生物质能源发电技术简述

生物质能源发电技术简述梁峰王占红吉林省电力勘测设计院吉林长春130022摘要:能源需求的日益增长已经导致矿物质资源短缺;矿物质能源的大量使用也造成了日益严重的环境污染。清洁、环保生物质能源替代矿物能源已经引起世界各个国家的重视,并在各个国家大量应用,本文简要介绍了目前我国生物质发电技术应用情况。关键字:生物质能应用生物质发电中图分类号:P7541文献标识码:A发展生物质能意义目前,世界上使用的能源主要为矿物能源,主要包括煤炭、石油、天燃气矿物能源的不断开发将最终将导致能源的短缺,也造成了全球环境污染严重等问题。人类在经济持续发展过程中正面临着人口、资源和环境的巨大压力,如何使能源、社会、经济、环境协调和可持续发展是当前需要解决的核心问题。生物质能是一个重要的能源,预计到下世纪,世界能源消费的40%来自生物质能,生物质作为新能源早已引起世界各国政府和科学家的关注。国外生物质能研究开发工作主要集中于液化、气化、固化、热分解和直接燃烧等方面。如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国,多年来一直在进行各自的研究与开发,并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系,拥有各自的技术优势。随着社会经济的发展,生活水平的提高,环保意识的加强,对生物质能的高效合理的开发利用,必然愈来愈受重视。科学利用生物质能,加强其应用技术的研究,具有十分重要的意义。我国现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷,理论上生物质资源可达65亿吨/年以上。以平均热值为15,000kJ/kg计算,折合理论资源最为32.5亿吨标准煤,相当于我国目前年总能耗的3倍以上。我国生物质能研究开发工作起步较晩。随着近年经济的飞速发展,政府开始重视生物质能利用研究工作,现今已建立起一支专业研究开发队伍,并取得了一批高水平的Ha中国煤化工我国CNMHG的生物质能产业,我国现阶段生物质能源主要用于秸秆发电。秸秆发电工艺农作物秸秆发电在发达国家己受到广泛重视,在奧地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典、美国、加拿大等国。目前我国秸秆发电主要工艺分三类:秸秆锅炉直接燃烧发电、秸秆~煤混合燃烧发电和生物质气化发电。1、生物质锅炉直接燃烧发电目前国内外广泛应用的生物质直燃技术为振动炉排直接燃烧锅炉,该技术在国外已经有成熟经验,并已大量投产。目前国内一些锅炉厂家也拥有这项技术,向在国内辽宁、吉林、黑龙江、山东等省陆续建成投产。振动炉排秸秆直燃炉的工艺流程:粗处理后的燃料经给料杋送入炉堂,燃料自然落入炉排前部,在此处由于高温烟气和一次风的作用逐步预热、干燥、着火燃烧。燃料边燃烧边向炉排后部运动,直至燃尽,最后灰渣落入炉后的除渣口直燃炉易存在的问题:由于秸秆灰中碱金属和氯的含量相对较高,因此,烟气在高温时(450℃以上)对过热器具有较高的腐蚀性。此外,飞灰的熔点较低,易产生结渣的问题。如果灰分变成固体和半流体,运行中就很难清除,就会阻碍管道中从烟气至蒸汽的热量传输。严重时甚至会完全堵塞烟气通道,将烟气堵在锅炉中。针对这些问题各锅炉厂家在锅炉设计上,在锅炉结构、锅炉材料等方面采取了相应措施来解决这些问题,效果仍需实际运行中不断检测改进2、生物质~煤混合燃烧发电循环流化床是一种新型的环保锅炉,它主要采取了炉内物料循环、低温燃烧、可进行炉内脱硫的新技术。由于它釆取了炉内物料循环,对燃料的适应性强,它可以燃用低位发热值2000~τ000kcal/kg的矸石、原煤、煤泥和洗中煤等;还可以燃用热值比较低的糖渣、木霄、各种生物质秸秆及各种垃圾等。该炉虽然有燃用各种燃料的特性,但是在燃烧的过程中却有不同的效果,或多或少对锅炉都有一定的影响。掺烧糖渣、木屑、各种生物质秸秆及各种垃圾,需要重新计算风量等,并有稳定的燃料来源,相对固定的掺烧比例。循环硫化床锅炉对燃料的适应性非常强,无论燃烧哪种燃料首先要核算经济性,而后计算掺烧量、最后再进行人员培训、注意事项、运行调整等中国煤化工CNMHG根据国家关于可再生能源的相关法律规程规定,生物质发电项目主要为农林生物质直接燃烧和气化发电、生活垃圾焚烧发电和垃圾填埋气发电及沼气发电项目。现阶段,采用流化床焚烧炉处理生活垃圾的发电项目,因釆用原料热值较低,其消耗热量中常规燃料的消耗量按照热值换算可不超过总消耗量的20%。