生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)

1、生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù) 1.氣化發(fā)電的工作原理及工藝流程1.1氣化發(fā)電工作原理生物質(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)?，再利用可燃?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)難于燃用而又分布分散的缺點(diǎn)，又可以充分發(fā)揮燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)設(shè)備緊湊而污染少的優(yōu)點(diǎn)，所以是生物質(zhì)能最有效最潔凈的利用方法之一。氣化發(fā)電過(guò)程包括三個(gè)方面，一是生物質(zhì)氣化，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)舛紟в幸欢ǖ碾s質(zhì)，包括灰份、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

2、輪機(jī)。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可再生能源的獨(dú)特方式，具有三個(gè)方面特點(diǎn)：一是技術(shù)有充分的靈活性，由于生物質(zhì)氣化發(fā)電可以采用內(nèi)燃機(jī)，也可以采用燃?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)；二是具有較好的潔凈性，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（大約在700-900oC），NOx的生成量很少，所以能有效控制NOx的排放；三是經(jīng)濟(jì)性，生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的靈活性，可以保證該技術(shù)在小規(guī)模下有

3、效好的經(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，所以總的來(lái)說(shuō)，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)，綜合的發(fā)電成本已接近小型常規(guī)能源的發(fā)電水平。典型的生物質(zhì)氣化發(fā)電工藝流程如圖1-1所示。圖1-1氣化發(fā)電系統(tǒng)流程圖生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化發(fā)電裝置主要由進(jìn)料機(jī)構(gòu)，燃?xì)獍l(fā)生裝置，燃?xì)鈨艋b置，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組、控制裝置及廢水處理設(shè)備六部分組成： 進(jìn)料機(jī)構(gòu)：進(jìn)料機(jī)構(gòu)采用螺旋加料器，動(dòng)力設(shè)備是電磁調(diào)速電機(jī)。螺旋加料器既便于連續(xù)均勻進(jìn)料，又能有效地將氣化爐同外部隔絕密封起來(lái)，使氣化所需空氣只由進(jìn)風(fēng)機(jī)控制進(jìn)入氣化爐，電磁調(diào)速電機(jī)則可任意調(diào)節(jié)

4、生物質(zhì)進(jìn)料量。燃?xì)獍l(fā)生裝置： 氣化裝置可采用循環(huán)流化床氣化爐或其他可連續(xù)運(yùn)行的氣化爐，它主要由進(jìn)風(fēng)機(jī)，氣化爐和排渣螺旋構(gòu)成。生物質(zhì)在氣化爐中經(jīng)高溫?zé)峤鈿饣煽扇細(xì)怏w，氣化后剩余的灰份則由排渣螺旋及時(shí)排出爐外。燃?xì)鈨艋b置： 燃?xì)庑杞?jīng)凈化處理后才能用于發(fā)電，燃?xì)鈨艋ǔ龎m、除灰和除焦油等過(guò)程。為了保證凈化效果，該裝置可采用多級(jí)除塵技術(shù)：例如慣性除塵器、旋風(fēng)分離器、文氏管除塵器、電除塵等，經(jīng)過(guò)多級(jí)除塵，燃?xì)庵械墓腆w顆粒和微細(xì)粉塵基本被清洗干凈，除塵效果較為徹底；燃?xì)庵械慕褂筒捎梦胶退吹霓k法進(jìn)行清除，主要設(shè)備是兩個(gè)串聯(lián)起來(lái)的噴淋洗氣塔。燃?xì)獍l(fā)電裝置：可采用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組或燃?xì)廨啓C(jī)。由于目前國(guó)內(nèi)

5、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的最大功率只有500kW,故大于500kW發(fā)電機(jī)系統(tǒng)可由多臺(tái)500kW的發(fā)電機(jī)并聯(lián)而組成。燃?xì)廨啓C(jī)必須根據(jù)燃?xì)獾囊筮M(jìn)行相應(yīng)的改造，目前該項(xiàng)技術(shù)國(guó)內(nèi)還未開展，國(guó)外技術(shù)也不成熟，所以成本較高?？刂蒲b置：由電控柜，熱電偶及溫度顯示表，壓力表及風(fēng)量控制閥所構(gòu)成。在用戶需要實(shí)業(yè)可增加相應(yīng)的電腦監(jiān)控系統(tǒng)。廢水處理設(shè)備：采用過(guò)濾吸附、生物處理或化學(xué)、電凝聚等辦法處理廢水，處理后的廢水可以循環(huán)使用。1.2生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的分類生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)由于采用氣化技術(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)程可以分成為固定床和流化床兩大類，固定床氣化包括上吸式

