淺談生物質(zhì)氣化在發(fā)電技術(shù)應(yīng)用
2021-12-31
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，世界各國(guó)電力需求猛增，電力供應(yīng)日益緊張，在這種環(huán)境下，通過(guò)氣化發(fā)電技術(shù)，把生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能，既能大規(guī)模處理生物質(zhì)廢料，又能提供電力，具有明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。介紹了生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，著重講述了生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的原理、特點(diǎn)和分類(lèi)，以及各類(lèi)生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)，分析了生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的社會(huì)效益及應(yīng)用前景。指出在我國(guó)這樣一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)應(yīng)該大力發(fā)展生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)。
一、前言
生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已受到廣泛重視。奧地利、丹麥、芬蘭、法國(guó)、挪威、瑞典和美國(guó)等國(guó)家的生物質(zhì)能在總能源消耗中所占的比例增加相當(dāng)迅速。例如：奧地利成功地推行了建立燃燒木材剩余物的區(qū)域供電站計(jì)劃，生物質(zhì)能在總能耗中的比例由原來(lái)大約2%~3%激增到1999年的10%，到20世紀(jì)末已增加到20%以上。到目前為止，該國(guó)已擁有裝機(jī)容量為1MW~2MW的區(qū)域供熱站及供電站80~90座。瑞典和丹麥正在實(shí)施利用生物質(zhì)進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)的計(jì)劃，使生物質(zhì)能在轉(zhuǎn)換為高品位電能的同時(shí)滿足供熱的需求，以大大提高其轉(zhuǎn)換效率。
1991年，瑞典地區(qū)供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)所消耗的燃料26%是生物質(zhì)。美國(guó)在利用生物質(zhì)能發(fā)電方面處于世界領(lǐng)先地位，1992年，利用生物質(zhì)發(fā)電的電站已有1000家，發(fā)電裝機(jī)容量為650萬(wàn)kW，年發(fā)電42億度。目前，國(guó)際上有很多先進(jìn)國(guó)家開(kāi)展提高生物質(zhì)氣化發(fā)電效率這方面研究，如美國(guó)Battelle(63MW)和夏威夷(6MW)項(xiàng)目，歐洲英國(guó)(8MW)和芬蘭(6MW)的示范工程等。但由于焦油處理技術(shù)與燃?xì)廨啓C(jī)改造技術(shù)難度很高，仍存在很多問(wèn)題，系統(tǒng)尚未成熟，造價(jià)也很高，限制了其應(yīng)用推廣。以意大利12MW的BPIGCC示范項(xiàng)目為例，發(fā)電效率約為31.7%，但建設(shè)成本高達(dá)2.5萬(wàn)元PkW，發(fā)電成本約1.2元PkW/h，實(shí)用性能很差。
中國(guó)有著良好的生物質(zhì)氣化發(fā)電基礎(chǔ)，在20世紀(jì)60年代就開(kāi)發(fā)了60kW的谷殼氣化發(fā)電系統(tǒng)，目前160kW和200kW的生物質(zhì)氣化發(fā)電設(shè)備在我國(guó)已得到小規(guī)模應(yīng)用，顯示出一定的經(jīng)濟(jì)效益。“九五”期間進(jìn)行了“1MW生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)”的研究，旨在開(kāi)發(fā)適合中國(guó)國(guó)情的中型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)。1MW的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)已于1998年10月建成，2000年7月通過(guò)科學(xué)院鑒定后投入小批量使用。該系統(tǒng)在很多方面比200kW氣化發(fā)電有了改善，但由于受氣化效率與氣輪機(jī)效率的限制，簡(jiǎn)單的氣化-氣輪機(jī)發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)效率很難高于18%，所以單位電量的生物質(zhì)消耗量一般大于1.3千克(干)P度。
“十五”期間，國(guó)家863計(jì)劃在1MW的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研制開(kāi)發(fā)出4~6MW的生物質(zhì)氣化燃?xì)?span lang="EN-US">-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，建成了相應(yīng)的示范工程，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組單機(jī)功率達(dá)500kW，系統(tǒng)效率也提高到28%，為生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化奠定了很好的基礎(chǔ)。
二、生物質(zhì)氣化發(fā)電原理及發(fā)電過(guò)程
生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的基本原理，是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)猓倮每扇細(xì)馔苿?dòng)燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。它既能解決生物質(zhì)難于燃用而且分布分散的缺點(diǎn)，又可以充分發(fā)揮燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)設(shè)備緊湊而且污染少的優(yōu)點(diǎn)，所以，氣化發(fā)電是生物質(zhì)能最有效、最潔凈的利用方法之一。
氣化發(fā)電過(guò)程主要包括三個(gè)方面：一是生物質(zhì)氣化，在氣化爐中把固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料；二是氣體凈化，氣化出來(lái)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，利用燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電，有的工藝為了提高發(fā)電效率，發(fā)電過(guò)程可以增加余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)。
以江蘇省興化市4MW生物質(zhì)氣化燃?xì)?span lang="EN-US">-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范工程為例，該聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置主要由進(jìn)料機(jī)構(gòu)、燃?xì)獍l(fā)生裝置、余熱鍋爐(蒸汽發(fā)生裝置)、焦油裂解裝置、燃?xì)鈨艋b置、空氣預(yù)熱裝置、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組、蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、循環(huán)冷卻水裝置、水處理裝置、電氣控制裝置及廢水、廢渣處理裝置等幾部分組成。
三、生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)特征
生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是生物質(zhì)能利用中有別于其他利用技術(shù)的一種獨(dú)特方式，具有三個(gè)特點(diǎn)：(1)技術(shù)有充分的靈活性：生物質(zhì)氣化發(fā)電可用內(nèi)燃機(jī)，也可用燃?xì)廨啓C(jī)，甚至結(jié)合余熱鍋爐和蒸汽發(fā)電系統(tǒng)，所以生物質(zhì)氣化發(fā)電可以根據(jù)規(guī)模的大小選用合適的發(fā)電設(shè)備，保證在任何規(guī)模下都有合理的發(fā)電效率。這一技術(shù)的靈活性能很好地滿足生物質(zhì)分散利用的特點(diǎn)。(2)具有較好的潔凈性：生物質(zhì)本身屬可再生能源，可以有效地減少CO2、SO2等有害氣體的排放。而氣化過(guò)程一般溫度較低(約在700~900e)，NOx的生成量很少，所以能有效控制NOx的排放。(3)經(jīng)濟(jì)性：生物質(zhì)氣化發(fā)電的靈活性，可以保證在小規(guī)模下有較好的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)，燃?xì)獍l(fā)電過(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)備緊湊，也使生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)，比其他可再生能源發(fā)電技術(shù)投資更小。綜上所述，生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是所有可再生能源技術(shù)中最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電技術(shù)。
