我國是能源大國，擁有豐富的生物質資源，而生物質直燃一直是困擾我國環(huán)境保護的重大瓶頸。為了破解生物質直燃難題，適應生物質能源利用快速發(fā)展需要，守護藍天碧水，擔負起央企的社會責任，哈電集團哈爾濱鍋爐廠有限責任公司（簡稱“哈鍋”）科技人員在燃煤耦合生物質發(fā)電領域潛心研究，并取得重大成果，迅速得到了燃煤耦合生物質發(fā)電市場的青睞，成功拿到大唐吉林長山熱電廠66萬千瓦超臨界燃煤發(fā)電機組耦合2萬千瓦生物質發(fā)電改造示范項目總承包合同，是國內首個最大國家級燃煤耦合生物質氣化發(fā)電技術改造試點示范項目。
哈鍋黨委書記、董事長樊險峰表示，哈鍋從我國的實際情況出發(fā)，在“四個耦合”領域深入推動企業(yè)質量變革、效率變革、動力變革，并以此取得重大突破，拿到該項目，標志著哈鍋在加快轉型升級、產業(yè)結構調整中邁出了堅實的一步，為我國生物質能源利用做出了重大貢獻。
圖為哈鍋高效清潔燃煤電站鍋爐國家重點實驗室。
圖為哈鍋先進的生產裝備。
生物質耦合發(fā)電彰顯哈鍋智慧
哈鍋自主研發(fā)的先進生物質循環(huán)流化床氣化耦合發(fā)電工藝具有用電率低、產氣率高、灰渣量少、安全可靠等特點，適用于大型化、大規(guī)模的商業(yè)應用，經濟效益和社會效益顯著。
隨著國家對環(huán)境保護的要求不斷提高，生物質等可再生能源利用的重要性逐漸增加，2016年國家能源局提出，“十三五”期間國家將力推煤電+生物質、煤電+污泥、煤電+垃圾、煤電+光熱等“四個耦合”發(fā)電，通過摻燒消納秸稈和農林廢棄物、污泥、垃圾燃料等有效途徑，促進環(huán)境治理，大幅提高可再生能源消納比例；2017年底，國家能源局和環(huán)境保護部又下發(fā)了《關于開展燃煤耦合生物質發(fā)電技改試點工作的通知》，大力支持生物質耦合發(fā)電技術應用推廣。
大唐長山電廠燃煤耦合生物質氣化發(fā)電項目位于吉林省長山鎮(zhèn)，地處東北商品糧基地中心，電廠生物質燃料以玉米秸稈為主，周邊資源豐富。該工程將在1號機組現有場地建設1臺發(fā)電功率為2萬千瓦等級的生物質氣化發(fā)電項目，采用循環(huán)流化床微正壓氣化技術將產生的生物質燃氣送至66萬千瓦超臨界燃煤機組鍋爐，與煤粉進行混燒，利用原有燃煤發(fā)電系統實現生物質高效發(fā)電，可有效破解秸稈在田間直接燃燒造成環(huán)境污染及資源浪費難題。該項目計劃今年9月底投產。
哈鍋燃煤耦合生物質發(fā)電技術充分結合了哈鍋流化床技術與大型燃煤機組技術特點，采用自主研發(fā)的先進生物質循環(huán)流化床氣化耦合發(fā)電工藝。生物質燃料經過破碎或壓塊后送入流化床氣化爐內，在床料及流化介質作用下，使爐內呈鼓泡、流化狀態(tài)，物料和氣化劑充分接觸，通過合理布風和循環(huán)回料，在保證高效氣化的同時，控制氣化裝置溫度。氣化爐底部密相區(qū)采用漸縮段設計，保證底部高的流化速度，減少秸稈燃料破碎所需的時間，有利于燃料高效、穩(wěn)定的氣化，同時通過提高流化速度，確保燃料落入密相區(qū)時已經破碎成易于流化的小顆粒焦炭，通過合理布風，保證了較高的氣化效率。