6、氣化、下吸式氣化和開心層下式氣化三種，現(xiàn)在這三種形式的氣化發(fā)電系統(tǒng)都有代表性的產(chǎn)品。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三種。這三種氣化發(fā)電工藝目前都有研究，其中研究和應(yīng)用最多是循環(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，正在極積開發(fā)高壓流化床氣化發(fā)電工藝。）從燃?xì)獍l(fā)電過(guò)程上看，氣化發(fā)電可分為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)及燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)以簡(jiǎn)單的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組為主，可單獨(dú)燃用低熱值燃?xì)猓部梢匀細(xì)?、油兩用，它的特點(diǎn)是設(shè)備緊湊，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、技術(shù)較成熟、可靠；燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)采用低熱值燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)庑柙鰤?，否則發(fā)

7、電效率較低，由于燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)燃?xì)赓|(zhì)量要求高，并且需有較高的自動(dòng)化控制水平和燃?xì)廨啓C(jī)改造技術(shù)，所以一般單獨(dú)采用燃?xì)廨啓C(jī)的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)較少。燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是在內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的基礎(chǔ)上增加余熱蒸汽的聯(lián)合循環(huán)，該種系統(tǒng)可以有效地提高發(fā)電效率。一般來(lái)說(shuō)，燃?xì)庹羝?lián)系循環(huán)的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)采用的是燃?xì)廨啺l(fā)電設(shè)備，而且最好的氣化方式是高壓氣化，構(gòu)成的系統(tǒng)稱為生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)（B/IGCC）。它的一般系統(tǒng)效率可以達(dá)40%以上，是目前發(fā)達(dá)國(guó)家重點(diǎn)研究的內(nèi)容。傳統(tǒng)的B/IGCC技術(shù)包括生物質(zhì)氣化，氣體凈化，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電及蒸汽輪機(jī)發(fā)電。由于生物質(zhì)燃?xì)鉄嶂档停s1200kcal/m3），爐子

8、出口氣體溫度較高（800以上），要使IGCC具有較高的效率，必須具備兩個(gè)條件，一是燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前不能降溫，二是燃?xì)獗仨毷歉邏旱摹＿@就要求系統(tǒng)必須采用生物質(zhì)高壓氣化和燃?xì)飧邷貎艋瘍煞N技術(shù)才能使IGCC的總體效率達(dá)到較高水平（>40%），否則，如果采用一般的常壓氣化和燃?xì)饨禍貎艋捎跉饣屎蛶嚎s的燃?xì)廨啓C(jī)效率都較低，氣體的整體效率一般都低于35%。從純技術(shù)的角度看，生物質(zhì)IGCC技術(shù)可以大大地提高生物質(zhì)氣化發(fā)電的總效率。目前國(guó)際上有很多先進(jìn)國(guó)家開展這方面研究，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

9、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，如系統(tǒng)未成熟，造價(jià)也很高，限制了其應(yīng)用推廣。以意大利12MW 的IGCC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)25000元/kW，發(fā)電成本約1.2元/kW.h，實(shí)用性仍很差。 近年來(lái)，歐洲為了解決開展了新的氣化發(fā)電工藝研究(JOULE II項(xiàng)目)，如比利時(shí)（2.5MW）和奧地利（TINA,6MW）開展的生物質(zhì)氣化與外燃式燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)。它的主要目的是發(fā)展適合于中小型規(guī)模使用的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)，解決B/IGGCC過(guò)程中碰的難題，提高生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的實(shí)用性，它的基本原理是生物質(zhì)氣化后，燃?xì)獠恍杞?jīng)過(guò)交貨除焦，直接在燃燒器中燃燒，燃

10、燒后的煙氣用來(lái)加熱高壓的空氣，最后由高溫高壓空氣推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，該技術(shù)路線的最大優(yōu)點(diǎn)是避開了高溫除塵及除焦兩大難題，但最大的難題是高溫空氣供熱設(shè)備的材料和工藝問(wèn)題。由于該項(xiàng)目的設(shè)備可靠性和造價(jià)問(wèn)題，目前還很難進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用（圖1-2）圖1-2 Free Un流程從發(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)簡(jiǎn)單靈活，主要功能為農(nóng)村照明或作為中小企業(yè)的自備發(fā)電機(jī)組，它所需的生物質(zhì)數(shù)量較多少，種類單一，所以可以根據(jù)不同生物質(zhì)形狀選用合適的氣化設(shè)備，一般發(fā)電功率，<200KW。中型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)主要作為大中型企業(yè)的自備電站或小型上網(wǎng)電站，它可以適用于一種或多

