①课题来源与背景：在人类共同应对全球气候变化的大背景下，世界各国纷纷制定能源转型战略，不断寻求低成本清洁能源替代方案，推动绿色低碳转型。2020年，煤炭占全球一次能源总消费比例下降至27%，较2010年下降了2.6个百分点。以煤炭为主的化石能源减量化以成为全球能源转型的主要趋势，发电将是最快实现能源转型的重要领域。加之生物质能作为世界公认的在煤、石油、天然气之后的第四大能源种类，充分利用生物质能对污染物减排、固碳、生态修复等均有不可估量的益处。基于此，本课题开展如何快速推进生物质能在发电领域的应用进度的技术开发及成果示范应用研究。 ②研究目的与意义：本课题研究的目的是，以现有大型燃煤火电机组为依托，研制出一套新型生物质气化耦合发电技术系统，并建成成套设备用于国家示范工程，实现生物质能高效利用，推动煤炭减量化能源转型进度，同时解决农村地区零散生物质废弃物处置难题。以示范工程为依托，掌握上述技术系统核心运行参数及关键设备设计要点，为后续本技术的商业推广提供全面技术设计、运行调整、设备维护等全面系统的基础支撑。 ③主要论点与论据：首次提出了大型燃煤机组生物质秸秆循环流化床微正压气化耦合发电技术，国内外尚无相关经验可供借鉴，需通过大量理论计算及试验验证，设计出正压循环流化床气化炉、正压连续给料系统、高温燃气冷却系统、燃气高效燃烧系统。通过合理设计流化速度、给料量、床压、布风板等结构，实现同时满足系统热平衡、化学平衡和质量平衡。通过搭建试验台反复试验，确保正压给料系统连续稳定运行要求。通过导热油-水两级冷却，确保高温燃气缓慢降温，避免焦油析出。通过热力计算、数值模拟计算，结合燃煤机组设计、运行经验，设计生物质燃气燃烧系统，确保生物质燃气高效燃烧且可与燃煤协同降氮。 ④创见与创新：针对东北地区秸秆综合利用问题，提出以秸秆类压块为燃料的循环流化床微正压气化与燃煤锅炉耦合发电的思路，为此开展了系统的研究，取得了原创性成果： 1）循环流化床微正压气化技术：国内首次应用秸秆微正压气化技术，取消高温引风机，降低系统控制复杂性，提高了气化效率，并有效解决气化系统的安全防爆难题；解决了需同时满足燃气品质控制和流化控制的技术难题，并成功研制了成套设备应用于国家示范工程。 2）正压给料系统：主体装置（料锁、料斗）采用自主创新设计，采用三级给料设计，针对生物质易结团，易搭桥特性，实现了微正压条件下的连续稳定给料。通过控制料锁中的上、下阀开关和匹配给料斗的活化运行，进行生物质加料、卸料的循环操作，保证了生物质加料过程顺利进行。 3）生物质燃气燃烧器：设置内层中心风空气通道、中层燃气通道和外层空气通道，各层通道均设置旋流导向叶片和风量调节装置，各层风量调节机构可单独控制，实现精准配风。保证生物质燃气迅速着火，同时强化扰动，配合合适的燃气通入位置，达到协同煤粉燃烧降氮的效果。 ⑤社会经济效益，存在的问题：成功开发出生物质微正压循环流化床气化耦合燃煤发电技术及成套设备，并成功应用于国家示范工程。为加速火电去煤化提供切实可行的发展方向，并成功解决了农村零散生物质处置难题，同时为社会提供部分就业岗位，有利于稳定社会秩序。本技术经济效益显著，以600MW超临界燃煤机组耦合20MW生物质燃气发电项目为例，单个项目可实现销售收入10257.8万元，利润约507.4万元，新增税收553.0万元。每年按运行5700小时计算，年可消耗残余秸秆等生物质燃料约9.12万吨，年节约一次能源消耗37000吨标煤。考虑生物质碳中性的特性，该项目可实现年CO2减排11.4万吨，为我国碳达峰计划作出重大贡献。 本技术成功应用于国家首个示范项目，为国际首例秸秆正压气化耦合系统，前期无相关设计及运行经验，通过对本项目的经验总结，现场仍有很大的优化空间：1）上料、风系统、导热油泵系统、点火油系统均可单设备设计，可节省约1500万投资；2）所有测点吹扫均采用氮气吹扫，可改成压缩空气吹扫，氮气只用于防爆备用，年运行预算成本可节省约80万；3）建议生物质耦合机组选择供热机组进行。 ⑥历年获奖情况： 2020年，“生物质秸秆循环流化床微正压气化耦合发电关键技术及工程应用”获得中国电力企业联合会电力科技创新奖一等奖； 2020年。，“玉米秸秆循环流化床微正压气化耦合发电关键技术研究及功臣应用”获得吉林省电力科学技术进步奖一等奖。

哈尔滨锅炉厂有限责任公司

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