生物質燃氣燃燒器采用哈鍋自主研發(fā)燃燒器，將燃氣燃燒器布置于爐內氮氧化物還原區(qū)，合理燃燒器配風設計有利于降低鍋爐氮氧化物排放，且生物質燃氣燃燒溫度低，可進一步降低熱力型氮氧化物生成。燃氣管道系統采用中溫中速設計，既降低系統的復雜性，又有利于提高生物質燃氣鍋爐內著火穩(wěn)燃特性。生物質給料系統采用自主創(chuàng)新設計，技術先進，節(jié)能環(huán)保，運行可靠。哈鍋自主研發(fā)的先進生物質循環(huán)流化床氣化耦合發(fā)電工藝具有廠用電率低、產氣率高、灰渣量少、安全可靠等特點，適用于大型化、大規(guī)模的商業(yè)應用，經濟效益和社會效益顯著。
據了解，我國每年生物質資源超過10億噸，因缺乏大規(guī)模、高效利用手段造成環(huán)境污染。燃煤耦合生物質發(fā)電技術可依托燃煤電廠高效環(huán)保設施達到超低排放，實現秸稈等生物質資源低成本、無害化的高效利用。與傳統生物質直燃發(fā)電相比，燃煤耦合生物質發(fā)電不但建設投資可節(jié)省約40%，而且生物質發(fā)電效率還可提高10%以上，具有發(fā)電效率高、環(huán)保效果好、社會效益顯著等突出優(yōu)勢，有效發(fā)揮了生物質能源價值，是生物質資源利用的重要發(fā)展方向。
垃圾耦合發(fā)電提供哈鍋方案
哈鍋自主研發(fā)的“燃煤耦合垃圾發(fā)電技術”思路新穎，解決了傳統垃圾焚燒爐的技術問題，切合時代要求，對破解秸稈直焚頑疾和城市垃圾處理難題提供了新的解決方案。
在燃煤耦合發(fā)電技術研發(fā)方面，哈鍋深耕細作，致力于提升煤電耦合發(fā)電水平，積極推進能源生產和消費革命。哈鍋大膽創(chuàng)新，先試先行，大力推進“四個耦合”研究，利用自主建設的高效清潔燃煤電站鍋爐國家重點實驗室進行了大量的燃燒試驗研究和積累，自主研發(fā)了燃煤耦合垃圾、生物質等發(fā)電技術，垃圾焚燒與大型燃煤機組耦合發(fā)電技術于2017年年底率先通過國家能源局評審，解決了傳統垃圾焚燒爐的技術問題，對破解秸稈直焚頑疾和城市垃圾處理難題提供了新的解決方案，走在了行業(yè)前列。
2016年，我國城市生活垃圾清運量超過2.15億噸，傳統焚燒發(fā)電是垃圾處置主要的方式之一，垃圾焚燒產生的二惡英、氯化物、二氧化硫、氮氧化物等需要垃圾焚燒電廠單獨配備復雜的煙氣凈化系統，投資大、能耗高、凈化效率低，傳統垃圾焚燒發(fā)電機組效率僅為18%～25%。
哈鍋燃煤耦合垃圾發(fā)電技術充分結合了垃圾焚燒爐與大型燃煤機組的技術特點，采用雙鏈耦合，蒸汽側耦合將垃圾焚燒爐產生的主蒸汽引入燃煤機組的熱力系統，將低能級的垃圾焚燒爐發(fā)熱量部分轉移到高能級的燃煤鍋爐發(fā)電，實現垃圾發(fā)熱量高效利用；煙氣側耦合將垃圾焚燒爐產生的尾部煙氣引入燃煤鍋爐，節(jié)約了垃圾焚燒爐煙氣凈化系統設備投入。
該技術打破了傳統垃圾焚燒爐的運行模式，節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢顯著。哈鍋先進的潔凈排放高效垃圾資源化利用發(fā)電技術，在對現有燃煤機組整體改造量最小的前提下，利用大型燃煤機組的高效熱力循環(huán)系統的優(yōu)勢，能夠有效解決傳統垃圾焚燒發(fā)電廠機組發(fā)電效率低、排煙溫度高、飛灰沾污、二惡英等污染物處理成本高等難題，可將垃圾焚燒發(fā)電效率提高至31.6%，實現垃圾無害化、減量化、資源化、低成本化的處置，提高垃圾能源化利用效率，降低單位垃圾處理投資成本及運行維護費用。