11、種不同的生物質(zhì)，所需的生物質(zhì)數(shù)量較多。需要粉碎、烘干等預(yù)處理，所采用的氣化方式主要以流化床氣化為主，中型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)用途廣泛，適用性強(qiáng)，是當(dāng)前生物質(zhì)氣化技術(shù)的主要方式，功率規(guī)模一般在5003000KW之間。大型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)主要功能是作為上網(wǎng)電站，它可以適用的生物質(zhì)較為廣泛，所需的生物質(zhì)數(shù)量巨大，必須配套專門的生物質(zhì)供應(yīng)中心和預(yù)處理中心，是今后生物質(zhì)利用的主要方面。大型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)功率一般在5000KW以上，雖然與常規(guī)能源比仍顯得非常小，但在生物質(zhì)能發(fā)展成熟后，它將是今后替代常規(guī)能源電力的主要方式之一。表1-1各種生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)規(guī)模氣化過(guò)程發(fā)電過(guò)程主要用途小型系統(tǒng)功率

12、200KW固定床氣化流化床氣化內(nèi)燃機(jī)組微型燃?xì)廨啓C(jī)農(nóng)村用電中小企業(yè)用電中型系統(tǒng)500KW功率3000KW常壓流化床氣化內(nèi)燃機(jī)大中企業(yè)自備電站、小型上網(wǎng)電站大型系統(tǒng)5000KW常壓流化床氣化、高壓流化床氣化、雙流化床氣化內(nèi)燃機(jī)+蒸汽輪機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)+蒸汽輪機(jī)上網(wǎng)電站、獨(dú)立能源系統(tǒng) 在中國(guó)目前條件下研究開發(fā)與國(guó)外相同技術(shù)路線的B/IGCC的大型氣化發(fā)電系統(tǒng)，由于資金和技術(shù)問(wèn)題，將更加較困難。由于我國(guó)工業(yè)水平的限制，目前，我國(guó)小型燃?xì)廨啓C(jī)（5000kW）的效率僅有25%左右（僅能用于天燃?xì)饣蚴?，如果利用低熱值氣體，效率更低），而且燃汽輪機(jī)對(duì)燃?xì)鈪?shù)要求很高（進(jìn)口燃?xì)釮2S200mg/N m3

13、，萘100mg/N m3，HCN150mg/N m3，焦油與雜質(zhì)100mg/N m3）。而國(guó)外的燃汽輪機(jī)的造價(jià)很高，單位造價(jià)約達(dá)7000元/KW左右(系統(tǒng)造價(jià)將達(dá)15000元/ kW以上)。另外，由于我國(guó)仍未開展生物質(zhì)高壓氣化的研究，所以在我國(guó)如果研究傳統(tǒng)的B/IGCC系統(tǒng)，以目前的水平其效率將低于30%，而且有很多一時(shí)難以解決的技術(shù)問(wèn)題。針對(duì)目前我國(guó)具體實(shí)際，采用氣體內(nèi)燃機(jī)代替燃?xì)廨啓C(jī)，其它部分基本相同的生物質(zhì)氣化發(fā)電過(guò)程，不失為解決我國(guó)生物質(zhì)氣化發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的有效手段。一方面，采用氣體內(nèi)燃機(jī)可降低對(duì)燃?xì)怆s質(zhì)的要求（焦油與雜質(zhì)含量100mg/N m3即可），可以大大減少技術(shù)難度。另一方面，

14、避免了調(diào)控相當(dāng)復(fù)雜的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，大大降低系統(tǒng)的成本。從技術(shù)性能上看，這種氣化及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在常壓氣化下整體發(fā)電效率可達(dá)28%30%左右，只比傳統(tǒng)的低壓IGCC降低3%5%。但由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單，技術(shù)難度小，單位投資和造價(jià)大大降低（約5000元/kW）；更重要的是，這種技術(shù)方案更適合于我國(guó)目前的工業(yè)水平，設(shè)備可以全部國(guó)產(chǎn)化，適合于發(fā)展分散的、獨(dú)立的生物質(zhì)能源利用體系，可以形成我國(guó)自己的產(chǎn)業(yè)，在發(fā)展中國(guó)家大范圍處理生物質(zhì)中有更廣闊的應(yīng)用前景。2生物質(zhì)氣化發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)2.1生物質(zhì)氣化工藝的設(shè)計(jì)與選用生物質(zhì)的氣化有各種各樣的氣化工藝過(guò)程。從理論上講，任何一種氣化工藝都可以構(gòu)成生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)。但從氣化

