第25卷,總第141期節(jié)能技術(shù)》Vol 25 Sum. No 1412007年1月,第1期ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYJan.2007,No.1生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的進(jìn)展盛建菊(上海市貿(mào)易學(xué)校,上海20002)摘要:本文對各種生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)及該技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀做了綜述。目前我國的生物質(zhì)氣化發(fā)電僅僅是初具規(guī)模熱效率很低且存在不少技術(shù)問題。要利用氣化發(fā)電技術(shù)創(chuàng)造良妤經(jīng)濟(jì)效益,同時取得良好的環(huán)保效益,在解決技術(shù)性問題的同時,一定要因地制宜采用適宜的氣化發(fā)電技術(shù)形式。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);氣化;發(fā)電中圖分類號:TK6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1002-639(207)01-007-04rogress on Biomass Gasification and Power GenerationSHENG Jian- jv( Shanghai School of Trade, Shanghai 200092, China)Abstract: This paper reviews the biomass gasification and power generation( BGCG )technologies at home andabroad. Though this renewable energy power generation has been adopted in China, there exist the lower thermefficiency and the other technological problems. Based on the principle of better economic benefits and cleanerenviroments, China goverment should take such strategies, which makes it suitable to national nattduring the development of BGPG technologiesKey words: biomass; gasification; power generation段,基本原理是生物質(zhì)在缺氧狀態(tài)下熱解生成氣體1生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)流程簡介燃料,凈化后的氣體燃料燃燒驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)或燃燒生物質(zhì)能主要是指儲存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量,后產(chǎn)生蒸汽,驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。氣化發(fā)電過程包括可用于燃?xì)馊∨?、照明、發(fā)電以及化工領(lǐng)域。生物3個方面:一是生物質(zhì)氣化。經(jīng)處理的生物質(zhì)原料質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是生物質(zhì)能利用的一種有效方式,由進(jìn)料系統(tǒng)送進(jìn)氣化爐內(nèi),揮發(fā)分(干基下為70%既有利于解決生物質(zhì)直接燃用熱效率不高的缺點(diǎn),-80%)熱解釋放出揮發(fā)性氣體如CHn、H2、CO、又可以發(fā)揮燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備緊湊而且污染少的優(yōu)點(diǎn),CO2、焦油和水蒸氣產(chǎn)生的碳發(fā)生典型氣化反應(yīng)是生物質(zhì)能最有效最潔凈的利用方法之一。氣化發(fā)(水蒸氣+碳)和燃燒反應(yīng)(碳+氧氣)),通過燃燒電對改善我國以煤炭發(fā)電為主的電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)特別是對農(nóng)村地區(qū)因地制宜提供清潔電力具有十分重反應(yīng)釋放出的熱量促使生物質(zhì)熱解和碳的氣化反應(yīng)要的意義。進(jìn)行凵中國煤化工氣體燃料;二是氣體目前生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)處于初步商業(yè)化階凈化CNMHG定的雜質(zhì),包括灰分、焦炭和焦油等,需經(jīng)過凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)除去,以收稿日期2005-09-19修訂搞日期2006-11-05保證燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行;三是燃?xì)獍l(fā)電。