可再生能源利用貢獻哈鍋力量
哈鍋在自主開發(fā)燃煤耦合垃圾、生物質等發(fā)電技術的同時，深入開展燃煤耦合污泥發(fā)電技術、靈活性改造技術等研究工作，全面落實國家可再生能源政策，促進生態(tài)文明。
可再生能源是能源供應體系的重要組成部分，是我國推進能源生產和消費革命、推動能源轉型的重要措施。哈鍋在自主開發(fā)燃煤耦合垃圾、生物質等發(fā)電技術的同時，深入開展燃煤耦合污泥發(fā)電技術、靈活性改造技術等研究工作，全面落實國家可再生能源政策，優(yōu)化資源配置，促進生態(tài)文明。
研發(fā)燃煤耦合污泥發(fā)電技術。城市污水處理后會產生大量污泥，污泥與燃煤機組耦合發(fā)電技術可充分利用污泥中的資源，使之達到減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化。哈鍋自主完成了煤粉鍋爐摻燒污泥熱力計算、煤粉鍋爐摻燒污泥后爐內燃燒狀況、煙氣成分變化和傳熱特性變化數值模擬等研究工作。此種污泥焚燒方式投資小，只需在原有電廠內建設污泥儲存設施和污泥輸送系統，同時對原有鍋爐及煙氣處理設備進行部分改造,即可達到污泥無害化處置的要求，而且焚燒渣還可以制成附屬產品，具有良好的經濟效益和環(huán)境效益。污泥耦合發(fā)電技術采用煤電的高溫煙氣干燥系統取代傳統的蒸汽干化機，污泥干燥速度快，系統密閉性好，可有效控制氣味擴散。干化后的污泥通過封閉式皮帶輸送機直接混入入爐原煤，作為燃料入爐焚燒。采用大容量電站煤粉鍋爐進行污泥焚燒，處理規(guī)模大，燃燒溫度高，可有效抑制多環(huán)芳烴、二惡英等有機污染物的生成。
加大機組火電靈活性改造研究。“十三五”期間我國將實施2.2億千瓦燃煤機組的靈活性改造，使機組具備深度調峰能力。國家確定兩批共22個電廠作為火電靈活性改造試點項目，其中有15家電廠鍋爐為哈鍋產品。哈鍋結合電廠機組自身的運行特性以及調峰目標幅度，可靈活制定改造技術路線，以實現燃煤機組在低負荷下的安全穩(wěn)定運行。目前，哈鍋針對超低負荷下風機和磨煤機運行等問題進行了專題研究，完成燃燒器改造、鍋爐熱力和壁溫計算、鍋爐受熱面改造等方案，為電廠靈活性改造提供最優(yōu)方案。哈鍋還與國內相關院校部門合作研發(fā)了具有自主知識產權的低谷電蓄熱設備，達到國內領先水平，具備了模塊化、系統化設計及供貨能力。該儲熱技術是利用電作為動力的新型技術，涵蓋高溫固體電蓄熱設備+電極鍋爐、單罐水蓄熱設備+電極鍋爐、雙罐熔鹽蓄熱設備+電極鍋爐等多個種類，可以利用低谷電，實現大型火電機組深度調峰。
垃圾焚燒開創(chuàng)新天地。拿到6臺深能源環(huán)保垃圾鍋爐，建成后將成為全球規(guī)模最大、標準最高的垃圾焚燒發(fā)電廠。項目為單臺日處理垃圾量850噸的次高壓多級階梯爐排式垃圾焚燒爐，采用多級階梯爐排爐技術，垃圾徹底處理能力強，發(fā)電效率可達25%，處于世界領先水平。該鍋爐整體采用模塊化設計，將鍋爐蒸發(fā)器、過熱器等分成14個模塊進行生產，工地焊口比常規(guī)設計減少一半以上，現場安裝方便，質量易于保證。全部產品將于2018年4月前完成供貨，預計2018年底投入運行。