15、發(fā)電的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，生物質(zhì)氣化發(fā)電要求達(dá)到發(fā)電頻率穩(wěn)定、發(fā)電負(fù)荷連續(xù)可調(diào)兩個(gè)基本要求，所以對(duì)氣化設(shè)備而言，它必須達(dá)到燃?xì)赓|(zhì)量穩(wěn)定，燃?xì)猱a(chǎn)量可調(diào)，而且必須參連續(xù)運(yùn)行。在這些前提下，氣化能量轉(zhuǎn)換效率的高低是氣化發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行成本的才是關(guān)鍵所在。氣化形式選定以后，從系統(tǒng)匹配的角度考慮，氣化設(shè)備應(yīng)滿足以下要求：（1）產(chǎn)氣盡可能干凈，以減少后處理系統(tǒng)的復(fù)雜性，使焦油含量達(dá)到內(nèi)燃機(jī)允許的程度。如果后續(xù)凈化系統(tǒng)選用催化裂解工藝，還要盡可能使原始?xì)庵械慕褂途哂幸子诖呋呀獾奶攸c(diǎn)；（2）產(chǎn)氣熱值要高而且穩(wěn)定，以提高內(nèi)燃機(jī)的輸出功率，增大整個(gè)系統(tǒng)的效率；（3）設(shè)計(jì)氣化爐本體及加料排渣系統(tǒng)，應(yīng)充分考慮原料特性，實(shí)

16、現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行；（4）充分利用余熱，提高能量利用率。表1-2是各種氣化爐的特性，是氣化發(fā)電系統(tǒng)選擇氣化爐形式和控制運(yùn)行參數(shù)的制約條件。 表1-2幾種氣化形式對(duì)氣化發(fā)電系統(tǒng)性能的影響  上吸式 下吸式 鼓泡流化床 循環(huán)流化床原料適應(yīng)性 適應(yīng)不同形狀尺寸原料、含水量在15-45%間可穩(wěn)定運(yùn)行。大塊原料不經(jīng)預(yù)處理可直接使用。  原料尺寸控制較嚴(yán)，需預(yù)處理過(guò)程。能適應(yīng)不同種類的原料，但要求為細(xì)顆粒，原料需預(yù)處理過(guò)程。燃?xì)馓攸c(diǎn)后處理過(guò)程的簡(jiǎn)單性H2和CnHm含量少，CO2含量高，焦油含量高，需要復(fù)雜凈化處理。H2含量增加。焦油經(jīng)高溫區(qū)裂解，含量減少。 與直徑

17、相同的固定床比，產(chǎn)氣量大4倍，焦油較少，燃?xì)獬煞址€(wěn)定，后處理過(guò)程簡(jiǎn)單。焦油含量少, 產(chǎn)氣量大,氣體熱值比固定床氣化爐高40%左右。后處理簡(jiǎn)單。設(shè)備實(shí)用性、單爐生產(chǎn)能力、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、制造維修費(fèi)用生產(chǎn)強(qiáng)度小。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制造容易生產(chǎn)強(qiáng)度小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)加料。生產(chǎn)強(qiáng)度是固定床的4倍，但受氣流速度的限制。故障處理容易，維修費(fèi)用低生產(chǎn)強(qiáng)度是固定床的8-10倍，流化床的2倍，單位容積的生產(chǎn)能力最大。故障處理容易，維修費(fèi)用低。 與發(fā)電系統(tǒng)的匹配性工作安全、穩(wěn)定。安全、穩(wěn)定。操作安全穩(wěn)定。負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度受氣速的限制。負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng)，啟動(dòng)、停車容易，調(diào)節(jié)范圍大，運(yùn)行平穩(wěn)。 從實(shí)際應(yīng)

18、用上考慮，固定床氣化爐比較合適于小型、間隙性運(yùn)行的氣化發(fā)電系統(tǒng)，它的最大優(yōu)點(diǎn)是原料不用預(yù)處理，而具設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，燃?xì)庵泻伊枯^低，凈化可以采用簡(jiǎn)單的過(guò)濾方式，但它最大的缺點(diǎn)是固定床不便于放大，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，發(fā)電成本一般較高。另外，固定床由于加料和排灰問(wèn)題，不便于設(shè)計(jì)為連續(xù)運(yùn)行的方式，對(duì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行不利，而且燃?xì)赓|(zhì)量容易波動(dòng)，發(fā)電質(zhì)量不穩(wěn)定，這些方面都限制了固定床氣化技術(shù)在氣化發(fā)電系統(tǒng)中的大量應(yīng)用，是小型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的最大技術(shù)難題。各種流化床氣化技術(shù)，包括鼓輪床、循環(huán)流化床、雙流化床等。是比較合造于氣化發(fā)電工藝的氣化技術(shù)，首先它運(yùn)行穩(wěn)定，包括燃?xì)赓|(zhì)量，加料與排渣等

