电力市场环境下生物质气化耦合燃煤机组与风电场联合自调度优化策略

利用生物质气化耦合燃煤发电技术可以提升火电机组的燃料及运行灵活性,从而促进风电的高水平消纳,同时实现生物质能的有效开发利用。该文首先建立反映生物质气化耦合热电联产机组内部能流过程和外部出力特性的运行模型。然后,从能源供应商视角出发,给出耦合机组与风电场联合参与日前、日内和实时平衡市场的多阶段决策框架,提出反映联合体期望收益和条件风险价值的多目标自调度策略。最后,利用基于字典优化框架的增强ε约束法,给出构建帕累托前沿的多目标优化求解流程。以一台350 MW燃煤热电联产机组和一座600 MW风电场构成的联合体为例进行分析。结果可知,增设生物质气化子系统和联合运行能够使其经济效益提升6%左右,同时有利于降低能源供应商的运营风险。

全链条大型燃煤机组直接耦合生物质发电降碳技术

“双碳”背景下,开展生物质掺烧利用是大型燃煤机组实现降低CO_(2)排放最经济、可靠的技术手段之一。该文总结国内近15年大型燃煤机组耦合生物质发电技术路线,并对其痛点进行剖析。首次提出和设计全链条的生物质直接耦合发电模式,并在内蒙某电厂进行实施。充分利用电厂周边边际土地科学种植沙柳能源作物,改进并开发了机械化收割及生物质破碎压型工艺和装备,把控“种植-收割-转运-储存-预处理-燃烧”全链条每一个环节,保证生物质原料稳定及低成本供应。通过电厂试验数据验证,对生物质小比例掺烧(重量比例小于20%),推荐采用电厂零投资的“基于电厂现有制粉及燃烧设备的生物质耦合发电”技术路线;对于更大比例掺烧(重量比例大于20%),建议采用“新增生物质独立制粉及燃烧设备的生物质耦合发电”技术路线。

生物质气化耦合发电提升燃煤机组灵活性分析

为提高风能、太阳能等可再生能源的消纳能力,提升火电机组的运行灵活性显得尤为重要,而利用生物质与燃煤机组进行耦合发电是改善机组燃料灵活性的重要途径。本文介绍了目前生物质与燃煤机组耦合发电方案的特点,对生物质气化耦合发电提升燃煤机组灵活性的技术可行性进行了分析,并以某330 MW机组建设20 MW生物质气化耦合发电项目为例,分析了生物质气化耦合发电对燃煤机组锅炉效率、受热面安全、催化剂性能和烟气脱硫系统等的影响。结果表明:少量掺烧生物质气后锅炉效率有所下降,烟气量略有增加,但原锅炉的烟风系统和减温水系统仍能满足需求;对受热面的腐蚀和烟气脱硫系统影响较小;进入锅炉中的K含量增加较为明显,对催化剂的活性会造成不良影响。建议根据生物质碱金属量将生物质的热量输入比例控制在10%以下。

生物质气化与燃煤机组耦合发电系统中生物质能供电量的计算方法研究

针对生物质气化与燃煤机组耦合发电系统中生物质能发电量和供电量的计量问题,介绍了生物质气化与燃煤机组耦合发电系统构成,研究并提出了依据生物质能占锅炉总输入热量的比例分摊生物质能发电量、厂用电量和供电量的基本原则和方法。可以为生物质气化与燃煤机组耦合发电项目的投资和运营方提供重要的数据支撑,促进生物质气化与燃煤机组耦合发电项目的发展。

生物质气化与燃煤耦合发电系统能流和流分析

生物质气化耦合燃煤发电可充分利用我国的生物质资源,减少煤炭的燃烧,改善能源结构,实现节能减排。为分析生物质气化-燃煤耦合发电系统能量流动及损失分布,基于热力学第一定律和热力学第二定律,建立了系统能流、流分析模型,计算得到系统能流和流图。结果表明:采用科学合理的燃气配气方式,锅炉燃烧稳定性几乎不受影响;额定工况、75%额定工况和50%额定工况下,系统能效分别为32.39%、31.93%和31.38%,效率分别为30.27%、31.83%和30.35%。生物质气化-燃煤耦合发电系统具有较高的能源利用效率,高于现有生物质直燃电厂发电项目的系统效率,技术经济效益明显。能损和损分析可为系统设计和优化奠定理论基础,也为生物质气化耦合燃煤锅炉发电的推广应用指明方向。