哈鍋黨委副書記、總經理張彥軍在接受記者采訪時說，哈鍋堅持主業(yè)精、副業(yè)興，特別是積極推進“四個耦合”、靈活性改造等技術研究，為建設美麗中國貢獻了哈鍋力量。哈鍋也一定會以科技創(chuàng)新為動力，推動企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。
哈鍋黨委書記、董事長樊險峰表示，哈鍋從我國的實際情況出發(fā)，在“四個耦合”領域深入推動企業(yè)質量變革、效率變革、動力變革，并以此取得重大突破，拿到該項目，標志著哈鍋在加快轉型升級、產業(yè)結構調整中邁出了堅實的一步，為我國生物質能源利用做出了重大貢獻。
圖為哈鍋高效清潔燃煤電站鍋爐國家重點實驗室。
圖為哈鍋先進的生產裝備。
生物質耦合發(fā)電彰顯哈鍋智慧
哈鍋自主研發(fā)的先進生物質循環(huán)流化床氣化耦合發(fā)電工藝具有用電率低、產氣率高、灰渣量少、安全可靠等特點，適用于大型化、大規(guī)模的商業(yè)應用，經濟效益和社會效益顯著。
隨著國家對環(huán)境保護的要求不斷提高，生物質等可再生能源利用的重要性逐漸增加，2016年國家能源局提出，“十三五”期間國家將力推煤電+生物質、煤電+污泥、煤電+垃圾、煤電+光熱等“四個耦合”發(fā)電，通過摻燒消納秸稈和農林廢棄物、污泥、垃圾燃料等有效途徑，促進環(huán)境治理，大幅提高可再生能源消納比例；2017年底，國家能源局和環(huán)境保護部又下發(fā)了《關于開展燃煤耦合生物質發(fā)電技改試點工作的通知》，大力支持生物質耦合發(fā)電技術應用推廣。
大唐長山電廠燃煤耦合生物質氣化發(fā)電項目位于吉林省長山鎮(zhèn)，地處東北商品糧基地中心，電廠生物質燃料以玉米秸稈為主，周邊資源豐富。該工程將在1號機組現有場地建設1臺發(fā)電功率為2萬千瓦等級的生物質氣化發(fā)電項目，采用循環(huán)流化床微正壓氣化技術將產生的生物質燃氣送至66萬千瓦超臨界燃煤機組鍋爐，與煤粉進行混燒，利用原有燃煤發(fā)電系統實現生物質高效發(fā)電，可有效破解秸稈在田間直接燃燒造成環(huán)境污染及資源浪費難題。該項目計劃今年9月底投產。
哈鍋燃煤耦合生物質發(fā)電技術充分結合了哈鍋流化床技術與大型燃煤機組技術特點，采用自主研發(fā)的先進生物質循環(huán)流化床氣化耦合發(fā)電工藝。生物質燃料經過破碎或壓塊后送入流化床氣化爐內，在床料及流化介質作用下，使爐內呈鼓泡、流化狀態(tài)，物料和氣化劑充分接觸，通過合理布風和循環(huán)回料，在保證高效氣化的同時，控制氣化裝置溫度。氣化爐底部密相區(qū)采用漸縮段設計，保證底部高的流化速度，減少秸稈燃料破碎所需的時間，有利于燃料高效、穩(wěn)定的氣化，同時通過提高流化速度，確保燃料落入密相區(qū)時已經破碎成易于流化的小顆粒焦炭，通過合理布風，保證了較高的氣化效率。
生物質燃氣燃燒器采用哈鍋自主研發(fā)燃燒器，將燃氣燃燒器布置于爐內氮氧化物還原區(qū)，合理燃燒器配風設計有利于降低鍋爐氮氧化物排放，且生物質燃氣燃燒溫度低，可進一步降低熱力型氮氧化物生成。燃氣管道系統采用中溫中速設計，既降低系統的復雜性，又有利于提高生物質燃氣鍋爐內著火穩(wěn)燃特性。生物質給料系統采用自主創(chuàng)新設計，技術先進，節(jié)能環(huán)保，運行可靠。哈鍋自主研發(fā)的先進生物質循環(huán)流化床氣化耦合發(fā)電工藝具有廠用電率低、產氣率高、灰渣量少、安全可靠等特點，適用于大型化、大規(guī)模的商業(yè)應用，經濟效益和社會效益顯著。
