金昌流化床生物質(zhì)氣化發(fā)電常用指南 河南電研

目前，生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)處于初步商業(yè)化階段，基本原理是生物質(zhì)在缺氧狀態(tài)下熱解生成氣體燃料，凈化后的氣體燃料燃燒驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)或燃燒后產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。氣化發(fā)電過(guò)程包括3個(gè)方面：一是生物質(zhì)氣化。經(jīng)處理的生物質(zhì)原料由進(jìn)料系統(tǒng)送進(jìn)氣化爐內(nèi)，揮發(fā)分(干基下為70%~80%)熱解釋放出揮發(fā)性氣體如CmHn、H2、CO、CO2、焦油和水蒸氣，產(chǎn)生的碳發(fā)生典型氣化反應(yīng)(水蒸氣 碳)和燃燒反應(yīng)(碳 氧氣)，通過(guò)燃燒反應(yīng)釋放出的熱量促使生物質(zhì)熱解和碳的氣化反應(yīng)進(jìn)行，從而把固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料；二是氣體凈化。氣化生成的燃?xì)舛己幸欢ǖ碾s質(zhì)，包括灰分、焦炭和焦油等，需經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)除去，以保證燃?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(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，或者燃?xì)庠阱仩t內(nèi)燃燒生產(chǎn)高溫高壓蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。圖1為生物質(zhì)氣化發(fā)電工藝流程示意圖。生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)將是我國(guó)生物質(zhì)能利用的主要方式。

生物質(zhì)氣化發(fā)電可使用農(nóng)林廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物及動(dòng)物糞便等生物質(zhì)原料。原料來(lái)源廣泛，發(fā)電設(shè)備多種，發(fā)電規(guī)模不等，促使氣化技術(shù)呈多樣化發(fā)展。從發(fā)電規(guī)模上分，生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)可分為小型、中型、大型三種。小型氣化發(fā)電系統(tǒng)所需的生物質(zhì)數(shù)量較少，簡(jiǎn)單靈活，多采用固定床氣化設(shè)備，主要用于農(nóng)村照明或作為中小企業(yè)的自備發(fā)電機(jī)組，一般發(fā)電功率小于200kW。在300~400℃時(shí)，生物質(zhì)就可以釋放出70%左右的揮發(fā)組分，而煤要到800℃才能釋放出大約30%的揮發(fā)分。固定床氣化設(shè)備又可分為上吸式、下吸式和開(kāi)心層下式3種，其中下吸式爐型有利于減少爐內(nèi)熱解生成的焦油含量，因而被廣泛采用。

　　近年來(lái)MW級(jí)的中型BGPG系統(tǒng)也已研究開(kāi)發(fā)出來(lái)。1998年10月中科院廣州能源所完成1MW級(jí)的生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化-內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)(GIEC)，5臺(tái)200kW發(fā)電機(jī)組并聯(lián)工作，但受氣化效率與內(nèi)燃機(jī)效率的限制，效率低于18%，單位電量的生物質(zhì)消耗量一般大于112kg/(kWh)，在此基礎(chǔ)上2000年在海南三亞建成第二套中型氣化發(fā)電系統(tǒng)，裝機(jī)容量1.2MW。十五期間，廣州能源所現(xiàn)在承擔(dān)的4MW生物質(zhì)氣化氣蒸汽整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范工程取得了較好的結(jié)果，設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行時(shí)，每年可處理約3萬(wàn)多t秸稈、稻殼、木屑等生物質(zhì)廢料，作為直接的效果之一，每年可減少CO2的排放約3萬(wàn)t。但該系統(tǒng)在進(jìn)一步向高品質(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)一步發(fā)展利用的瓶頸。圖5是建立在較成熟的氣化-氣體機(jī)系統(tǒng)上的一種聯(lián)合循環(huán)構(gòu)想，它有三個(gè)特點(diǎn)：（1）技術(shù)難度小，不需要很高的氣體凈化技術(shù)。這些實(shí)踐工作為研究進(jìn)一步大型化氣化發(fā)電系統(tǒng)打下基礎(chǔ)，此外也為實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)行提供了jia運(yùn)行參數(shù)。

從氣化過(guò)程上分

　　由于生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)采用氣化技術(shù)和燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)的不同，其系統(tǒng)構(gòu)成和工藝過(guò)程有很大的差別。從氣化形式上看，生物質(zhì)氣化過(guò)程可以分為固定床氣化和流化床氣化兩大類。

　　(1)固定床氣化，包括上吸式氣化、下吸式氣化和開(kāi)心層式氣化，這3種形式的氣化發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)在都有代表性的產(chǎn)品。

　　(2)流化床氣化，包括鼓泡床氣化、循環(huán)流化床氣化及雙流化床氣化，這3種氣化發(fā)電工藝目前都在研究，其中研究和應(yīng)用多的是循環(huán)流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)。另外，國(guó)際上為了實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的氣化發(fā)電方式，提高氣化發(fā)電效率，正在積極開(kāi)發(fā)高壓流化床氣化發(fā)電工藝。建設(shè)生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電廠，建設(shè)和投資成本為現(xiàn)有直燃發(fā)電的1/2左右，8年左右時(shí)間即可回收成本，并具有良好的社會(huì)和環(huán)境效益。