inte

15、ral report, Danmark (in Danish). 1994.18 /275.2 風(fēng)險防御措施u提高除塵器性能，降低細(xì)粉塵排放進(jìn)入煙氣脫硫環(huán)節(jié)的量。u生物質(zhì)混燃時，推薦草本生物質(zhì)的最大混燃比為20%； 木本生物質(zhì)的混燃比則可以適當(dāng)放大一些。u生物質(zhì)混燃時，摻燒的生物質(zhì)量越多產(chǎn)生的煙氣量則越大， 煙氣的體積流量要與煙氣脫硫設(shè)備、除塵器的容量相匹配。19 /27目 錄一、全球生物質(zhì)混燃技術(shù)工程應(yīng)用情況二、潛在技術(shù)風(fēng)險及風(fēng)險等級分析三、未燃盡碳影響四、對SCR影響五、對FGD影響六、對ESP性能及灰的資源化利用影響七、結(jié)論對混燃時電除塵器影響的研究僅限一些模擬試驗臺研究，工業(yè)應(yīng)用的試驗

16、數(shù)據(jù)相當(dāng)少?；烊紝﹄姵龎m器的運行沒有負(fù)面影響灰的資源化利用不存在技術(shù)問題20 /276.1 從實際運行經(jīng)驗來看，混燃對除塵器的影響不大機(jī)組機(jī)組試驗結(jié)果試驗結(jié)果結(jié)論結(jié)論芬蘭Naantali三號熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組281、電除塵器一電場的運行電壓、電流、效率與其純?nèi)济簳r的指標(biāo)一樣2、在相同電流下，混燃木屑時對應(yīng)的電壓比純?nèi)济阂缘?、混燃與純?nèi)純煞N情況下?lián)舸╇妷涸谕凰健?、混燃比純?nèi)紩r煙塵的排放量更低混燃對于電除塵器的性能沒有什么大的影響，美國紐約一電廠29混燃木本生物質(zhì)之后對電除塵器沒有產(chǎn)生任何影響同上瑞典Vsthamnsverket電廠31、混燃比純?nèi)济旱姆蹓m排放量要多2、增大引風(fēng)機(jī)容量3、電除塵

17、器則未改造，利用原來自身裕量來滿足煙氣量的增大對于電除塵器而言，只要在選型時考慮了其煙氣量的變化，除塵效率和排放濃度不會受到大的影響28. Savolainen, K., Co-firing of biomass in coal-fired utility boilers. Applied Energy, 2003. 74: p. 369-381.29. Wiltsee, G., Lessons learned from existing biomass power plants. February 2000.3. Blasiak, W. FUEL SWITCH FROM FOSSIL TO

18、100 % BIOMASS ON TANGENTIAL FIRED PC BOILER. in POWER-GEN Europe. 2008. Milan, Italy.21 /276.1 灰的資源化利用中存在的潛在風(fēng)險歐洲 EN450標(biāo)準(zhǔn)（最嚴(yán)格）： 飛灰必須是來源于煙煤或者無煙煤；美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)C618： 要求水泥中添加的飛灰必須完全來自于煤的燃燒產(chǎn)物。中國標(biāo)準(zhǔn)： ？文獻(xiàn)32,33表明建橋梁所需的水泥中添加10%的稻草灰后能滿足各種指標(biāo)的要求文獻(xiàn)35對水泥中添加生物質(zhì)灰和煤灰產(chǎn)生的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究，其中涉及C類飛灰（來源于亞煙煤）、F類飛灰（來源于煙煤）、草本生物質(zhì)灰和木本生物質(zhì)灰的混

19、合灰。實驗結(jié)果表明，隨著草本生物質(zhì)灰量的增加充氣劑的量也增加；在第一個月含各種飛灰的水泥的抗壓強(qiáng)度與含煤灰水泥的強(qiáng)度差不多，但是在后期（兩個月之后）由于添加了各種飛灰抗壓強(qiáng)度得到加強(qiáng)。32. Hansen, K.W., P. Overgaard, and O.H. Larsen, Co-fring coal and straw in a 150MWe power boiler experiences. Biomass & Bioenergy, 2000. 19: p. 395-409.33. Hansen, W. and P. Hansen, Characterisation of fly ash from co-combustion of biomass in a pulverized coal-fired power boiler, in 9th biomass conference. 1998.35. Wang, S., et al., Biomass fly ash in concrete, in Science in thermal and chemical biomass conversion. 2004: Victoria, BC, Canada226.2 風(fēng)險防御措施1、設(shè)計時要確保風(fēng)機(jī)和電除塵器的容量能夠滿足不同燃料對煙氣流量的變化。2、基于上述文獻(xiàn)