據了解，我國每年生物質資源超過10億噸，因缺乏大規(guī)模、高效利用手段造成環(huán)境污染。燃煤耦合生物質發(fā)電技術可依托燃煤電廠高效環(huán)保設施達到超低排放，實現秸稈等生物質資源低成本、無害化的高效利用。與傳統生物質直燃發(fā)電相比，燃煤耦合生物質發(fā)電不但建設投資可節(jié)省約40%，而且生物質發(fā)電效率還可提高10%以上，具有發(fā)電效率高、環(huán)保效果好、社會效益顯著等突出優(yōu)勢，有效發(fā)揮了生物質能源價值，是生物質資源利用的重要發(fā)展方向。
垃圾耦合發(fā)電提供哈鍋方案
哈鍋自主研發(fā)的“燃煤耦合垃圾發(fā)電技術”思路新穎，解決了傳統垃圾焚燒爐的技術問題，切合時代要求，對破解秸稈直焚頑疾和城市垃圾處理難題提供了新的解決方案。
在燃煤耦合發(fā)電技術研發(fā)方面，哈鍋深耕細作，致力于提升煤電耦合發(fā)電水平，積極推進能源生產和消費革命。哈鍋大膽創(chuàng)新，先試先行，大力推進“四個耦合”研究，利用自主建設的高效清潔燃煤電站鍋爐國家重點實驗室進行了大量的燃燒試驗研究和積累，自主研發(fā)了燃煤耦合垃圾、生物質等發(fā)電技術，垃圾焚燒與大型燃煤機組耦合發(fā)電技術于2017年年底率先通過國家能源局評審，解決了傳統垃圾焚燒爐的技術問題，對破解秸稈直焚頑疾和城市垃圾處理難題提供了新的解決方案，走在了行業(yè)前列。
2016年，我國城市生活垃圾清運量超過2.15億噸，傳統焚燒發(fā)電是垃圾處置主要的方式之一，垃圾焚燒產生的二惡英、氯化物、二氧化硫、氮氧化物等需要垃圾焚燒電廠單獨配備復雜的煙氣凈化系統，投資大、能耗高、凈化效率低，傳統垃圾焚燒發(fā)電機組效率僅為18%～25%。
哈鍋燃煤耦合垃圾發(fā)電技術充分結合了垃圾焚燒爐與大型燃煤機組的技術特點，采用雙鏈耦合，蒸汽側耦合將垃圾焚燒爐產生的主蒸汽引入燃煤機組的熱力系統，將低能級的垃圾焚燒爐發(fā)熱量部分轉移到高能級的燃煤鍋爐發(fā)電，實現垃圾發(fā)熱量高效利用；煙氣側耦合將垃圾焚燒爐產生的尾部煙氣引入燃煤鍋爐，節(jié)約了垃圾焚燒爐煙氣凈化系統設備投入。
該技術打破了傳統垃圾焚燒爐的運行模式，節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢顯著。哈鍋先進的潔凈排放高效垃圾資源化利用發(fā)電技術，在對現有燃煤機組整體改造量最小的前提下，利用大型燃煤機組的高效熱力循環(huán)系統的優(yōu)勢，能夠有效解決傳統垃圾焚燒發(fā)電廠機組發(fā)電效率低、排煙溫度高、飛灰沾污、二惡英等污染物處理成本高等難題，可將垃圾焚燒發(fā)電效率提高至31.6%，實現垃圾無害化、減量化、資源化、低成本化的處置，提高垃圾能源化利用效率，降低單位垃圾處理投資成本及運行維護費用。
可再生能源利用貢獻哈鍋力量
哈鍋在自主開發(fā)燃煤耦合垃圾、生物質等發(fā)電技術的同時，深入開展燃煤耦合污泥發(fā)電技術、靈活性改造技術等研究工作，全面落實國家可再生能源政策，促進生態(tài)文明。