19、非常穩(wěn)定，而且流化床的運(yùn)行連續(xù)可調(diào)，最重要的一點(diǎn)是它便于放大，適于生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用。當(dāng)然，流化床也有兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)，一是原料需進(jìn)行預(yù)處理，使原料滿足流化床與加料的要求；二是流化床氣化產(chǎn)生燃?xì)庵酗w灰含量較高，不便于后續(xù)的燃?xì)鈨艋幚?，這兩方面都是目前生物質(zhì)流化床工業(yè)應(yīng)用正在研究解決主要內(nèi)容。     圖1-3 流化床氣化器 生物質(zhì)流化床氣化工藝有三種典型的形式，即鼓泡床氣化，循環(huán)流化床氣化及雙床氣化，（圖1-3圖1-4），三種流化床氣化爐中以循環(huán)流氣化速度最快。它適用于較小的生物質(zhì)顆料，在大部人情況下它可以不必加流化床熱載體，所以它運(yùn)

20、行最簡(jiǎn)單，但它的炭回流難以控制，在炭回流較少的情況下容易變成低速率的載流床。鼓泡床流化速度較慢，比較合適于顆粒較大的生物質(zhì)原料，而且一般必須增加熱截體。雙床系統(tǒng)是鼓泡床和循環(huán)流化床的結(jié)合，它把燃燒和氣化過(guò)程分開，燃燒床采用鼓泡床，氣化床采用循環(huán)流化床，兩床之間靠熱載體進(jìn)行傳熱，所以控制好熱截體的循環(huán)速度和加熱溫度是雙床系統(tǒng)最關(guān)鍵也是最難的技術(shù)?？偟膩?lái)說(shuō)流化床氣化由于存在著飛灰和夾帶炭顆嚴(yán)重，運(yùn)行費(fèi)用較大等問(wèn)題，它不適合于小型氣化發(fā)電系統(tǒng)，只適合于大中型氣化發(fā)電系統(tǒng)，所以研究小型的流化床氣化技術(shù)在生物質(zhì)能利用中很難有實(shí)際意義。    圖1-4 雙流化床氣化

21、器流化床氣化爐的放大設(shè)計(jì)是大中型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用必解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，由于一般氣化過(guò)程采用空氣作氣化分質(zhì)，所以流化床氣化爐的下部一般是燃燒的熱空氣中上部為燃?xì)饣旌蠚狻啥嫉臍怏w體積變化較大，為了保證流休床運(yùn)行在合理的流化速度范圍，一般設(shè)計(jì)時(shí)采用下部小，上部大的變戴面結(jié)構(gòu)。（如圖1-5）             圖1-5流化床氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖    常壓流化床的放大有一定的限制，當(dāng)氣化發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電規(guī)模大于100MW以后，由于流化床氣化設(shè)備的

22、體積過(guò)于龐大，加工氣化調(diào)諧和增壓燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率較低，常壓流化床已不能滿足氣化發(fā)電技術(shù)的要求，所以高壓氣化技術(shù)是氣化發(fā)電技術(shù)大型化和規(guī)?；l(fā)展的必然趨勢(shì)。表7-3是瑞典TPS公司對(duì)常壓及增加流化床（10-15atm）的理論計(jì)算結(jié)果比較，比較發(fā)現(xiàn)，當(dāng)循環(huán)流化床的出力達(dá)150MW以后，常壓流化床的直徑已達(dá)5500mm，而增壓流化床氣化爐直徑才2300mm，所以此時(shí)采用高壓流化床氣化技術(shù)又非常必要，需要說(shuō)明的是，由于生物質(zhì)顆粒度的差別，對(duì)大部妥粉碎后的生物質(zhì)，實(shí)際設(shè)計(jì)選用的參數(shù)要比表1-3的結(jié)果保守得到。例如對(duì)粉碎后的秸桿或一般木屑，20MW的循環(huán)流化床直徑已達(dá)3000mm,而不是理論計(jì)算的2001

