《洁净煤技术》“煤炭与可再生能源耦合发电”虚拟专题

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《洁净煤技术》“煤炭与可再生能源耦合发电”虚拟专题

来源：洁净煤技术

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行业视野: 洁净煤技术
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关键词; 184位
专家; 44篇
论文; 26719IP
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燃煤机组耦合氢基衍生燃料发电对机组影响分析

作者(Author)：王一坤, 邓磊, 陈钢, 周飞, 贾兆鹏, 张志达, 唐雁峰

摘要：氢基衍生燃料作为氢能大规模利用的解决方案近年受到重视。耦合氢基衍生燃料发电能大幅减少燃煤机组碳排放，有望成为今后燃煤机组碳减排的重要途径。针对某电厂300 MW等级燃煤机组进行了锅炉热力计算，分析了不同工况下耦合质量分数（0～100%）氢基衍生燃料发电对机组各个系统及运行参数等方面的影响。研究结果表明：大比例耦合氢基衍生燃料后最高可年减排CO约121.2万t；机组参数变化与氢基衍生燃料特性有关；当氢基衍生燃料热值较高时，排烟温度降低2.7～9.2 ℃、锅炉热效率提高0.04～0.91个百分点、烟气质量流量减少20.1～20.8个百分点；当氢基衍生燃料热值较低时，排烟温度上升2.4～26.2 ℃、锅炉热效率下降0.18～2.04个百分点，烟气质量流量最多增大0.4个百分点；大比例耦合氢基衍生燃料发电对原有送风、脱硝和脱硫系统影响较小，引风机需要扩容改造；需增设独立燃烧系统同时提高现场设备的防护等级，也需开发新型捕集系统降低二次有机气溶胶、甲醛、乙醛等非常规污染物的排放。

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2022年第06期

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纤维素、半纤维素和木质素对生物质燃烧行为影响研究

作者(Author)：刘洋, 姜通, 邹春, 章海生

摘要：生物质能因其CO2零排放和可再生的优点已成为能源领域研究的热点，如何合理并充分利用生物质能受到广泛关注。研究生物质三组分（纤维素、半纤维素和木质素）对生物质的着火及燃烧行为的影响机理，可用于生物质电厂的生物质种类选择与生物质掺混煤粉燃烧评估。采用Hencken平焰燃烧器和高速摄像机拍摄生物质三组分、3种生物质及对应的模拟生物质的着火延迟时间，结合辐射能测温技术探讨生物质三组分、3种生物质和模拟生物质的燃烧特性，分析生物质结构特性对其的影响。结果表明，生物质三组分中木质素的着火延迟时间最短，半纤维素其次，纤维素的着火延迟时间最长，其着火延迟时间分别为2.08、4.16和7.52 s。生物质与其对应的模拟生物质燃烧特性明显不同，且这种差异随生物质中木质素含量的增加而增强。纤维素和半纤维素焦着火发生后燃烧温度急剧增至1 000 K以上，而木质素焦着火后，颗粒温度增加相对平缓。实际生物质的着火延迟时间都长于模拟生物质，并且模拟生物质的着火延迟时间随木质素含量的增加而不断缩短。对于实际生物质，稻杆和板栗壳的峰值温度曲线趋势相近，板栗壳燃烧初期的温度更高，而竹子样品则呈较特殊的温度曲线。

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2022年第04期

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中国煤电低碳转型之路———国外生物质发电政策／技术综述及启示

作者(Author)：毛健雄, 郭慧娜, 吴玉新

摘要：我国生物质具有储量丰富，分布广泛的特点，是一种可靠的低碳替代燃料，由于生物质燃料同时具有储能属性，合理有效地利用生物质，对于实现我国低碳/零碳的排放目标，构建以新能源为主体的电力系统具有重要作用。为此，系统综述了国外生物质利用政策及发电技术的发展现状和趋势，结合我国生物质特点及电力生产需求目标，对我国未来生物质利用途径开展深入分析。高效煤电+生物质混烧是全球范围内煤电低碳转型发展的主要方向，具有技术成熟、成本较低、利用形式灵活等优势，是英国、瑞典等国家实现碳中和的关键措施，在有效的政策激励下得到了快速发展。目前我国燃煤机组发电能效水平已显著提升，继续改进技术提升能效已不能满足火电大幅度降碳需求。燃煤发电的碳减排需要原料减碳和尾气固碳2方面着手进行，而生物质发电是一种原料减碳的有效措施。我国在发展高效先进节能煤电的基础上，应先立后破，大力发展生物质火电取代煤电，最终实现煤电的零碳化转型，因此煤电升级改造+生物质混烧+碳捕集、利用和封存（CCUS）的技术路径对我国最终实现2060碳中和具有重要战略意义。未来我国生物质发电技术的发展应注重3个方面：根据我国生物质资源情况及利用目标，制定更合理的国家法规政策和激励政策，如碳交易体系下减免碳税、根据耦合比例灵活性颁发发电补贴、绿证交易等，对燃煤电厂混烧生物质进行约束和支持；大力发展生物质燃料产业，规范生物质的加工和收购标准，建立稳定可靠的生物质燃料的供给市场，从根本上降低原料成本，把控原料质量，这也是促进生物质利用良性发展的重要举措；开发先进可行的生物质与煤混烧，乃至100%燃烧生物质的可靠技术，国外经验表明燃煤机组高比例掺烧生物质在技术上完全可行，但我国在此方面积累的经验较少，在原料加工制备与上料、保证锅炉掺混比例较大波动下仍能高效燃烧运行、解决锅炉腐蚀结渣等方面仍需技术积累。未来低碳能源系统将是多能互补格局，生物质大规模利用还将面临原料短缺问题，需推进在边际土地上种植灌木、草类等能源植物以及现有林地改造，建立农林废弃物和能源植物的一体化收、储、运和初加工产业链，可将其与发展三农战略相结合，利国利民。