凈作者簡介:盛建菊(196-),女教師化后的燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)的燃燒室燃燒驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電,或者燃?xì)庠阱仩t內(nèi)燃燒生產(chǎn)高溫高成分和熱值有變化時能夠保持穩(wěn)定的燃燒狀態(tài),排壓蒸汽,驅(qū)動蒸汽機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。圖1為生物放物污染少而且對氣體要求不很嚴(yán)格,經(jīng)過旋風(fēng)分質(zhì)氣化發(fā)電工藝流程示意圖。離器除去雜質(zhì)和灰分后即可使用,不需冷卻。(2)氣化氣在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃燒帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)性生物質(zhì)原料必須進(jìn)行相應(yīng)的改造,將熱值較低的氣化氣增壓到98×10~294×105Pa之間,否則發(fā)電效率較低。另外,燃?xì)廨啓C(jī)對氣化氣質(zhì)量要求高,并且需有較高除塵、除焦設(shè)備的自動化控制水平,所以單獨(dú)采用燃?xì)廨啓C(jī)的生物圖1生物質(zhì)氣化發(fā)電工藝流程示意圖質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)較少。(3)氣化氣在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃燒帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。簡單的內(nèi)燃機(jī)組可單獨(dú)燃用低熱2生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的分類值氣化氣,也可以氣化氣、油兩用,設(shè)備緊湊,系統(tǒng)簡單,因而應(yīng)用廣泛,而且效率較高。但該種方式對氣生物質(zhì)氣化發(fā)電可使用農(nóng)林廢棄物水生植物、體要求嚴(yán)格,氣化氣必須凈化并冷卻。油料植物、城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物及動物糞便等生表1中國氣化發(fā)電系統(tǒng)主要參數(shù)對比物質(zhì)原料。原料來源廣泛發(fā)電設(shè)備多種,發(fā)電規(guī)模發(fā)電量(W)1000不等,促使氣化技術(shù)呈多樣化發(fā)展。從發(fā)電規(guī)模上氣化器下吸式固定床循環(huán)流化床分,生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)可分為小型、中型、大型三總效率(%)2750種。小型氣化發(fā)電系統(tǒng)所需的生物質(zhì)數(shù)量較少,簡耗電成本(元AW)0.35單靈活,多采用固定床氣化設(shè)備,主要用于農(nóng)村照明國內(nèi)已投入使用機(jī)組數(shù)約30或作為中小企業(yè)的自備發(fā)電機(jī)組,一般發(fā)電功率小有的發(fā)電廠聯(lián)用兩種發(fā)電設(shè)備,在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)于200kW。固定床氣化設(shè)備又可分為上吸式、下吸電的基礎(chǔ)上增加蒸汽鍋爐聯(lián)合循環(huán),充分利用余熱,式和開心層下式3種,其中下吸式爐型有利于減少提高生產(chǎn)強(qiáng)度稱為生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電爐內(nèi)熱解生成的焦油含量,因而被廣泛采用。中型系統(tǒng)(B-IGCC),該系統(tǒng)總效率可達(dá)40%以上,是目生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)主要作為大中型企業(yè)的自備電前發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)研究的大型氣化發(fā)電技術(shù),發(fā)展前站或小型上網(wǎng)電站,是當(dāng)前生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的景廣闊。B-ICC工藝流程示意圖見圖2。主要方式,所需的生物質(zhì)原料量較大,可適應(yīng)一種或燃?xì)廨啓C(jī)多種不同的生物質(zhì)原料,氣化方式以流化床氣化為合格產(chǎn)品氣燃燒器主,功率一般為500~3000kW。流化床氣化技術(shù)又產(chǎn)品氣焦油焦炭余熱包括鼓泡床氣化、循環(huán)流化床氣化及雙流化床氣化修口3種,其中研究和應(yīng)用最多的是循環(huán)流化床氣化技余熱鍋爐蒸汽輪機(jī)圖2B-IGCC工藝流程示意圖術(shù),對生物質(zhì)原料適應(yīng)性強(qiáng),也可混燒煤、重油等傳統(tǒng)燃料生產(chǎn)強(qiáng)度大,氣化效率高。