23、mm，從這個(gè)角度出發(fā)，高壓氣化技術(shù)對(duì)大型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)顯得更為重要。表1-3常壓、高壓流化床理論直徑比數(shù)燃?xì)獬隽?0MW50MW150MW常壓流化床 2100mm300mm5500mm高壓流化床（atm）1200mm160mm2300mm3生物質(zhì)焦油裂解技術(shù)3.1生物質(zhì)焦油的特性 生物質(zhì)氣化的目標(biāo)是得到盡可能多的可燃?xì)怏w產(chǎn)物，但在氣化過(guò)程中，焦炭和焦油都是不可避免的副產(chǎn)物。其中由于焦油在高溫時(shí)呈氣態(tài)，與可燃?xì)怏w完全混合，而在低溫時(shí)（一般低于200）凝結(jié)為液態(tài)，所以其分離和處理更為困難，特別對(duì)于燃?xì)庑枰禍乩玫那闆r（如燃?xì)庥糜诩彝セ騼?nèi)燃機(jī)發(fā)電時(shí)），問(wèn)題更加突出。 焦油的存在對(duì)氣化有多方面的

24、不利影響，首先它降低了氣化效率，氣化中焦油產(chǎn)物的能量一般占總能量的515%，這部分能量是在低溫時(shí)難以與可燃?xì)怏w一道被利用，大部分被浪費(fèi)，其次焦油在低溫時(shí)凝結(jié)為液態(tài)，容易和水、焦炭等結(jié)合在一起，堵塞送氣管道，使氣化設(shè)備運(yùn)行發(fā)生困難。另外，凝結(jié)為細(xì)小液滴的焦油比氣體難以燃燼，在燃燒時(shí)容易產(chǎn)生炭黑等顆粒。對(duì)燃?xì)饫迷O(shè)備，如內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等損害相當(dāng)嚴(yán)重，這就大大降低了氣化燃?xì)獾睦脙r(jià)值。所以針對(duì)氣化過(guò)程產(chǎn)生的焦油，采取辦法把它轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?，既提高氣化效率，又降低燃?xì)庵薪褂偷暮浚岣呖扇細(xì)怏w的利用價(jià)值，對(duì)發(fā)展和推廣生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)具有決定性的意義。3.2 焦油的特點(diǎn)在生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)換中，焦油的數(shù)量主要

25、決定于轉(zhuǎn)換溫度和氣相停留時(shí)間，與加熱速率也密切相關(guān)。對(duì)一般生物質(zhì)而言，在500左右時(shí)焦油產(chǎn)物最多，高于或低于這一溫度焦油都相應(yīng)減少（見圖1-6）。而在同一溫度下，氣相停留時(shí)間越長(zhǎng)，意味著焦油裂解越充分。所以隨著氣相停留時(shí)間的增加，焦油產(chǎn)量會(huì)相應(yīng)地減少（見圖1-7）。    圖1-6 生物質(zhì)熱解時(shí)在不同溫度下的焦油產(chǎn)量 焦油的成份非常復(fù)雜，可以分析到的成份有100多種，另外還有很多成份難以確定，而主要成份不少于20種，大部分是苯的衍生物及多環(huán)芳烴，其中含量大于5%的大約有7種，它們是：benzene（苯），naphthalene（萘），toluene（甲苯），xyl

26、ene（二甲苯），styrene（苯乙烯），phernol（酚）和indene（茚），其它成份含量一般都小于5%，而且在高溫下很多成份會(huì)被分解。所以隨著溫度的升高，焦油含量中成份的數(shù)量越來(lái)越少（見圖1-8），因而在不同條件下（溫度、停留時(shí)間、加熱速率）焦油的數(shù)量和各種成份的含量都是變化的，任何分析結(jié)果只能針對(duì)于特定的條件而言。                圖1-7 停留時(shí)間對(duì)氣化產(chǎn)物的影響   圖1-8焦油種類與溫

27、度的關(guān)系 根據(jù)這些特點(diǎn)，我們應(yīng)在氣化過(guò)程中盡可能提高溫度和氣相停留時(shí)間，減少焦油的產(chǎn)量和種類，以達(dá)到在氣化時(shí)控制焦油的產(chǎn)生，減少氣體凈化的難度。3.3 生物質(zhì)焦油催化裂解3.3.1焦油催化裂解的原理  盡管在生物質(zhì)氣化過(guò)程中采取各種措施控制焦油的產(chǎn)生，但實(shí)際上氣體中焦油的含量仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出應(yīng)用允許的程度，所以對(duì)氣體中的焦油進(jìn)行處理，是有效利用燃?xì)獗夭豢缮俚倪^(guò)程，其中焦油的催化裂解是最有效、最先進(jìn)的辦法。以往簡(jiǎn)單的水洗或過(guò)濾等辦法，只是把焦油從氣體中分離出來(lái)，然后作為廢物排放，既浪費(fèi)了焦油本身的能量，又會(huì)產(chǎn)生大量的污染。而焦油熱裂解卻可把焦油分解為永久性氣體，與可燃?xì)庖黄鸨焕?。所以它既減