与燃煤电站和S-CO_(2)循环耦合的生物质气化发电系统性能分析

为充分利用生物质资源,提出了与燃煤机组和超临界二氧化碳循环的生物质气化系统概念,该系统的生物质气化利用过程与燃煤机组及超临界二氧化碳循环的高度耦合。合成气经二氧化碳冷却后,经净化后送入燃气轮机燃烧。烟气经燃气轮机,超临界二氧化碳循环,锅炉给水逐步回收热量,提升了生物质的利用率,进而提高了发电效率。以660 MW燃煤机组和16 t/h生物质气化炉为例,通过对系统仿真,对其进行了热力学和经济性分析。结果表明,所提出的耦合系统引入了46.66 MW的生物质能,额外发出了21.09 MW功率,生物质能效率可达45.20%,[火用]效率可达41.67%,可充分利用生物质中能量。系统净现值约40 468万元,且约需2.94 a即可收回成本,具有良好的经济效益。

生物质气化合成气对燃煤机组负荷的影响试验

以湖北华电襄阳发电有限公司为例,在生物质气化耦合燃煤机组发电系统上进行定负荷和定煤量试验。研究发现:生物质气化系统中产生合成气中气体成分稳定,可燃气体质量分数在30%左右,其中CH_4,H_2的质量分数稳定在5%以上,CO的质量分数稳定在18%左右。在试验中,燃煤机组消纳了合成气入炉对燃煤机组烟气中污染物SO_2和NO_x的影响。当合成气入炉后,烟气中污染物SO_2的质量浓度在35 mg/m^3以下,NO_x的质量浓度在40 mg/m^3以下,均达到了超净排放标准。合成气入炉对燃煤机组的燃烧有增强作用,生物质合成气通过燃煤机组高效发电,并有降低燃煤机组煤耗的作用。

生物质气化与燃煤热电联产机组耦合的经济性分析

介绍了生物质气化与燃煤机组耦合发电技术,并以1台8t/h生物质气化炉与350MW燃煤热电联产机组耦合为例,分析了其耦合的经济性。生物质燃气输入到燃煤锅炉的热量按3种不同方法进行经济性测算,其经济性差异较大,其中生物质燃气送入350MW燃煤机组中的热量按同时生产电能和热能计量,且按燃煤热电联产机组年平均发电标煤耗数值折算发电量,耦合发电量大,发电收益好,耦合优势明显。

燃煤机组耦合农林生物质发电技术现状及展望

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,是双碳形势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等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。梳理了燃煤机组直燃耦合生物质发电技术目前面临的挑战,主要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、降低CO_(2)排放量,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。

燃煤机组耦合生物质直燃发电研究进展:非球形生物质大颗粒气固两相动力学模型

在双碳目标背景下,燃煤机组耦合生物质直燃发电是充分利用近零碳排放的生物质能源资源的可行和现实途径之一。目前,国内燃煤机组耦合生物质直燃发电的示范工程较少、技术成熟度还有待提升,存在燃料破碎和输运、燃烧组织、锅炉受热面腐蚀等问题。计算流体力学为能源与动力装置优化设计与运行提供了一种有效的研究方法。重点综述了生物质颗粒气固两相动力学模型的研究现状,总结了其存在的问题,并提出了研究建议。生物质颗粒较大,且呈不规则的非球形;在国内目前缺乏成熟技术方案和相关经验的情况下,准确模拟不规则、非球形生物质大颗粒的运动轨迹是准确模拟其燃烧过程的基础和关键,也是该领域的难点。但在稀相流条件下,目前还缺乏非球形生物质大颗粒气固两相动力学通用模型。建议加强生物质颗粒高效燃烧气固两相动力学模型的基础理论研究,通过颗粒分辨的直接数值模拟获得各种典型的非球形颗粒的曳力升力系数和力矩系数的新关联式,耦合非球形颗粒平移及旋转运动,构建适用于非球形生物质大颗粒的通用气固两相动力学模型,进一步开展试验验证后应用于工业界的多相流模拟中,为揭示生物质与煤粉直燃耦合过程中的颗粒输运和热转化特性提供支撑。