大型生物質(zhì)氣化3生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)電系統(tǒng)主要作為上網(wǎng)電站,它適應(yīng)的生物質(zhì)較為廣泛,所需的生物質(zhì)數(shù)量巨大,必須配套專門的生物31國外發(fā)展現(xiàn)狀質(zhì)供應(yīng)中心和預(yù)處理中心,系統(tǒng)功率一般在生物質(zhì)氣化及發(fā)電技術(shù)在發(fā)達(dá)國家受到廣泛重500kW以上,雖然與常規(guī)能源相比仍顯得非常小,視,生物質(zhì)電能在總能源消耗中所占的比例增加迅但在技術(shù)發(fā)展成熟后,它將是今后替代常規(guī)能源電速。1989年丹麥誕生了世界第一座秸稈生物燃燒力的主要方式之般來說發(fā)電規(guī)模越大單位發(fā)電廠。與同等規(guī)模每年發(fā)電138億kWh的燃發(fā)電量需要的成本就越低,也越有利于提高熱效率煤媒電廠相比秸稈發(fā)電每年可節(jié)約煤炭10多萬,減和降低二次污染。由表1的國內(nèi)200kW級和少S02年排放量400t目前丹麥已建立了13家秸100k級氣化發(fā)電系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的對比數(shù)稈發(fā)中國煤化工或垃圾的發(fā)電廠也兼據(jù),可見發(fā)電規(guī)模對推廣氣化發(fā)電的重要性(2燒和CNMH主要原料的生物質(zhì)采用不同的發(fā)電設(shè)備,氣化發(fā)電技術(shù)又可分為能在丹麥可再生能源中的比重已超過40%。丹麥以下三類:(1)氣化氣直接作為蒸汽鍋爐的燃料燃的秸稈發(fā)電技術(shù)現(xiàn)已走向世界,并被聯(lián)合國列為重?zé)a(chǎn)蒸汽帶動蒸汽輪機(jī)發(fā)電。這種方式在氣體點(diǎn)推廣項(xiàng)目。·驅(qū)方數(shù)據(jù)芬蘭是世界上利用林業(yè)廢料、造紙廢棄物等生合格的產(chǎn)品物質(zhì)發(fā)電最成功的國家之一,福斯特威勒公司是芬蘭最大的能源公司,也是制造具有世界先進(jìn)水平的燃燒生物質(zhì)的循環(huán)流化床鍋爐公司,該公司可提供的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組的功率為3~47MW該公司生產(chǎn)的發(fā)電設(shè)備主要利用木材加工業(yè)、造紙業(yè)的廢棄物為燃料,廢棄物的最高含水量可達(dá)60%,熱效率可圖3 Battelle生物質(zhì)B-IGCC發(fā)電系統(tǒng)達(dá)88%4一些國家開展了大型氣化發(fā)電系統(tǒng)其它技術(shù)路域供電站的計(jì)劃,生物質(zhì)能在總可再生能源利用中線的研究,如比利時(25MW)和奧地利(TNA的比例由原來的3%增到目前的25%,已擁有裝機(jī)6MW)開展的生物質(zhì)氣化與外燃式燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技容量為1~2MW的區(qū)域供熱站90座5術(shù)0),目的是發(fā)展適合于中小型規(guī)模使用的生物質(zhì)在比利時,有100年的歷史的布羅賽爾溫克能氣化發(fā)電技術(shù),基本原理是生物質(zhì)氣化后不需經(jīng)過源技術(shù)公司是生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)專用鍋爐的生產(chǎn)企除塵除焦直接在燃燒器中燃燒燃燒后的煙氣用來業(yè),是世界上最早采用生物質(zhì)為燃料的鍋爐制造公加熱高壓的空氣,最后由高溫高壓空氣推動燃?xì)廨喫局?如今已發(fā)展出適應(yīng)木材廢棄物建筑木質(zhì)廢機(jī)發(fā)電。該技術(shù)路線避開了高溫除塵及除焦兩大難棄物造紙廢棄物及城市垃圾等不同燃料的鍋爐設(shè)題,但需要解決高溫空氣供熱設(shè)備的材料和工藝問備。與芬蘭丹麥等國的技術(shù)不同,該公司的產(chǎn)品采題。由于該項(xiàng)目中設(shè)備的可靠性和造價問題,目前用的是傾斜式液壓移動式爐排,其熱效率可達(dá)還很難進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。85%,比較適用于20MW以下的生物質(zhì)發(fā)電(43.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀美國在利用生物質(zhì)能發(fā)電方面處于世界領(lǐng)先地我國從60年代起就曾開始小型生物質(zhì)氣化發(fā)位,各類生物質(zhì)發(fā)電站有350多座,發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘侩娂夹g(shù)的研究開發(fā),代表作品是60kW稻殼氣化發(fā)達(dá)700MW,提供了大約6.6萬個工作崗位,據(jù)有關(guān)科電系統(tǒng)。但由于系統(tǒng)熱效率低下且氣化氣凈化帶來學(xué)家估計(jì),到2010年生物質(zhì)發(fā)電將達(dá)到1300的含焦廢水二次污染問題,氣化發(fā)電技術(shù)一度被放裝機(jī)容量,可安排過17萬就業(yè)人員6。美國的Bat棄。迫于能源與環(huán)保壓力,1987年氣化發(fā)電重新提ele(63MW)和夏威夷(6MW)項(xiàng)目—B-GC(整上議程,并列入國家科技部“七五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目,20體氣化聯(lián)合循環(huán))氣化發(fā)電示范工程代表生物質(zhì)發(fā)年以來取得了不少可喜的進(jìn)展。