28、少了焦油含量，又利用了焦油中的能量。但熱裂解需要很高的溫度（10001200），所以實(shí)現(xiàn)較困難。催化裂解利用催化劑的作用，把焦油裂解的溫度大大降低（約750900），并提高裂解的效率，使焦油在很短時(shí)間內(nèi)裂解率達(dá)99%以上?；瘜W(xué)式描述裂解的轉(zhuǎn)化過(guò)程。但不管何種成份，裂解的最終產(chǎn)物與氣化氣體的成份相似，所以焦油裂解對(duì)氣化氣體質(zhì)量沒有明顯影響，只是數(shù)量有所增加。對(duì)大部分焦油成份來(lái)說(shuō)，水蒸汽在裂解過(guò)程中有關(guān)鍵的作用，因?yàn)樗芎湍承┙褂统煞莅l(fā)生反應(yīng)，生成CO和H2等氣體，既減少炭黑的產(chǎn)生，又提高可燃?xì)獾漠a(chǎn)量。例如，萘在催化裂解時(shí)，發(fā)生下述反應(yīng)3：C10H8+10H2O10CO+14H2C10H8+20H

29、2O10CO2+24H2C10H8+10H2O2CO+4CO2+6H2+4CH4由此可知，水蒸汽非常有利于焦油裂解和可燃?xì)怏w的產(chǎn)生。3.3.2 催化劑的特點(diǎn)及選擇 生物質(zhì)焦油催化裂解原理與石油的催化裂解相似，所以關(guān)于催化劑的選用可從石油工業(yè)中得到啟發(fā)。但由于焦油催化裂解的附加值小，其成本要求很低才有實(shí)際意義。所以人們除利用石油工業(yè)的催化劑外，還大量研究了低成本的材料，如石灰石，石英砂和白云石等天然產(chǎn)物。 大量的實(shí)驗(yàn)表明，很多材料對(duì)焦油裂解都有催化作用，其中效果較好又有應(yīng)用前景的典型材料主要有三種，即木炭、白云石、鎳基催化劑，它們的主要性能列于表1-4中。表1-4 典型催化劑的主要特點(diǎn)名稱反應(yīng)溫

30、度接觸時(shí)間轉(zhuǎn)化效率特點(diǎn)鎳基催化劑7501.0s97 %(1) 反應(yīng)溫度低，轉(zhuǎn)換效果好4(2) 材料較貴，成本較高木炭8009000.5s0.5s91 %99.5%  (1) 木炭為氣化自身產(chǎn)物，成 本低(2) 隨著反應(yīng)進(jìn)行，木炭本身減少白云石*8009000.5s0.5s95 %99.8 % 轉(zhuǎn)換效率高，材料分布廣泛， 成本低*白云石的主要成份為CaCO3和MgCO3，不同地方出產(chǎn)的白云石成份略有不同。  從上面三種典型催化結(jié)果比較可知，鎳基催化劑的效果最好，在750時(shí)即有很高的裂解率，而其他材料在750裂解的效果還不理想，但由于鎳基催化劑較昂貴，成本較高，一般生物質(zhì)氣化技

31、術(shù)難以應(yīng)用，所以只能在氣體需要精制或合成汽油的工藝中使用。木炭的催化作用實(shí)際上在下吸式氣化爐中即有明顯的效果，但由于木炭在裂解焦油的同時(shí)參與反應(yīng)，所以消耗很大（在1000時(shí)達(dá)0.1kg/Nm3）,對(duì)大型生物質(zhì)氣化來(lái)說(shuō)木炭作催化劑不現(xiàn)實(shí)，但木炭的催化作用對(duì)氣化爐的設(shè)計(jì)及小型氣化爐有一定的指導(dǎo)意義。 白云石（dolomite）是目前為止研究得最多和最成功的催化劑，雖然各地白云石的成份略有變化，但都有催化效果，一般當(dāng)白云石中CaCO3 / MgCO3在11.5時(shí)效果較好。白云石作為焦油裂解催化劑的主要優(yōu)點(diǎn)是催化效率高，成本低，所以具有很好的實(shí)用價(jià)值。 3.3.3焦油催化裂解的工藝條件