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2022年第03期

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燃煤机组耦合农林生物质发电技术现状及展望

作者(Author)：郭慧娜, 吴玉新, 王学斌, 王志超, 张缦, 黄中

摘要：燃煤机组耦合生物质发电具有改造成本低、调峰灵活、运行安全等特点，是双碳形式下火电机组减少碳排放，提高可再生能源发电比例的有效途径。目前，我国燃煤机组耦合生物质发电技术的应用非常有限。为进一步发挥生物质这种清洁零碳的可再生能源在我国新型电力系统中的作用，同时利用燃煤机组灵活可调度的优势，详细调研了我国生物质资源现状、燃煤机组和生物质的耦合方式、国内外典型燃煤机组耦合生物质发电项目的运行情况。指出我国生物质尤其是农林废弃物存在较大资源浪费，燃煤机组耦合生物质发电技术在国外尤其是欧洲国家已得到大规模应用，国内目前尚未应用于大型机组。梳理出燃煤机组直燃耦合生物质发电技术目前面临的挑战，包括稳定低成本的生物质原料供应和加工流程尚未形成、高比例掺烧缺乏成熟技术、受热面沾污腐蚀问题亟待解决、掺烧时生物质发电量的计量尚未形成标准等。为提高大型燃煤机组灵活性与降低CO2排放，未来需在以下几方面做出努力；通过在电厂周边或边际土地上种植某些能源作物保证生物质原料的相对单一性和稳定性，避免原料性质变化太大对机组运行的影响；发展高比例生物质耦合发电技术，保证煤与生物质掺混比例灵活可调；探索更先进的生物质发电计量方式，以此确定生物质掺烧合理的补贴及运营方式，加快形成具有竞争力的、可复制、可传播的生物质发电循环经济链；按照掺烧比例由低到高开展工程示范项目，并探索生物质能结合碳捕集与封存技术在火力发电厂中的应用，逐步将火电机组从原料减碳过渡到原料脱碳直至烟气脱碳。

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2022年第03期

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碳定价背景下生物质发电前景分析

作者(Author)：张东旺, 史鉴, 杨海瑞, 吕俊复, 张缦, 黄中, 李诗媛

摘要：针对能源供需矛盾日益加剧，开发可再生新能源实现节能减排成为全球性问题。采用碳定价的方式，可以提高燃煤发电成本并促进可再生能源发电。生物质储量丰富，CO2净排放量为0，为实现碳中和提供可能。国外越来越多的国家采用碳定价的方式来促进减排，本文分析了不同碳定价情形下，我国附加碳价的燃煤发电成本，并将生物质发电与其他发电方式进行了对比，明确了随着煤价的不断上涨及《巴黎协定》温控目标实现需要进一步提高碳定价的迫切需求，生物质直燃发电成本与燃煤发电间的差距将逐渐缩小，此外，随着生物质发电技术的不断成熟和完善，其运行可靠性将会得到大幅度改善，为生物质发电的大力推广奠定了基础。研究结果表明：综合经济和技术优势，生物质发电有着非常好的市场前景。

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2022年第03期

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循环流化床生物质直燃发电技术研究进展

作者(Author)：胡南, 谭雪梅, 刘世杰, 赵冰, 巩太义, 王家林, 张守玉

摘要：循环流化床农林生物质直燃发电是农林生物质能源化利用的主要途径，在我国碳达峰和碳中和的战略目标下，产业发展将迎来更大的机遇，同时也面临更多的问题和挑战。为了促进循环流化床锅炉生物质发电产业的稳定、健康发展，调研了生物质直燃发电产业发展现状，梳理了循环流化床锅炉在生物质发电产业应用的技术优势，系统分析了生物质循环流化床锅炉的发展历程和关键技术突破。生物质直燃发电产业近年来在我国乃至世界范围内都得到了高速发展，“十三五”以来，我国生物质发电装机年均增长率约20.3%。循环流化床燃烧技术由于其特有的燃料适应性、较高的燃烧效率和较低的污染物排放，适用于生物质直燃发电，目前新建的生物质发电厂普遍采用高压和超高压参数循环流化床锅炉，部分先进机组带有一次再热循环。流态重构技术在生物质循环流化床锅炉上的应用，能大幅降低机组厂用电率，进一步提高锅炉效率；通过优化燃烧温度及风量配比，NOx原始排放得到有效控制；针对生物质燃料碱金属含量高，易于结渣沾污的问题，通过优化对流受热面，控制燃烧温度，可以有效减缓受热面沾污堵塞等问题，锅炉可用率大幅提高。目前限制生物质发电产业发展的主要因素包括运行成本较高、企业管控水平落后以及国家补贴的不确定性，随着生物质发电政府补贴的退坡，产业发展将受到一定影响。针对生物质纯燃发电经济性较差的问题，我国应发展小容量超高参数机组，包括超高压一次再热甚至亚临界机组，可以有效提高发电效率。随着碳交易体系的建立，燃煤耦合生物质直燃发电将得到进一步发展。

