白马电厂:大型循环流化床多物质耦合燃烧研究

来源:中能热电网 作者:白马电厂 关键词: 绿色低碳技术 耦合燃烧 热电产业委员会        收藏 0   

2023
12/08
08:43
中能热电网
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导读

项目案例简介:2020年,国家发改委等四部委共同发布的《关于扩大战略性新兴产业投资,培育壮大新增长点增长极的指导意见》(发改高技〔2020〕1409号),首次在国家政策文件中提到“综合能源服务”字眼。这条内容为“大力开展综合能源服务,推动源网荷储协同互动,有条件的地区开展秸秆能源化利用”的意见,为生物质综合利用

项目案例简介:

2020年,国家发改委等四部委共同发布的《关于扩大战略性新兴产业投资,培育壮大新增长点增长极的指导意见》(发改高技〔2020〕1409号),首次在国家政策文件中提到“综合能源服务”字眼。这条内容为“大力开展综合能源服务,推动源网荷储协同互动,有条件的地区开展秸秆能源化利用”的意见,为生物质综合利用提供了政策支持。通过大量的试验表明,固体危废及生物质现在最好的处置方式还是进行焚烧。因此,燃煤电厂利用火电企业的功能性,开展固体废物及生物质的综合利用,并达到无害化处理,将是国家持续鼓励支持的方向。

白马电厂地处四川盆地,该地区属于贫煤区,火电发电成本较高,加上四川水电资源丰富,火电机组的竞争压力大,川内火电机组基本处于亏损状态。但该地区生物质资源及页岩气资源丰富,全省竹林面积1800万亩左右,年产量1700万吨,其它生物质原料,如主要农作物秸秆资源量在内江市约为200.万吨,折算成标煤为49.67万吨;页岩气钻井油基钻屑热值在5605KJ/kg,仅在电厂所在地内江年产量在10万吨以上,川内年产量已达40万吨,并有上升趋势;另外川内化工厂固废电石渣和白泥,含钙资源丰富,可以综合利用;最后川内劣质煤资源丰富,综合利用潜力也较大。

白马电厂地处四川内江市,在成渝双城经济带的中心地带,现有2台循环流化床机组。循环流化床锅炉具有独特的系统以及燃烧特性,在中低温下也可以维持稳定燃烧,燃料入炉前无需通过二次加工,燃料粒径范围大。因此,被认为是实现高比例多物质掺烧最可行的锅炉设备。本案例是在锅炉旁建设一条多物质直燃掺烧系统,通过储存→给料→输送→仓储→直接入炉膛燃烧。实现了生物质原料无需预处理和配伍,极大的提升了掺烧的经济性。

同时,白马电厂近年来经营状况还需持续改善,需要降低发电成本,开发营收业务,找寻新的经济增长极。该项目对白马电厂未来发展具有重大意义,加强煤炭清洁高效利用,积极参与应对气候变化全球治理的能源发展观。

案例专题:2023综合能源服务暨数智化转型创新优秀项目案例汇编

选送单位:四川白马循环流化床示范电站有限责任公司

项目案例背景

2020年,国家发改委等四部委共同发布的《关于扩大战略性新兴产业投资,培育壮大新增长点增长极的指导意见》(发改高技〔2020〕1409号),首次在国家政策文件中提到“综合能源服务”字眼。这条内容为“大力开展综合能源服务,推动源网荷储协同互动,有条件的地区开展秸秆能源化利用”的意见,为生物质综合利用提供了政策支持。通过大量的试验表明,固体危废及生物质现在最好的处置方式还是进行焚烧。因此,燃煤电厂利用火电企业的功能性,开展固体废物及生物质的综合利用,并达到无害化处理,将是国家持续鼓励支持的方向。

白马电厂地处四川盆地,该地区属于贫煤区,火电发电成本较高,加上四川水电资源丰富,火电机组的竞争压力大,川内火电机组基本处于亏损状态。但该地区生物质资源及页岩气资源丰富,全省竹林面积1800万亩左右,年产量1700万吨,其它生物质原料,如主要农作物秸秆资源量在内江市约为200.万吨,折算成标煤为49.67万吨;页岩气钻井油基钻屑热值在5605KJ/kg,仅在电厂所在地内江年产量在10万吨以上,川内年产量已达40万吨,并有上升趋势;另外川内化工厂固废电石渣和白泥,含钙资源丰富,可以综合利用;最后川内劣质煤资源丰富,综合利用潜力也较大。

