生物质流化床正压气化耦合燃煤发电实验与模拟研究

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在生物质气化耦合燃煤发电系统中,气化炉多采用流化床气化炉,其一般在微负压或者平衡状态运行,气化生成的可燃气经过换热,降温至常温,经常温增压风机送入锅炉,或者降温到400~500℃,经中高温增压风机送入锅炉。当可燃气降温到常温时,可燃气中的焦油会在管道上凝结,严重时系统可能无法正常运行。当可燃气降温到400~500℃时,可以有效解决焦油的冷凝问题,所以现有的生物质气化耦合发电项目多采用此方式。但考虑到中高温增压风机的设备成本较高,且其长期在较高温度下工作,不利于系统的安全运行。而在正压状态下运行气化炉,利用气化压力作为生物质可燃气进入炉膛的动力,避免了中高温增压风机的使用,有效提高了系统运行的经济性和安全性,符合当前技术发展的需要。但正压气化对耦合发电的影响目前研究较少,未见公开报道。本文通过实验探究了正压条件对于气化过程的影响并以600MW燃烧器对冲布置的煤粉锅炉为原型,利用Aspen Plus软件对平衡状态运行气化炉和正压状态运行气化炉的两种耦合发电方式进行了技术和经济性对比研究。首先搭建了生物质流化床气化台架,研究了温度、空气当量比ER和正压条件(1700 Pa~6300 Pa)对于气化过程的影响。在实验的正压条件范围内,流化床反应器能够稳定运行。随着气化压力的变化,可燃气组分变化不大,气化指标也无明显变化,正压对于气化过程的影响并不明显。然后利用Aspen Plus软件建立了平衡状态和正压状态运行气化炉的两种耦合燃煤发电系统的模型并对其展开研究。随着混燃比例的增大,锅炉烟气流量增大,炉膛温度下降,排烟温度上升,锅炉热效率降低。当混燃比例相同时,与平衡状态运行气化炉相比,在不同正压条件(4000 Pa~8000 Pa)运行气化炉时,锅炉的运行指标无明显变化,正压状态运行气化炉主要是为生物质燃气进入锅炉提供动力。最后对传统燃煤电厂和两种气化耦合发电方式进行了经济性分析,并探究了气化耦合发电系统中的关键参数如生物质燃料价格和副产品价格变化对于系统发电成本的影响。对于平衡状态和正压状态运行气化炉的两种耦合发电方式,随着混燃比例上升,两种发电方式的发电成本都上升。以传统燃煤电厂的发电成本0.3088元/k W·h为基准,当混燃比例为20%时,平衡状态运行气化炉和正压状态运行气化炉的系统发电成本分别为0.3552元/k W·h和0.3545元/k W·h。正压运行气化炉的系统的发电成本更低,经济效益更好。本文从生物质气化耦合发电系统的安全性和经济性出发,对两种气化耦合发电方进行对比研究。与平衡状态运行气化炉相比,正压状态运行气化炉对于系统的运行无明显影响,但其可以提高系统运行的安全性和经济性。这一结论将有助于推动生物质气化耦合燃煤发电技术的进步。
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