燃煤耦合生物質發電的“德博模式”

發布時間:2018-07-06文字:[小] [中] [大] 打印本頁


《中國電力報》記者  馮義軍 通訊員  陳元婷


希臘400KW生物質氣化發電聯產生物炭項目

華電襄陽15MW級燃煤耦合生物質氣化發電項目

緬甸1200KW生物質氣化發電聯產炭項目

浙江麗水生物質氣化燒10噸鍋爐聯產生物炭項目

       近日,國家能源局、生態環境部聯合發布《關于燃煤耦合生物質發電技改試點項目建設的通知》(以下簡稱《通知》),確定了84個技改項目試點,涉及全國23個省、自治區、直轄市。 燃煤耦合生物質發電是一種成熟的可再生能源發電技術,通過現役煤電機組的高效發電系統和環保集中治理平臺,盡力消納田間露天直燃秸稈,規模化協同處理污泥,實現燃料靈活性,降低存量煤電耗煤量,提升可再生能源發電量,具有投資省、見效快、排放低、可再生電能質量穩定的特點。

     在上述通知的80多個試點項目中,從技術方案上看,“采用生物質氣化爐對農林廢棄殘余物進行氣化,產生的生物質燃氣輸送至燃煤機組鍋爐進行燃燒、發電”這一模式達40多個。“氣化”成為此次燃煤耦合生物質發電技巧的主要模式。 國內首套燃煤耦合生物質氣化發電示范項目是由國電長源電力公司與合肥德博生物能源科技有限公司(簡稱德博能源)共同研發的荊門10.8MW工程,目前成功穩定運行近6年時間,為燃煤耦合生物質氣化產業提供了運營樣本。中國能源研究會將該項目作為國內燃煤電廠循環經濟發展經典案例進行推介,受到了各界專家和能源行業資深人士的高度認可。 在此基礎上,業內專家也有指出,盡管氣化技術路線相比其它耦合方式優勢突出,但氣化灰渣的高附加值利用,是該技術路線需要改進和提高的方向。  針對這一問題,《中國電力報》記者采訪了生物質資源利用領域多位資深專家,調研生物質氣化領域最新進展,為生物質氣化在燃煤耦合發電中應用提供新思路。

能源企業變身為能源材料綜合中心

       彼之砒霜,我之蜜糖。能源領域追求降低氣化灰渣含碳量,減少能量損失;而從價值角度來分析,隨著氣化固體產物中含碳量增大,無價值灰渣轉變為高價值生物炭,會大幅度提高項目收益,這正是生物質氣化多聯產工藝追求的。

      為了氣化事業發展,德博能源與相關科研單位深入合作,并投入大量資金進行技術研發。他們首先從生物質原料特性做起,建立了涵蓋秸稈、稻殼、玉米芯、木塊、竹屑在內的100多種生物質的堆密度、流動性、元素分析、灰成分等理化特性庫。他們開發出了適合不同原料的固定床和流化床氣化裝置,實現了對燃氣和生物炭等多種產品的智能調控。他們還擴大了生物燃氣的應用范圍,實現了生物燃氣在電力供應、熱能生產、化工領域、金屬冶煉等領域的全覆蓋。在氣化產品方面,他們實現了生物燃氣的高效清潔燃燒利用,生物炭產品深加工成工業炭和活性炭用于修復退化、污染的土壤和水體,并開發了新型炭基肥、生物質液肥等產品應用于農業,減少化肥用量。他們還與合作單位一起延長產業鏈,將生物炭變成為價值極高的電極材料,實現了生物質向高端碳材料的轉化。

      已故中國工程院張齊生院士畢生致力于生物質氣化多聯產技術研究和產業化推廣,利用生物質中揮發分和固定碳等可燃組分理化特性,在高溫無氧或缺氧條件下,發生分解產生可燃氣體及高品質生物炭,通過調整固定碳的氧化程度,實現高品質生物炭及燃氣同時輸出,提升生物質價值。

      在張齊生理論指導下,合肥德博生物能源科技有限公司陸續建設并運行了一百多套生物質氣化多聯產項目,在我國東北地區的黑龍江和吉林,實現生物質清潔供暖同時獲得高品質炭材料;在浙江安吉、麗水等地,踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念,實現當地竹廢料清潔高價值利用;項目輻射到緬甸、剛果金等國家,讓我國的綠色能源設備幫助“一帶一路”沿線國家向清潔能源轉型;多聯產設備更是出口到了希臘、西班牙、斯洛文尼亞等歐洲國家,實現了“中國制造”出口向“中國創造”出口的轉變,并獲得業主的一致好評。經過不斷的技術開發,近幾年創造性實現了大型流化床炭氣聯產技術突破和項目運行,不僅為大型燃煤電站耦合生物質氣化發電提供了新的利潤增長點,更為中國生態環境治理書寫了新篇章。

      氣化多聯產技術中產生的高溫燃氣與煤粉混燃,實現高效耦合發電,同時獲得生物炭,這就構成了燃煤耦合生物質氣化多聯產技術路線。根據生物質原料不同,生物炭可以制作工業還原炭、活性炭、生活用炭、電容炭、炭基肥料等。燃煤電站不但能夠實現電能和熱能等二次能源全方位輸出,而且變成生物炭材料中心。

      生物炭有較大的孔隙度和比表面積,較強吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力,可有效改善土壤結構和理化性質、增加土壤碳含量,因此被廣泛應用于改良酸化土、沙化土、白漿土等低產土壤,被國際學術界譽為“黑色黃金”。