白马电厂地处四川内江市,在成渝双城经济带的中心地带,现有2台循环流化床机组。循环流化床锅炉具有独特的系统以及燃烧特性,在中低温下也可以维持稳定燃烧,燃料入炉前无需通过二次加工,燃料粒径范围大。因此,被认为是实现高比例多物质掺烧最可行的锅炉设备。本案例是在锅炉旁建设一条多物质直燃掺烧系统,通过储存→给料→输送→仓储→直接入炉膛燃烧。实现了生物质原料无需预处理和配伍,极大的提升了掺烧的经济性。

同时,白马电厂近年来经营状况还需持续改善,需要降低发电成本,开发营收业务,找寻新的经济增长极。该项目对白马电厂未来发展具有重大意义,加强煤炭清洁高效利用,积极参与应对气候变化全球治理的能源发展观。

主要创新点概述

(1)开发一套输送系统将多物质掺烧物送入炉膛混合燃烧,不影响现有给煤系统运行,不仅节约了发电煤耗,还有效的降低碳排放,最主要优势是不需要对掺烧物质进行一次处理(如生物质气化),燃料的直接利用率高,耦合成本低。

(2)开展了生物质掺烧减碳试验研究,为“双碳”经济模式下,火电机组的经济模式摸索出道路。

应用情况及可推广前景简述

该项目成功实现大型循环流化床锅炉耦合掺烧的几个全国第一。第一台通过生物质直接掺烧(不进行一次处理,如气化、粒化、粉化)的锅炉;第一台开展直接燃烧生物质进行减碳试验的锅炉。现该技术成果主要运用在四川白马600MW循环流化床锅炉上,同时拟在业内进行推广。

从生物质掺烧系统投运以来,一共掺烧生物质2.9万吨左右,主要来料为废木材、建筑类生物质(如模板、跳板等)、农林生物质等。加入系统完成后,现在每小时平均掺烧生物质10吨左右,每天掺烧约120吨(由于来料因素,每天只掺烧12小时)。通过对各参数的监视,掺烧时对排烟温度、锅炉燃烧等没有影响;其灰渣品质、重金属含量、大气排放指标均在合格范围;机组停备期间对受热面管道、烟道进行检查,未发现纳、钾元素对锅炉设备造成腐蚀。按照燃煤量,生物质掺烧在燃煤量10%以内是安全可靠的。

从固体废物掺烧系统投运以来,一共掺烧污泥13.87万吨,电石渣6.8万吨。2021年,白马电厂利用该系统与国家能源集团国神公司技术研究院开展污泥及电石渣试验。其主要内容包括:污泥燃烧特性理化特性实验室分析、污泥与煤混烧燃烧特性数值模拟、污泥与煤混烧热力计算、现场连续掺烧污泥安全经济影响试验、固体和液体样品现场采集与实验室分析,包括原煤、污泥、飞灰、炉渣等测量。通过现场试验,获得了目前600MW锅炉污泥掺烧锅炉及环保系统运行信息,为准确评价不同污泥掺烧比例对煤粉锅炉的安全性、经济性、环保性的影响,提供了关键重要的现场试验数据。结论表明其燃烧可靠,经济环保。

本套多物质耦合掺烧系统对不同物质耦合燃烧特性进行研究,拓宽锅炉掺烧物质的适应性,激发二次开发的潜力,为大型CFB锅炉多物质耦合直接掺烧找到了方向;通过多物质耦合掺烧,降低电厂化石能源消耗,减少二氧化碳排放量;对固体废物进行无害化处置研究,提升企业绿色发展能力。

经济效益及社会效益情况

近年以来,随着我国超低排放要求提高,循环流化床锅炉在燃煤锅炉上环保示范作用逐渐降低。但是循环流化床锅炉由于其热容性好,锅炉燃烧稳定,对不易燃烧的物质更具兼容性,开发耦合燃烧技术更具可能性。

