浅析生物质气化发电技术
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摘要 研究生物质气化发电发展对于解决当前电力供应不足、增加农民收入以及减少环境污染等方面具有十分重要的意义。本文重点分析了生物质气化发电技术的现状和特点，并阐述了我国生物质气化发电技术的难点与前景展望。
关键词 生物质；发电技术；系统；IGCC
中图分类号TM 文献标识码A 文章编号1673―9671-(2011)022―0145-01
我国可利用的生物质能源非常丰富。据可靠统计，每年可以使用的生物质能源总量很高，大概相当于5亿吨的标准煤，但是事实上生物质能源年利用量却还不到0，1亿吨的标准煤。2006年中国生物质发电总装机是2200MW，大部分集中在糖厂的热电联产、稻壳发电和城市垃圾发电。“十一五”期间，我国生物质发电装机会达5500MW，预计2020年生物质发电总装机容量将达到30000MW。
1 生物质气化发电技术的现状和特点
众所周知，生物质燃料有以下特点：高氯、高碱、低灰熔点高挥发分等。采用锅炉直燃生物质发电和生物质一煤混合燃烧发电技术，燃烧的效率低下。而且锅炉容易出现问题，比如产生结渣、腐蚀、结焦等。生物质气化发电技术可以充分利用生物质原料挥发分高达70％以上的特点，在相对低温的情况下能使大量的挥发分物质析出。可以避免生物质燃料燃烧过程中发生的灰团聚、结渣的问题。从20世纪60年代初就展开了这方面的相关研究，现在已经有了一定的基础。近几年开发的中小规模气化发电系统具有以下特点，投资不多、原料适应性强规模灵活。气化炉的结构有以下几种：层式下吸式、开心式、下吸式和常压循环流化床气化炉等。生物质气化发电从规模上可分为小型，中型和大型，下面以秸秆为例说明一下。
1)小型秸秆气化发电系统。小型秸秆气化发电系统采用的是下吸式固定床气化炉，发电功率在2kW～160kw之间。本系统比较简单，产出燃气焦油含量较低，因此对环境几乎不造成污染和危害。采用内燃发电机组，运行方便，比较适合照明或驱动小型电动机。
2)中型秸秆气化发电系统。中型秸秆气化发电系统的功率在500kW-5MW之间，大多采用流化床或循环流化床的形式。该系统的优点是冷却过滤系统比小型发电系统更完善，通过催化裂解的方法能使90％以上的焦油裂解成永久性气体。采用内燃机发电机组，比较适合秸秆多的地区。具体的流程是：将经过简单预处理的生物质原料送人循环流化床反应器，在反应器中与高温的返料和热载体混合，并在空气的推动下，达到很高的流速，形成高速湍流携带床层。在强烈的热作用下，用很短的时间就能完成热解以及部分氧化和还原过程，产生的燃气经除尘冷却后用做气体燃料；没完全反应的碳颗粒和热载体与燃气分离后通过循环回料系统返回流化床反应器，继续完成气化。现在该生物质循环流化床气化燃烧技术已进人中间试验阶段。
3)大型秸秆气化发电系统。整体煤气化联合循环发电系统是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，第一部分的主要设备有气化炉、煤气净化设备、空分装置；第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、蒸汽轮机发电系统、余热锅炉。IGCC@I艺过程介绍如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化后，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。IGCC发电系统的功率为5MW-10MW，效率为35％～40％。该系统由下列部分组成：物料预处理设备、净化设备、气化设备、换热设备(余热锅炉等)、燃气轮机、蒸汽轮机等。另外，气化炉是循环流化床或增压流化床，在净化的时候，采用的是陶瓷滤芯过滤器、焦油裂解炉及焦油水洗塔等。现阶段，我国的生物质IGCC示范系统还在建设过程中，与国外先进的同类技术相当，设备已全部实现国产化，投资不到国外的2／3，运行成本比国外低50％左右。HATC发电系统的功率在0.5MW～3MW之间，系统包括原料系统、空气流化床(或移动床气化炉)、净化设备、燃烧器、热交换器及燃气轮机等。
2 技术难点
普遍的观点是生物质的利用半径为80km～120m，而且生物质原料很多都是体积大较大，造成运输、储存的成本相对比较高，这对大型电厂对生物质能的有效利用造成很大的限制。与此同时，生物质原料的能量和密度都很低，不同的生物质原料在挥发分含量、水分含量、热值和灰分化学组成上存在很大差异，这给电厂在生产使用上造成很大困难。生物质灰熔点低，碱金属元素含量高，燃烧时容易出问题，造成结焦和高温碱金属元素腐蚀。生物质气化时，渣与飞灰的含碳量高，气化效率低。除此之外，燃气中焦油的含量高，这产生两方面的后果，一方面产生大量含焦废水，另一方面影响燃气利用设备的连续正常运行。在现有的工艺水平下，焦油裂解和废水处理再利用是气体净化的两个基本要求，但是水洗方法很不适合，不但降低了系统效率，而且产生大量含焦油废水。生物质气化发电中的燃气和经发电机组产生的尾气未回收，造成整个系统效率降低百分之十八上下。
3 技术未来展望
中国历来是农业大国，其生物质资源异常丰富。每年都可产生大约10亿多吨的生物质废弃物，因此研究发展生物质能有很大的潜力空间。经过近几十年的研究和发展，生物质气化发电技术取得了很大的进步。但是我们也注意到，生物质原料的体积大，密度低，运输的成本很高，所以不适合建造大型的生物质发电厂，而分散的小型电站投资、效率低，人工费也高，经济效益很差。因此将生物质与化石燃料联合气化燃烧成为一个新的研究发展方向。大力发展生物质气化发电技术对于解决当前电力供应不足、增加农民收入以及减少环境污染等方面具有十分重要的意义和作用。
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