燃煤机组直接耦合生物质发电技术经济性分析

燃煤机组直接耦合生物质发电能够降低机组碳排放,同时显著提高现有生物质的燃料化利用水平。针对某在建直接耦合生物质发电项目,通过锅炉热力校核计算和建立经济分析模型,分析其技术经济性。结果表明:直接耦合20t/h成型生物质发电后,锅炉排烟温度升高0.38~2.10℃,锅炉热效率下降0.05%~0.17%;原有的送、引风系统无需改造就可满足要求;年减排CO_(2)约(1.3~1.4)×10^(5)t。生物质燃料价格、补贴时长和标煤价格对项目经济性的影响较大,考虑我国目前的碳税实际情况,建议此类项目从降低生物质燃料价格、降低投资成本和争取补贴政策等方面提高项目经济性。

燃煤耦合生物质机组容量优化配置模型

文章针对区域性燃煤耦合生物质机组,考虑生物质气化炉的安装成本与耦合机组的运行成本,以耦合前后节约标煤产生的经济收益、上网电价差产生的政策补贴收益以及减少污染物排放量产生的环境收益构成的综合效益最大为目标,建立了燃煤机组耦合生物质发电的生物质锅炉容量多目标规划模型,并采用考虑政策影响的负荷预测模型确定了规划的负荷边界。最后以某农村为实例,验证了所构建模型的有效性,并与投资生物质直燃发电进行了对比分析,结果表明,在该农村建设燃煤耦合生物质发电机组具有更好的综合效益。

燃煤耦合生物质气化发电技术研究

碳减排是火电企业面临的主要难题之一,按照现有技术,通过机组提效降低煤耗的方法难以实现大幅降低碳排放的目标。生物质作为燃料发电碳排放按照"零排放"计算,因此燃煤机组耦合生物质发电是现阶段最为有效降低碳排放的手段之一。以国内首个20MW燃煤耦合生物质气化发电示范项目为例,介绍了各子系统的设计要点,并针对一些关键性问题进行探讨,通过计算发电成本,提出政策补贴的必要性。

燃煤机组直接耦合生物质的模型构建与碳减排分析

燃煤机组直接耦合生物质可以显著降低二氧化碳排放量,是燃煤电厂实现“双碳”目标的主要路径之一。通过Aspen Plus搭建的300 MW煤粉锅炉模型模拟生物质直接耦合煤燃烧发电流程,根据模拟结果以及建立的经济性模型和碳减排模型,分析了燃煤机组掺烧生物质的度电成本和碳排放变化。结果表明,随着生物质掺烧比例增大,燃煤机组的额外每度电成本逐渐升高,但考虑碳税因素后,额外每度电成本将会降低。因此合理设置碳税价格可以有效促进生物质的掺烧,通过调节碳税可以降低掺烧生物质带来的经济成本。燃煤机组耦合生物质可明显减少二氧化碳排放量,关键是降低生物质的含水量。研究结果为生物质直接耦合煤燃烧发电的技术实现和经济性评估提供了参考。

燃煤机组耦合生物质直燃发电技术研究

在"30·60"碳达峰、碳中和目标下,燃煤机组碳减排势在必行。燃煤机组耦合生物质发电是碳减排的重要手段之一。文章依托某350 MW热电联产机组,对生物质散料送粉管道耦合和成型颗粒送粉管道耦合两种方案进行了系统设计和技术经济性分析:按照10%的掺烧比例,送粉管道耦合方案对主辅机影响很小,对污染物排放无不利影响;生物质掺烧将导致上网电价增加,建议通过电量补贴等方式进行鼓励。相较于纯燃生物质机组、烟气脱碳等碳减排方案,燃煤机组耦合生物质直燃发电技术在机组效率、投资运行成本等方面均优势明显,是目前较为合适的燃煤机组碳减排及生物质能利用方式。