其他新建的生物质发电项目原则上不得掺烧常规燃料,否则不得按照生物质发电项目进行申报和管理。国家鼓励对常规火电项目进行掺烧生物质的技术改造,当生物质掺烧量按照热值换算低于8%时,应按照常规火电项目进行管理3、生物质气化发电生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气,再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。它既能解决生物质难于燃用而又分布分散的缺点,又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点,所以是生物质能最有效最洁净的利用方法之一。气化发电过程包括三个方面,一是生物质气化,把固体生物质转化为气体燃料;二是气体净化,气化出来的燃气都带有一定的杂质,包括灰份、焦炭和焦油等,需经过净化系统把杂质除去,以保证燃气发电设备的正常运行;三是燃气发电,利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电,有的工艺为了提高发电效率,发电过程可以增加氽热锅炉和蒸汽轮机。目前国际上采用的生物质气化发电技术有生物质整体气化联合循环(B/IGCC)和CAPS-II/250MT型热分解系统。传统的B/IGC技术包括生物质气化,气体净化,燃气轮机发电及蒸汽轮机发电。由于生物质燃气热值低,炉子出口气体温度较高(800℃以上),要使IGCC具有较高的效率,必须具备两个条件,一是燃气进入燃气轮机之前不能降温,是燃气必须是髙压的。这就要求系统必须采用生物质高压气化和燃气高温净化两种技术才能使IGC的总体效率达到较高水平(>40%),否则,如果采用一般的常压气化和燃气降温浄化,由于气化效率和带压缩的燃气轮机效率都较低,气体的整体效率一般都低于35%从纯技术的角度看,生物质IGCC技术可以大大地提高生物质气化发电的总效率。目前国际上有很多先进国家开展这方面研究,但由于焦油处理技术与燃气轮机改造技术难度很高,仍存在很多问题,如系统未成熟,造价也很高,限制了其应用推广。以意大利12W的IGC示范项目为例中国煤化工但建CNMHG设成本高达25000元/kW,发电成本约1.2元/kW.h,实用性仍很差CAPS-IⅠ控气型秸秆燃料热分解系统,由热分解系统τ热(燃气)锅炉+蒸汽轮机+尾气处理设备组成CAPS-II热分解系统的热分解气化反应室在缺氧和微负压状态下工作。热分解过程中所释放的热量可通过调整热分解气化反应室供风量对其进行控制,使其少于完仝燃烧所释放的热量。在这种亚化学当量的条件下,农作物秸秆燃料被干燥、加热和髙温分解,释放岀水气和可挥发性组分。秸秆燃料中不可分解的可燃部分在热分解气化反应室末端中燃烧,同时为热分解气化反应室提供热量直至成为灰烬。在热分解气化反应室中所释放出的可燃气体通过一个紊流混合区后进入燃气锅炉燃烧室,点火器位于紊流混合区内,附加的助燃空气使氧化反应过程得以完全、彻底地实现。余热锅炉与CAPS-IⅠ热分解气化反应室连接形成一个整体,对热分解气化反应室产生的可燃气体的完全氧化燃烧,并通过热交换将烟气中的热量转化成过热蒸汽。过热蒸汽推动汽轮发电机组发电。当控制工况允许在热分解气化反应室中岀现过载状态时,污染控制作用被降低并造成两个不良后果。首先,气体流速将增大到一定范围,使长链的化合物无法完全氧化分解并送入燃气锅炉。大量的烟尘流入燃气锅炉将超过其燃烧容积,使未反应的烟尘由烟囱排入大气。其次由于农作物秸秆在热分解气化反应室的停留时间可能会被缩短,使排放的灰渣含碳量增加,无法达到环保要求。所以当用户有过载燃烧的要求时或用户经常需要过载燃烧,将会加重尾气处理系统的负荷,同时也不能保证排放灰渣中的含碳量。三、结束语生物质能源在未来将成为可持续能源重要部分。我国幅员辽阔,但化石能源资源有限,生物质资源丰富,发展生物质能源具有重要的战略意义和现实意义。合理开发生物质能源将涉及农村发展、能源开发、环境保护、资源保护、国家安全和生态平衡等诸多利益。随着我国国民经济的高速发展和城乡人民生活水平的不断提高,既有经济、社会效益,又能保护环境的生物质发电技术的利用前景将会越来越广阔。参考文献:中国煤化工[1《可再生能源中长期发展规划》中华人民共和国HCNMHGOO7年9月[2]蒋剑春《生物质能源应用研究现状与发展前景》,林业化学与工业,2002年第2期.[3]《生物质能发电技术及应用》陆璐,能源技术;2005年10月第26卷增刊中国煤化工CNMHG