我國生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)應(yīng)用及展望黃達其,陳佳瓊?cè)A東電站鍋爐部件制造有服公司,江蘇張家港215600[摘要]生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是利用生物質(zhì)能的一種有效方法,正日益得到廣泛的研究和應(yīng)用。但是,生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)在應(yīng)用中,存在生物質(zhì)物料運輸、貯存、燃燒結(jié)焦、產(chǎn)生含焦廢水、尾氣難以回收等問題,需進行更進一步的研究。對生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用、存在的問題和未來的發(fā)展方向進行了分析[關(guān)鍵詞]生物質(zhì);氣化;發(fā)電;可再生能源[中圖分類號]TK431[文獻標(biāo)識碼]A[文章編號]1002-3364(2008)10-0006-03我國可利用的生物質(zhì)能源十分豐富,據(jù)統(tǒng)計每年30000可使用的生物質(zhì)能源總量相當(dāng)于5億t標(biāo)準(zhǔn)煤,但實際生物質(zhì)能源年利用量卻不足0.1億t標(biāo)準(zhǔn)煤,開發(fā)鐘15000潛力巨大2006年我國生物質(zhì)發(fā)電總裝機已達2200MW,2004年2006年2010年2020年主要集中在糖廠的熱電聯(lián)產(chǎn)、稻殼發(fā)電和城市垃圾發(fā)圖1我國生物質(zhì)能發(fā)電設(shè)備裝機容量發(fā)展趨勢電,而其它形式的生物質(zhì)能發(fā)電,如混合燃料發(fā)電等還不具備規(guī)模(表1)?！笆晃濉逼陂g,我國生物質(zhì)發(fā)電裝機將達到5500MW,到2020年,生物質(zhì)發(fā)電總裝機生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀和特點容量將達到30000MW。我國生物質(zhì)發(fā)電裝機容量發(fā)生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)鍋爐直燃發(fā)電及生展趨勢如圖1所示。物質(zhì)-煤混合燃燒發(fā)電,是生物質(zhì)能發(fā)電的3種主要技衰12006年我國生物質(zhì)能發(fā)電裝機容量Mw術(shù)。生物質(zhì)燃料具有高氯、高堿高揮發(fā)分、低灰熔點項目裝機容量等特點采用鍋爐直燃生物質(zhì)發(fā)電和生物質(zhì)-煤混合燃技術(shù)經(jīng)濟綜述熱力友甲:二O0八糖廠的熱電聯(lián)產(chǎn)燒發(fā)電技術(shù)燃燒效率低,且鍋爐易產(chǎn)生腐蝕結(jié)渣結(jié)稻殼發(fā)電焦等問題。而生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)充分利用生物質(zhì)原城市垃圾發(fā)電料揮發(fā)分高達70%以上的特點在相對較低的溫度下其它能使大量的揮發(fā)分物質(zhì)析出,可避免生物質(zhì)燃料燃燒總裝機容量2200過程中發(fā)生的灰結(jié)渣、團聚等問題我國在生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)方面具有一定研究基中國煤化工期確曰周:200-12CNMHG礎(chǔ),從上世紀60年代初即開展了這方面的研究,近年式下吸式、開心式、下吸式和常壓循環(huán)流化床氣化爐等來開發(fā)的中小規(guī)模氣化發(fā)電系統(tǒng)具有投資少原料適(表2)。采用單燃料氣體內(nèi)燃機和雙燃料內(nèi)燃機,單應(yīng)性強和規(guī)模靈活等特點,已研制成功的中小型生物機最大功率已達500kW。質(zhì)氣化發(fā)電機組功率可達5MW。氣化爐的結(jié)構(gòu)有層表2我國生物質(zhì)氣化爐概況氣化爐類型氣化爐直徑/mm發(fā)電功率/kW發(fā)電效率/%研發(fā)單位下吸式10~12中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院遼寧省能源研究所廣州能源研究所層式下吸式10~121100江蘇省糧食局循環(huán)流化床15~18廣州能源研究所循環(huán)流化床氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電35005000廣州能源研究所生物質(zhì)氣化發(fā)電從規(guī)模上可分為3個級次,下面儲氣罐內(nèi)供內(nèi)燃發(fā)電機組使用。針對300℃~400以秸稈為例,加以說明℃燃氣除塵的需要,設(shè)計的中高溫除塵系統(tǒng)處理能力(1)小型秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)發(fā)電功率在為3000m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),對灰的去除率達80%左2kW~160kW之間,采用下吸式固定床氣化爐(圖右。焦油催化裂解設(shè)計處理能力為3000m3/h(標(biāo)準(zhǔn)2),這種氣化爐產(chǎn)出燃氣焦油含量較低,凈化系統(tǒng)相對狀態(tài)),對焦油的處理效率達75%以上。整體生物質(zhì)簡單對環(huán)境造成的危害較小。采用內(nèi)燃發(fā)電機組,運氣化及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)效率可達25%~28%。行方便,適合照明或驅(qū)動小型電動機。(2)中型秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)功率在500kW~5MW之間,由于氣化容量較大,多采用流化床空氣燃或循環(huán)流化床形式(圖3)。其冷卻過濾系統(tǒng)比小型發(fā)電系統(tǒng)完善,通過催化裂解的方法使90%以上的焦油裂解成永久性氣體。采用內(nèi)燃機發(fā)電機組,適合秸稈較多的地區(qū)進行發(fā)電自供。