      中國工程院院士、沈陽農業大學教授陳溫福的研究方向一直圍繞著國家糧食安全和耕地品質,“保障國家糧食安全的根本在耕地,既要守住耕地紅線,也要扭轉耕地質量下降的趨勢。”作為我國北方超級稻研究首席科學家,陳溫福這些年來把研究重心放在秸稈炭化還田即生物炭基肥上,為推進“藏糧于地”奔走。“我國生物炭研究特別是產業化應用在國際上已處于領先地位,研究人員發表的SCI論文幾乎占到50%,生物炭產業化應該說已經相當成熟。”陳溫福說,秸稈生物炭能夠實現自循環、零排放、無污染,生物炭及其制成品“生物炭基肥”成本也降了下來,與復合肥成本大體相當。

經濟效益、社會效益和環境效益的三贏

      隨著我國經濟發展和人民生活水平的提高,對空氣、水體和土壤等環境的潔凈程度要求也越來越高,作為吸附材料的活性炭和生物炭價值逐漸凸顯。“生物炭以及生物炭制成的活性炭富含大量微孔和中孔,可以有效過濾空氣、水體和土壤中的污染物。”南京林業大學周建斌教授對記者說。而隨著國家對土窯燒炭等落后制炭工藝的全面關停,生物炭和活性炭價格日益高企。

      “在現有燃煤機組耦合生物質氣化多聯產,生物炭的價值可以部分抵消生物質原料成本,生物燃氣獲得的綠色電力是錦上添花。”合肥德博生物能源科技有限公司董事長張守軍現身說法,按照他建設運行的多套生物質氣化多聯產工程實際運行數據,給記者算了這樣一筆賬。按照每噸生物炭價格1000多元,生物質的產炭率在15%以上,燃煤電廠對生物質原料的價格耐受力可大幅提升,加上國家對燃煤電廠耦合生物質的其他優惠政策,從而做到耦合發電成本可控。全國人大代表、農業部規劃設計研究院副院長趙立欣接受記者采訪時說,建議加大秸稈生物炭產業支持,促進我國生態農業可持續發展,實現經濟效益、社會效益和環境效益的三贏。趙立欣指出,當前秸稈由過去的主要用于農村生活能源和牲畜飼料,已拓展到肥料化、飼料化、燃料化等領域。另一方面,隨著我國農業和農村經濟的快速發展,化肥等農用化學品投入逐年增加。2016年,我國化肥使用量為5984萬噸,利用率36%左右。2015年農業部曾下發通知,開展化肥“零增長”行動,以生物炭為核心的炭基肥、土壤改良劑等,可最大限度地實現秸稈中的氮磷鉀和有機質的高效循環利用,提高土壤有機質、減少化肥施用量,提升農作物產量和品質,改良土壤環境。

發展空間巨大

      “這次耦合發電試點工作在各大煤電企業中激起了巨大反響,煤電機組將充分利用自身發電效率高和污染物集中治理超低排放的優勢,參與到可再生能源的生產中。在各耦合發電技術路線中,氣化耦合以計量方便、對鍋爐影響小、規模靈活等優勢受到了大多數煤電企業的青睞。”張守軍對記者分析道。

      記者注意到,上述《通知》明確,生物質能電量單獨計量,由各省級發展改革委(能源局)負責認定,由電網企業全額收購。各地根據節能低碳電力調度有關原則優先安排調度序位,并按照發電序位實施差別電量制度,因地制宜制定生物質資源消納處置補償機制,采用政府購買公共服務等多種方式合理補償生物質資源消納處置成本并保障技改試點項目合理盈利。

      在這次技改試點中,從省份上看,江蘇省(13)燃煤耦合生物質發電技改試點項目數量最多,同時也是唯一一個試點數量超過10的省份;其次是遼寧省(7),河北省(6)和黑龍江省(6)。從各發電企業燃煤耦合生物質發電技改試點項目數量上看,華能(14)居所有企業之首,緊隨其后的是大唐(11)、華潤(11)以及華電(10)。根據統計,五大發電集團共計斬獲44個試點項目,占全部試點項目數量的52%。

      中國工程院院士蔣劍春指出,“高值化利用是生物質資源開發利用的方向,需要物理、化學、植物學、微生物學等多個學科知識的相互滲透、交叉,更需要多種產業之間的融合”,這與張守軍認為“工農能一體化”是實現生物質高值化利用最好方式的思路不謀而合。

      “在現有燃煤機組嫁接流化床氣化多聯產技術,可以大規模連續化生產生物炭和燃氣,燃氣送入大型燃煤鍋爐耦合發電,將傳統的作坊式生物炭生產帶入了大工業時代,也為燃煤發電行業綠色轉型提供了新方向。”浙江大學能源工程學院教授王勤輝對燃煤耦合生物質氣化多聯產發電帶來的價值效應充滿期待。

      近年來,由于相關政策的鼓勵,許多電廠正在積極開展將現有大型鍋爐改造成生物質耦合發電的工作,減少煤炭消費,增加清潔能源使用,有助于緩解火電廠經營壓力。相關專家分析,我國燃煤電廠裝機容量超過10億千瓦,如果有一半能夠耦合生物質并聯產生物炭,實現生物質資源化利用和能源化利用相結合,可進一步提高生物質利用效益,提高電廠贏利能力。燃煤電廠聯產的生物炭用于土壤和水體修復,生產炭基肥,減少化肥農藥使用量,增加有機肥使用量,能有效提升我國的生態發展水平,在解決農林生物質無序焚燒問題同時并實現生態循環,成為良好生態環境建設、實現生態惠民的重要一環,具有廣闊發展前途。

木質活性炭

竹質活性炭

生物質電容炭

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