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【专稿】生物质气化原理、适用范围以及合作思路

时间:2020-09-18 来源:天然气与法律 浏览:
文 / 董跃进

 

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生物质能源是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源。我国生物质能资源十分丰富,仅各类农业废弃物的资源每年即有3.08×108t标准煤,薪柴资源量为1.3×108t标准煤。第15次世界能源大会将生物质气化技术确定为优先开发的新能源技术之一。目前,我国已经建立了500个以上的生物质气化应用工程。生物质气化技术对高效清洁处理大量的农作物废弃物、竹木加工业和建筑业下脚料、减轻环境污染、降低企业能源成本等多方面都发挥着积极的作用。

 

一、气化气的历史和原理

 

生物质气化气不是新发明。 第一个木煤气(wood gas) 发生炉是德国化学家比朔夫(Karl Gustav ChristophBischof,1792—1870)于1839年建成的,距今已经有180年历史了。在第二次世界大战期间,由于化石燃料定量配给,木煤气就被用来替代油料给车辆提供动力。仅在德国就约有50万辆。1944年,芬兰有43,000“木汽车”,还有600条船使用木煤气。 我国在新中国成立初期,以及近些年的朝鲜都使用过木煤气作为汽车燃料。由于木煤气能量密度低,操作繁琐,当便宜的油料大量上市时,木煤气暂时退出了燃料市场。

 

气化气的原理是将生物质原料(竹木材下脚料,秸秆,果壳等)简单破碎处理后,送入气化炉中,借助于气化介质(空气、氧气或水蒸气等)的作用,使生物质发生热解、氧化、还原、重整反应,热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化成为小分子碳氢化合物,获得一氧化碳、氢气和甲烷等可以燃烧的气体。生物质气化气技术关键在于焦油和灰分的减量和处理,也是生物质气化设备好坏的主要指标。

 

二、生物质气化气的成本优势

 

生物质气化气的成本优势很明显。在环保达标的前提下,生物系气化气虽然能量密度比较低,但在供热成本上依然具备较大的竞争优势。比如:

 

1.煤炭800元/吨,可以产出饱和蒸汽约6吨,每蒸吨燃料成本约133元(仅为燃料成本比较,不是综合成本。下同)。

 

2.生物质颗粒900元/吨(中间值),可以生产蒸汽4吨左右,每蒸吨燃料成本约225元。

 

3.生物质气化燃料400元/吨(中间值),可以生产蒸汽3.5吨(含水量大小影响效能,取中间值),每蒸吨燃料成本约114元。

 

4.天然气按每立方米3.5元,80方一蒸吨计算,每吨蒸汽的燃料成本为280元。

 

三、生物质气化气适用项目和合作思路

 

生物质气化气是生物质能源清洁化、低成本、高效利用的最有效方式,在煤锅炉、生物质锅炉的清洁化改造方面有广阔前景。根据用户的不同诉求合作思路主要有:

 

1.用户购买气化设备,并对原来的煤锅炉或生物质颗粒锅炉进行改造。这种方式虽然用户前期要投资部分资金,但项目投产后供热成本基本与煤炭差不多,对用户控制供热成本比较有利。

 

2.实行合同能源管理。由运营商投资生物质气化设备和锅炉(或技改用户的煤锅炉,生物质颗粒锅炉),并负责未来的运行管理。采用合同能源管理虽然供热价格比用户自己购买设备高一些,但用户节省了前期购买燃气设备的投资和后期运行管理费用,回避了生物质燃料价格波动的风险,且在环保达标的前提下供热价格依然比燃烧生物质颗粒的供热价格低,更比天然气作为燃料供热成本下降30%左右(用户自己还要买燃气锅炉)。

 

3.对于比较大型的生物质气化气供热项目,也可以采取运行商和用户共同投资,共同管理的方式。

 

4.小型工业园区集中供热。有的小型工业园区达不到可以使用煤炭供热的规模,或者园区对环保要求比较高不准用煤,但用户又无法承担天然气或生物质颗粒的燃料成本。在这种情况下就可以考虑采用生物质气化气集中供热。

 

5.大型燃气锅炉(水管)也可以考虑使用生物质气化气作为替代和第二气源。

 

四、目前暂时不太适合使用生物质气化气的项目

 

1.热值要求较高的用户。生物质气化气是一种能量密度比较低的能源,热值大概只有1200大卡,即大概六方生物质气化气等于一方天然气的热值。

 

2.对气源的纯净度要求比较高的企业。生物质气化气尽管进行了净化,但依然有少量的灰分和焦油,继续提纯将增加成本和水污染从而减少其经济性和环保的优势。

 

3.要求长途输送的用户。由于长途输送将导致气源温度的较大变化,从而改变气源的成分构成,不利于气源的使用和计量。同理火管锅炉也是不能使用生物质气化气的,因为烟气在管道运行中温度会发生变化可能产生焦油的凝结,影响锅炉的正常使用,但水管锅炉可以使用生物质气化气。

 

4.吨位比较小的锅炉。吨位小,单位成本偏高,投资运营商的回报率难以达到理想标准。一般情况下蒸发量小于六吨的锅炉,投资商就不考虑投资管理了,但用户愿意自己投资管理除外。

 

5.生物质气化设备和燃料储存需要占用比较大的场地,如果用户没有配套的空余场地项目也难以推动。

 

6.项目附近生物质燃料比较缺乏的区域。运输距离超过150公里基本就难以接受了。

 

五、其它

 

1.半气化设备。半气化的原理是生物质燃料在上半部燃烧的同时,提升炉体下半部的生物质燃料温度,促使其在乏氧条件下气化。半气化设备虽然价格相对低一些,但由于依然属于生物质燃料散烧,故在项目的环保审批方面存在较大障碍。

 

2.气炭一体设备。气炭一体设备主要思路是在供应气化气的同时生产稻壳炭、木炭或竹炭。目前成熟的气炭一体设备规模都比较小,对小时蒸汽用量在十吨以上的项目,个人以为并不适宜。

 

以上内容是个人的学习体会,冒昧发出来与大家交流。各位业内方家见笑了!

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