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2022年第03期

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烘焙生物质-煤混烧条件下灰的腐蚀行为

作者(Author)：韩京昆, 王津汉, 于敦喜, 王绍壮, 喻鑫, 吴建群, 徐明厚

摘要：生物质经烘焙后物化特性显著改善，可大规模替代煤炭进行燃烧发电，降低CO2排放。然而，燃烧过程中灰沉积、腐蚀等问题亟需解决，烘焙过程对生物质燃烧中腐蚀行为的影响尚缺乏系统的研究。鉴于此，选取玉米秆、麦草2种典型生物质，在固定床反应器上制备其烘焙样，通过逐级提取结合ICP-MS、IC测试，探究烘焙对生物质中关键成灰元素的赋存形态及含量的影响。在沉降炉系统进行烘焙前后生物质、2种动力用煤单烧以及各生物质样品与煤混烧试验，并收集其总灰。选取12CrMoVG钢为腐蚀试验金属材料，使用基于水平管式炉的腐蚀试验系统，探究了550 ℃时，HCl存在的模拟烟气气氛下，单烧灰负载的腐蚀情况，以及HCl、SO2共同存在的模拟烟气气氛下混烧灰负载的腐蚀情况，称重获得各工况下腐蚀增重，并通过SEM-EDS分析了腐蚀后样品形貌及成分特征。最后，通过不同HCl浓度下的腐蚀试验，揭示了烘焙对生物质-煤混烧的腐蚀倾向影响。结果表明，玉米秆和麦草中Cl和K含量较高。经过270 ℃烘焙，玉米秆和麦草中Cl分别释放了17.84%和38.76%；S分别释放了7.78%、20.98%；Na、Mg、K、Ca、Fe总量基本不变，少量水溶态K转化为离子交换态，部分水溶态的Mg、Ca向盐酸溶态转化。相同气氛条件下，由于烘焙生物质灰中AAEM(碱及碱土金属)含量略升高，其腐蚀增重相较于原生物质呈增加趋势。混烧工况的腐蚀增重显著低于单烧工况，主要是由于气氛中SO2的存在导致了硫酸盐化反应，减轻了腐蚀程度。烘焙对生物质单烧和混烧的灰成分影响较小，因此对腐蚀程度的影响有限；但腐蚀气氛中Cl的增加能显著促进腐蚀行为，由于烘焙能够脱除生物质中部分Cl，因此烘焙有减轻生物质燃烧腐蚀倾向的潜质。

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2022年第03期

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燃煤机组协同处理焦化固废中污染物的排放特性

作者(Author)：肖海平, 王铭玮, 郭正旺, 李岩, 闫大海

摘要：焦化固废的锅炉协同处理技术实现了热量资源化回收，为评估该工艺的环境危害，在某480 t/h 煤粉锅炉上进行原煤、生化污泥和焦油煤粉共燃烧试验，对锅炉排放的烟气、炉渣、飞灰和硫酸铵等样品进行采样分析，研究掺烧工况下多种污染物的排放特征及其对环境的影响。结果表明，在煤、生化污泥和焦油煤粉掺烧比为100.0∶3.0∶1.5的协同工况下，炉内燃烧稳定，各运行参数波动小。16种多环芳烃(PAHs)中，以低环(2～3环)PAHs的萘和苊烯为主，其他PAHs类物质的质量浓度均较低，烟气中PAHs总质量浓度为71.3 ng/m3，固体样品中PAHs质量分数均低于0.5 mg/kg；烟气中二噁英类质量浓度为0.004 3 ng/m3，相较空白工况下降61.3%，固体样品中二噁英类质量分数均低于2.0 ng/kg；掺烧工况下各有机物排放均符合标准。生化污泥中Cr质量比是原煤的3.6倍, As是原煤的26倍，导致混合燃料中重金属Cr、As的质量比分别增加了21.1%、63.1%，其他重金属元素无明显增加。90%以上的Cr和As 赋存于飞灰中，2%～4%存在于炉渣中，仅有极少部分存在于烟气和硫酸铵中。烟气中Cr质量浓度为6.69 μg/m3，相较空白工况下降45.2%，烟气中As质量浓度降至低于检出限。炉渣、飞灰和硫酸铵等固体样品的浸出试验表明，Cr、As浸出质量浓度分别低于4.0和0.1 mg/L，重金属浸出无环境风险。试验过程污染物排放浓度均低于我国现行标准限值，锅炉协同处理技术环境风险可控，为焦化固废的无害化利用提供参考。

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2022年第03期

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