可再生能源是能源供應體系的重要組成部分，是我國推進能源生產和消費革命、推動能源轉型的重要措施。哈鍋在自主開發(fā)燃煤耦合垃圾、生物質等發(fā)電技術的同時，深入開展燃煤耦合污泥發(fā)電技術、靈活性改造技術等研究工作，全面落實國家可再生能源政策，優(yōu)化資源配置，促進生態(tài)文明。
研發(fā)燃煤耦合污泥發(fā)電技術。城市污水處理后會產生大量污泥，污泥與燃煤機組耦合發(fā)電技術可充分利用污泥中的資源，使之達到減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化。哈鍋自主完成了煤粉鍋爐摻燒污泥熱力計算、煤粉鍋爐摻燒污泥后爐內燃燒狀況、煙氣成分變化和傳熱特性變化數值模擬等研究工作。此種污泥焚燒方式投資小，只需在原有電廠內建設污泥儲存設施和污泥輸送系統，同時對原有鍋爐及煙氣處理設備進行部分改造,即可達到污泥無害化處置的要求，而且焚燒渣還可以制成附屬產品，具有良好的經濟效益和環(huán)境效益。污泥耦合發(fā)電技術采用煤電的高溫煙氣干燥系統取代傳統的蒸汽干化機，污泥干燥速度快，系統密閉性好，可有效控制氣味擴散。干化后的污泥通過封閉式皮帶輸送機直接混入入爐原煤，作為燃料入爐焚燒。采用大容量電站煤粉鍋爐進行污泥焚燒，處理規(guī)模大，燃燒溫度高，可有效抑制多環(huán)芳烴、二惡英等有機污染物的生成。
加大機組火電靈活性改造研究。“十三五”期間我國將實施2.2億千瓦燃煤機組的靈活性改造，使機組具備深度調峰能力。國家確定兩批共22個電廠作為火電靈活性改造試點項目，其中有15家電廠鍋爐為哈鍋產品。哈鍋結合電廠機組自身的運行特性以及調峰目標幅度，可靈活制定改造技術路線，以實現燃煤機組在低負荷下的安全穩(wěn)定運行。目前，哈鍋針對超低負荷下風機和磨煤機運行等問題進行了專題研究，完成燃燒器改造、鍋爐熱力和壁溫計算、鍋爐受熱面改造等方案，為電廠靈活性改造提供最優(yōu)方案。哈鍋還與國內相關院校部門合作研發(fā)了具有自主知識產權的低谷電蓄熱設備，達到國內領先水平，具備了模塊化、系統化設計及供貨能力。該儲熱技術是利用電作為動力的新型技術，涵蓋高溫固體電蓄熱設備+電極鍋爐、單罐水蓄熱設備+電極鍋爐、雙罐熔鹽蓄熱設備+電極鍋爐等多個種類，可以利用低谷電，實現大型火電機組深度調峰。
垃圾焚燒開創(chuàng)新天地。拿到6臺深能源環(huán)保垃圾鍋爐，建成后將成為全球規(guī)模最大、標準最高的垃圾焚燒發(fā)電廠。項目為單臺日處理垃圾量850噸的次高壓多級階梯爐排式垃圾焚燒爐，采用多級階梯爐排爐技術，垃圾徹底處理能力強，發(fā)電效率可達25%，處于世界領先水平。該鍋爐整體采用模塊化設計，將鍋爐蒸發(fā)器、過熱器等分成14個模塊進行生產，工地焊口比常規(guī)設計減少一半以上，現場安裝方便，質量易于保證。全部產品將于2018年4月前完成供貨，預計2018年底投入運行。
哈鍋黨委副書記、總經理張彥軍在接受記者采訪時說，哈鍋堅持主業(yè)精、副業(yè)興，特別是積極推進“四個耦合”、靈活性改造等技術研究，為建設美麗中國貢獻了哈鍋力量。哈鍋也一定會以科技創(chuàng)新為動力，推動企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。