如今有不少160kW電技術(shù)的世界先進(jìn)水平,可生產(chǎn)中熱值氣體,系統(tǒng)示和20kW級的氣化發(fā)電機(jī)組正在運(yùn)行,如遼寧省能意圖見圖3。該氣化設(shè)備于199年完成安裝并投入源研究所于20069年6月在意大利 ENEATrisaia建成運(yùn)行。除美國外,也有一些國家開展了B-CC的流化床生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng),原料采用木屑或稻研究項(xiàng)目,如英國(8MW)、瑞典(加壓生物質(zhì)氣化發(fā)殼,發(fā)電量160kW。電4MW)8、芬蘭(6MW)以及歐盟的3個7近年來MW級的中型BCPG系統(tǒng)也已研究開發(fā)2MW生物質(zhì)氣化發(fā)電B-ICC示范項(xiàng)目。從純技出來。1998年10月中科院廣州能源所完成1MW級術(shù)的角度看,要使B-ICC達(dá)到較高效率,須具備的生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化-內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)兩個條件:一是氣化氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前不能降溫,(GEC),5臺200kW發(fā)電機(jī)組并聯(lián)工作但受氣化二是氣化氣必須是高壓的。這就要求系統(tǒng)必須采效率與內(nèi)燃機(jī)效率的限制,效率低于18%,單位電用生物質(zhì)高壓氣化和高溫凈化兩種技術(shù)才能使B-量的生物質(zhì)消耗量一般大于112kg/(kWh),在此基IC的總體效率較高(40%)。如果采用一般的常礎(chǔ)上200年在海南三亞建成第二套中型氣化發(fā)電壓氣化和降溫凈化,由于氣化效率和帶壓縮的燃?xì)庀到y(tǒng)裝機(jī)容量1.2MW?！笆濉逼陂g,廣州能源所現(xiàn)輪機(jī)效率都較低,系統(tǒng)的整體效率一般都低于在承擔(dān)的4MW生物質(zhì)氣化氣一蒸汽整體聯(lián)合循35%。由于燃?xì)廨啓C(jī)改造技術(shù)難度很高而且系統(tǒng)環(huán)發(fā)幾中國煤化工結(jié)果),設(shè)計(jì)條件下不夠成熟,造價也很高,限制了其應(yīng)用推廣。以意大運(yùn)行CNMHG秸稈、稻殼、木屑等利12MW的B-IGCC示范項(xiàng)目為例,發(fā)電效率約為生物質(zhì)廢料,作為最直接的效果之一,每年可減少31.7%,但建設(shè)成本高達(dá)2500元kW,發(fā)電成本約CO2的排放約3萬)。但該系統(tǒng)在進(jìn)一步向高品1.2元/kWh,實(shí)用性很差。質(zhì)、易于傳輸?shù)碾娔苻D(zhuǎn)換方面,受到了該類氣體發(fā)電機(jī)組功率較小的制約,已成為氣化發(fā)電技術(shù)進(jìn)一步系統(tǒng)也意味著高投資和復(fù)雜的機(jī)組系統(tǒng),在地廣人發(fā)展利用的瓶頸。這些實(shí)踐工作為研究進(jìn)一步大型稀或經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)發(fā)展這樣的系統(tǒng)設(shè)施缺乏經(jīng)濟(jì)化氣化發(fā)電系統(tǒng)打下基礎(chǔ),此外也為實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)性。因此我國應(yīng)同時關(guān)注以村鎮(zhèn)為單位的中小型行提供了最佳運(yùn)行參數(shù)。氣化發(fā)電機(jī)組和重點(diǎn)地區(qū)的大型氣化發(fā)電機(jī)組的研在引進(jìn)國外先進(jìn)的大型生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合發(fā)究與開發(fā),根據(jù)規(guī)模的大小選用合適的生物質(zhì)氣化電技術(shù)時,針對目前我國具體情況,采用內(nèi)燃機(jī)代替發(fā)電系統(tǒng)技術(shù),保證在任何規(guī)模下都有合理的發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī),其它部分基本相同的生物質(zhì)氣化發(fā)電系效率,充分利用生物質(zhì)能源,改善我國的能源結(jié)構(gòu)和統(tǒng),不失為解決我國生物質(zhì)氣化發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的生態(tài)環(huán)境。有效手段。一方面,采用氣體內(nèi)燃機(jī)可降低對氣化參考文獻(xiàn)氣雜質(zhì)的要求(焦油與雜質(zhì)含量<100mg/m3即可),〔1吳創(chuàng)之.氣化發(fā)電的工作原理及工藝流程[J.可再可以大大減少技術(shù)難度;另一方面避免了調(diào)控相當(dāng)生能源,03,:4-43復(fù)雜的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng),大大降低系統(tǒng)的成本。