随着我国“一带一路”的推进,我国在国外建设循环流化床锅炉占比越来越大,外蒙古、巴基斯坦、波黑等地区先后建设了循环流化床发电机组。这些地区的煤矿资源也不丰富,需要锅炉对多燃料更加具备适应性,去年约旦以油页岩为燃料的循环流化床发电技术已经投运。所以开展多物种的耦合燃烧,解决循环流化床锅炉在燃煤资源缺乏地区发展前景较大,对未来循环流化床锅炉技术发展具有重大意义。以下为白马电厂近1-3年多物质耦合掺烧产生的直接经济效益。

1.2021年

(1)2021生物质掺烧1800吨,2.33吨生物质发热量与1吨标煤相等,2.33吨生物质价格为980元,1吨标煤到厂价为1400元,节约燃煤费用32.9万元;二氧化碳排放量减少1800吨,按每吨二氧化碳碳交易费为58元计算,节约40.6万,合计节约73.5万元。

(2)2021年,电石渣掺烧4.21万吨,电石渣每掺烧1吨,节约脱硫成本约18元,电石渣节约脱硫费用75.8万元。

(3)2021年,污泥掺烧1.85万吨,污泥每掺烧1吨,产值在132元/吨,产生经济效益约244.2万元。

2.2022年

(1)2022生物质掺烧5200吨,2.33吨生物质发热量与1吨标煤相等,2.33吨生物质价格为980元,1吨标煤到厂价为1400元,节约燃煤费用95万元;二氧化碳排放量减少5200吨,按每吨二氧化碳碳交易费为58元计算,节约30.1万,合计节约125.1万元。

(2)2022年,电石渣掺烧2.32万吨,电石渣每掺烧1吨,节约脱硫成本约18元,电石渣节约脱硫费用41.8万元。

(3)2022年,污泥掺烧1.88万吨,污泥每掺烧1吨,产值在132元/吨,产生经济效益约248.16万元。

3.2023年

(1)2023年截止10月,生物质掺烧22000吨,2.33吨生物质发热量与1吨标煤相等,2.33吨生物质价格为980元,1吨标煤到厂价为1400元,节约燃煤费用396.6万元;二氧化碳排放量减少22000吨,按每吨二氧化碳碳交易费为58元计算,节约127.6万,合计节约524.2万元。

(2)2023年截止10月,电石渣掺烧2700吨,电石渣每掺烧1吨,节约脱硫成本约18元,电石渣节约脱硫费用4.86万元。

(3)2023年截止10月,污泥掺烧10.14万吨,污泥每掺烧1吨,产值在132元/吨,产生经济效益约1338.48万元。

合计近3年产生经济效益2676万元。

项目案例获专利及奖励情况:

1.专利名称:送料装置、掺烧输送系统及循环流化床锅炉

专利权人:国家能源集团国源电力有限公司四川白马循环流化床示范电站有限责任公司

发明人:王学深; 甘政; 丁书海; 雷秀坚; 胡开年

2.专利名称:循环流化床锅炉及其多物质耦合掺烧输送系统

专利权人:国家能源集团国源电力有限公司四川白马循环流化床示范电站有限责任公司

发明人:王学深; 甘政; 周勇; 邹利强; 田瑞树

选送单位简介:


四川白马循环流化床示范电站有限责任公司(简称白马电厂)由原国家电力公司、四川省电力公司、四川投资集团公司和四川巴蜀电力开发公司合资组建。后因国家电力体制改革进行了股权划转,现股权结构为国家能源集团国源电力有限公司89.92%,国网英大国际控股集团有限公司7.47%,国能四川能源有限公司2.61%。白马电厂30万示范项目于2003年5月开工建设,2006年4月投入商业运行,总投资16.5亿元,先后荣获中国电力科技进步一等奖;国家科技进步二等奖。60万示范项目于2011年7月获得核准并开工建设,2013年4月投入商业运行,总投资29.58亿元,分别荣获2015年度电力行业、机械行业、教育行业科技进步一等奖;2016-2017年度国家优质工程奖;2017年国家科学技术进步一等奖。

白马电厂CFB发电机组示范工程开发建设,在较短的时间内实现了我国CFB发电技术从引进到自主研发的跨越式发展。特别是通过自主研发方式开发建成世界首台600MW超临界循环流化床燃煤发电机组,推动了循环流化床燃烧技术的国际进步,被国际能源组织认定为循环流化床燃烧技术发展的里程碑,是中国对世界洁净煤燃烧技术的重大贡献。


 
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