生物质气化-燃煤耦合发电气化模型研究

为实现能源转型和减少碳排放,必须大力发展可再生能源。生物质能作为其中重要的一部分,利用方式多样并有很好的发展前景。生物质气化-燃煤耦合发电是生物质能利用的重要技术和发展方向,它对燃煤锅炉影响小,发电效率高并便于监测电量。为分析和研究生物质气化与燃煤耦合发电的系统特性,首先需要了解生物质气化过程并获得生物质气化燃气的组分及相关气化指标。建立基于热化学平衡的生物质气化模型,用Visual Basic编程计算,得到燃气组分、气化指标与气化剂当量比、水分的关系曲线。结果表明:水分越高,燃气热值和气化效率越低,气化产率越高;气化剂当量比越大,气化产率和气化效率越高,燃气热值越低。这些关系曲线可为气化过程控制提供借鉴,也可为设计和优化生物质气化-燃煤耦合系统奠定基础。

生物质气化装置气化特性及气化装置对燃煤机组影响试验

结合实际生产过程,在某10 MW生物质气化装置耦合600 MW燃煤机组上进行试验。本试验采用实际生产常用100%稻壳、50%稻壳+50%秸秆2种燃料模式。研究发现:在额定负荷下,生物质气化装置产生气体组分和热值稳定的生物质燃气;在气化装置75%~110%负荷下,生物质燃气热值随负荷增加而增加;保持燃煤机组600 MW负荷不变,投用生物质气化装置后,燃煤机组NO_(x)产生量减少,污染物SO_(2)、NO_(x)排放在环保标准内,高温再热器出口汽温偏差大,减少标煤量3300 kg/h,厂用电率降低0.02%。生物质气化耦合发电系统具有高效、环保、节能的优点,不仅可以高效利用生物质资源,还适用现代火电企业高质量发展和低碳化需求。

燃煤耦合生物质气化发电关键技术研究

文章提出了生物质气化耦合燃煤机组一体化技术方案。该系统采用正压空气流化床气化技术与燃气-蒸汽冷却方案,系统更为简单可靠,可高效回收热量,提高机组的整体热效率。

燃煤生物质气化耦合发电项目效益及风险分析

目前供电煤耗在315 g/(kW·h)的火力发电机组,碳排放量约880 CO_2g/(kW·h),与"十三五"对大型发电集团提出的550 CO_2g/(kW·h)还有很大差距。燃煤生物质气化耦合发电技术让控制碳排量成为了可能,就其应用前景、效益分析、风险控制等环节展开讨论。

660 MWe机组煤粉炉耦合生物质气燃烧污染物排放分析

为分析煤粉炉掺烧生物质气对耦合锅炉运行性能的影响,基于660 MWe燃煤锅炉和30 t/h生物质气化炉,搭建生物质气化耦合燃煤锅炉系统模型。在额定工况下,选取松木、木屑、污泥3种生物质,研究气化过程;并将最佳气化条件下得到的生物质气引入锅炉进行混合燃烧,研究不同生物质气对锅炉运行及燃烧产物的影响规律。结果表明,生物质气化热效率在最佳空燃比下均可达90%以上。与纯煤燃烧工况相比,耦合工况的炉膛燃烧温度均有所下降,最高下降9.43℃;生物质气掺烧使锅炉效率略下降,而耦合系统的生物质利用效率均可达84%以上;且耦合燃烧减少了CO_(2)排放量,其中松木气掺烧时CO_(2)减排量最大,为2.62×10^(5)t/a。耦合系统中NO_(x)生成量与炉膛燃烧温度和生物质气中CH4含量明显相关,其中木屑气耦合燃烧生成的NO_(x)质量浓度下降最多,为167.16 mg/m^(3);而SO_(x)生成与生物质成分密切相关,其中松木气耦合燃烧生成的SO_(x)质量浓度最低,相比纯煤燃烧下降330.22 mg/m^(3)(标况下)。