從技[2]CZ Wu, H Huang, S.P.Zheng, et al.An economic術(shù)性能上看這種氣化及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在常壓 ysis of biomass gasification and power generation in China〔門氣化時整體發(fā)電效率可達(dá)28%~30%,只比傳統(tǒng)的 urce Technol,00(8:65-70低壓B-IcCC降低3%~5%。但由于系統(tǒng)簡單,技[3]Tony Bridgwater, Biomass for energy[J]. Joumal of the Sci-ence of Food and Agriculture, 2006, 86: 1755-1768術(shù)難度小,單位投資和造價大大降低(約5000元4〕袁振宏.歐洲生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)掠影〔J.可再生能kW)。這種技術(shù)方案比較適合于我國目前的工業(yè)水源,0,4:6平設(shè)備可以全部國產(chǎn)化適合于發(fā)展分散的獨(dú)立(5)Yamw,yoi, Biomass gasification power generation的生物質(zhì)能源利用體系13)technology in Europe[ J]. Joumal of the Japan Institute of Energy2005,12(84):1019-10254結(jié)論〔6蔣劍春.生物質(zhì)能源應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,必須保證電力生林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2002,22(2):75-801產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展,要想達(dá)到這一目標(biāo),必須走電力生〔7)米鐵唐汝江,陳漢平,等.生物質(zhì)氣化技術(shù)比較及產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的發(fā)展道路,積極發(fā)展高效清其氣化發(fā)電技術(shù)研究進(jìn)展(能源工程,004,5:33-37潔的發(fā)電技術(shù)必將對人類社會的可持續(xù)發(fā)展做出重〔8〕宋鴻偉郭民臣.生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的綜述[J.現(xiàn)代電力,2003,10:10-16要的貢獻(xiàn)。總的來說,生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是所有〔9〕GiJ, Caballero m a, MartinA,etl可再生能源技術(shù)中最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電技術(shù)綜合發(fā)電成 tion with Air in A Fluidized Bed; ERect of The In- Bed Use of本可接近小型常規(guī)能源的發(fā)電水平。我國是一個農(nóng) Dolomite under Different Operation Conditions[. ndustrial Eng業(yè)大國,有豐富的價格低廉的農(nóng)業(yè)廢棄物資源,而同 neering and Chemistry Research,99,38:26-35時農(nóng)村地區(qū)的電力供應(yīng)時常會出現(xiàn)短缺,因此日趨[10]Paisley, M. A: Anson, D Biomass gasification for gas tur-完善的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。bne- based power generation, Joumal of Engineering for Gas Tur-目前我國的生物質(zhì)氣化發(fā)電已初具規(guī)模,但利用效 bines and Power[J. Transactions of the asme,94(12):234率仍十分低下,且仍存在不少技術(shù)問題如二次污染和熱效率不夠高等僅達(dá)到了廢物利用的目的,還遠(yuǎn)〔1〕吳正舜,吳創(chuàng)之,鄭舜鵬,等.4MW級生物質(zhì)氣化發(fā)電示范工程的設(shè)計(jì)研究[2003,3:14-17未達(dá)到變廢為寶的程度?！?2〕劉平.生物質(zhì)能秸稈發(fā)電技術(shù)的展望〔J.中州煤生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)形式多樣,要利用氣化發(fā)炭,2005,2:16-17電設(shè)施創(chuàng)造良好社會經(jīng)濟(jì)效益,一定要因地制宜采〔13〕周勇.清潔生物質(zhì)秸稈能源研究進(jìn)展[J〕.應(yīng)用化用適宜的氣化發(fā)電技術(shù)形式。增大發(fā)電規(guī)模有利于工,200,1034):595-606提高熱效率,有利于降低二次污染;但大型氣化發(fā)電中國煤化工CNMHG·方數(shù)據(jù)