山東省能源研究所研究的生物質(zhì)氣化技術(shù)流程是:1)將經(jīng)過簡單預(yù)處理的生物層式下吸式氣化爐冷卻器過濾器發(fā)電機質(zhì)原料送入循環(huán)流化床反應(yīng)器,在反應(yīng)器中與高溫的返料和熱載體混合,并在空氣的推動下,達到很高的流圖2小型秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)速,形成高速湍流攜帶床層;2)在強烈的熱作用和傳熱(3)大型秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)。目前有2種技傳質(zhì)作用下用極短的時間完成熱解以及部分氧化和術(shù),一種是整體氣化聯(lián)合循環(huán)(lGCC),另一種是熱空還原過程,產(chǎn)生的燃氣經(jīng)除塵冷卻后用做氣體燃料;3)氣氣輪機循環(huán)(HATC)。IGCC發(fā)電系統(tǒng)的功率在5未完全反應(yīng)的碳顆粒和熱載體與燃氣分離后通過循環(huán)MW~10MW之間,效率可達35%~40%,系統(tǒng)由物經(jīng)回料系統(tǒng)返回流化床反應(yīng)器繼續(xù)完成氣化。該循環(huán)料預(yù)處理設(shè)備、氣化設(shè)備、凈化設(shè)備、換熱設(shè)備(余熱鍋流化床生物質(zhì)氣化系統(tǒng)可實現(xiàn)78%以上的氣化效率,爐等)燃氣輪機蒸汽輪機等組成。氣化爐為循環(huán)流述所得燃氣熱值在50M/m3以上,氣化器熱功率在2化床或增壓流化床凈化采用陶瓷濾芯過濾器焦油裂術(shù)已進入中間試驗階段。廣州能源研究所在198年自動化程度高系統(tǒng)效率高,適合工業(yè)化生產(chǎn)。目前,MW以上。目前,該生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化/燃燒技解爐及焦油水洗塔。該系統(tǒng)的特點是原料處理量大,熱成功研制了1MW生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,近國的生物質(zhì)GCC示范系統(tǒng)正在建設(shè)之中,與國外年來又開展了對3MW和4MW生物質(zhì)氣化發(fā)電系先進的同類中國煤化工產(chǎn)化,投資不二統(tǒng)的研究,其主要流程是:將生物質(zhì)原料加入循環(huán)流化到國外的2CNMHG右。 HATC O5床氣化爐產(chǎn)生的可燃氣通過旋風(fēng)分離器 Venturi管和電系統(tǒng)的功率在0.5MW~3MW之間,系統(tǒng)包括八2個水洗塔進行了清潔并將清潔后的可燃氣儲存在原料系統(tǒng)、空氣流化床(或移動床氣化爐)凈化設(shè)備燃燒器、熱交換器及燃氣輪機等。其與IGCC的主要可。燃氣輪機在干凈的熱空氣下運行,減少了氣化后區(qū)別是氣化后產(chǎn)生的熱可燃氣可在相鄰的燃燒器中燃可燃氣中焦油和雜質(zhì)對燃氣輪機的損害,因此又稱之燒,故凈化系統(tǒng)相對簡單,只需旋風(fēng)分離器除去雜粒即為間接燃氣輪機發(fā)電。凈化裝置「預(yù)處理圖3中型秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)行。2生物質(zhì)氣化發(fā)電的難點(4)在目前的工藝水平下,焦油裂解和廢水處理再利用是氣體凈化的2個基本要求,但現(xiàn)用的水洗方法目前,生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)還需解決以下5個技不但降低了系統(tǒng)效率,而且產(chǎn)生大量含焦油廢水,因此術(shù)難題。氣體凈化是國內(nèi)生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究重點之一(1)一般認為生物質(zhì)的利用半徑為(80~120)km(5)生物質(zhì)氣化發(fā)電中的燃氣和經(jīng)發(fā)電機組產(chǎn)生且生物質(zhì)原料大多體積大造成運輸儲存的費用相對的尾氣未回收,造成整個系統(tǒng)效率降低(18%左右)。較高,這大大限制了大型電廠對生物質(zhì)能的有效利用。同時,生物質(zhì)原料的密度和能量低不同生物質(zhì)原料在3技術(shù)展望水分含量揮發(fā)分含量、熱值和灰分化學(xué)組成上差異大,給電廠在生產(chǎn)使用上帶來困難。生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)具有良好的發(fā)展前景,經(jīng)過(2)生物質(zhì)灰熔點低,堿金屬元素含量高,燃燒時幾十年的發(fā)展,有了很大進步。但是,生物質(zhì)原料的密易產(chǎn)生結(jié)焦和高溫堿金屬元素腐蝕。度低,體積大,運輸、存儲成本高,不太適合建造大型的(3)生物質(zhì)氣化時,渣與飛灰的含碳量高,氣化效生物質(zhì)發(fā)電廠,而分散的小型電站投資、人工費高效率低。此外,燃氣中焦油含量高,導(dǎo)致一方面產(chǎn)生大量率低經(jīng)濟效益差,所以將生物質(zhì)與化石燃料聯(lián)合氣化含焦廢水,另一方面影響燃氣利用設(shè)備的連續(xù)正常運燃燒成為一個新的研究方向技A APPLICATION AND PROSPECTS OF: POWER GENERATION THCHNOLOGY經(jīng)WITH BIOMASS GASIFICATION IN CHINA述HUANG Da-qi, CheN Jia-qiongEasst China Utility Boiler Parts Manufacture Co Ltd, Zhangjiagang 215600, Jiangsu Province, PRC熱J] Abstract: The power generation technology with biomass gasification is an effective method for utilizing energy of biomass, being more37 g and more widely studied and used. But, in application of this technology, many existing problems, such as transportation, storage, slag-ging in combustion, production of waste water containing coke, and中國煤化工 recover etc., are needed to be二 further studiedCNMHGo Key words: biomass gasification; power generation regenerativable energy八8)