32、60; 焦油催化裂解除要求合適的催化劑外，還必須有嚴(yán)格的工藝條件。和其他催化過(guò)程一樣，影響催化效果最重要因素有溫度和接觸時(shí)間，所以其工藝條件也是根據(jù)這方面的要求來(lái)確定的。下面以白云石為例，分析這些工藝條件的特點(diǎn) 1）溫度：任何催化過(guò)程必須在合適的溫度下才能進(jìn)行，白云石對(duì)焦油的裂解在800以上即有很高的裂解率，而在900左右即可得到理想的效果（見圖7-9），這一溫度和生物質(zhì)氣化的溫度相近6，所以比較容易實(shí)現(xiàn)，這也是白云石被廣泛使用的主要原因之一。 2）接觸時(shí)間：焦油和催化劑的接觸時(shí)間是決定催化效果的另一重要因素。由于接觸時(shí)間又是由氣相停留時(shí)間和催化劑的比表面積決定的，所以氣相停留時(shí)間和白云石和顆

33、粒大小成為催化裂解的重要工藝條件。在同一條件下，氣相停留時(shí)間越長(zhǎng)，裂解效果越好(見圖1-9和見圖1-10)。                   圖1-9白云石中裂解床溫度和床高與焦油含量的關(guān)系            圖1-10白云石裂解床焦油轉(zhuǎn)化率與停留時(shí)間的關(guān)系   對(duì)于不同的接觸方式，氣相停留時(shí)間的要求不同，例如，在800

34、時(shí)，對(duì)dp5mm的固定床，氣相停留時(shí)間一般要求在0.5s左右，而對(duì)于dp1.5mm的流化床，氣相停留時(shí)間僅需0.10.25s即可7。同樣的白云石的直徑越小，催化效果越好（見圖1-11），但顆粒直徑太小，對(duì)固定床來(lái)說(shuō)，阻力太大，而對(duì)流化床來(lái)說(shuō)飛灰損失太嚴(yán)重，所以白云石的直徑有一合適范圍，一般dp為2.07.0mm為好。  圖1-11白云石直徑對(duì)焦油裂解旅的影響3.3.4實(shí)現(xiàn)催化裂解工藝要求的關(guān)鍵 對(duì)理想的白云石催化劑，裂解焦油的首要條件是足夠高的溫度（800以上），這一溫度與流化床氣化爐的運(yùn)行溫度相似。有關(guān)的實(shí)驗(yàn)表明，把白云石直接加入流化床氣化爐中對(duì)焦油有一定的控制效果，但并不能完全解

35、決問(wèn)題。這主要是由于氣化爐中焦油與催化劑的接觸并不充分（因?yàn)榻褂偷漠a(chǎn)生主要在加料口位置，但即使循環(huán)流化床，加料口以上的催化劑數(shù)量也不可能很多）。所以為了達(dá)到預(yù)期效果，氣化和焦油裂解一般要求在兩個(gè)分開的反應(yīng)爐中進(jìn)行，這就使實(shí)際應(yīng)用出現(xiàn)下列難題：(1) 氣化爐出口氣體的溫度已降至600左右，為了使裂解爐的溫度維持在800以上，必須外加熱源或使燃?xì)獠糠秩紵ㄒ话闳紵蓊~為510%），這就使氣化氣體質(zhì)量變差，而且顯熱損失增加。(2)   不管裂解爐采用固定床還是流化爐，氣化氣體中灰分或炭粒都有可能引起裂解爐進(jìn)口堵塞。所以裂解爐和氣化爐之間需增加氣固分離口裝置，但不能使氣體溫度下降太多，這就使

36、系統(tǒng)更加復(fù)雜。(3)   由于焦油裂解需獨(dú)立的裝置，而且由于高溫的要求，裂解裝置要連續(xù)進(jìn)行（否則效率太低），這就使催化裂解技術(shù)只適于較大型的氣化系統(tǒng)，限制了該技術(shù)和適用性。 所以應(yīng)用焦油催化裂解的關(guān)鍵，就是針對(duì)不同的氣化特點(diǎn)，設(shè)計(jì)不同的裂解爐，盡可能降低裂解爐的能耗并提高系統(tǒng)熱效率。 關(guān)于白云石對(duì)焦油的裂解作用，有關(guān)研究者已取得一致結(jié)論，目前的主要課題是如何把該技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的氣化工程中。由于催化裂解需要專門的設(shè)備，系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行成本較高，小型氣化系統(tǒng)很難使用，而生產(chǎn)實(shí)踐大中型氣化系統(tǒng)仍較少，所以目前實(shí)際上焦油催化裂解爐應(yīng)用極少，只有少數(shù)的示范項(xiàng)目和中試裝置。 對(duì)于大中型氣化系統(tǒng)，氣

37、化爐和裂解爐一般都采用循環(huán)流化床形式（見圖1-12），由于裂解爐采用流化床反應(yīng)器，白云石的磨損嚴(yán)重，所以需連續(xù)補(bǔ)充白云石的裝置和復(fù)雜的除塵系統(tǒng)。這種工藝路線的特點(diǎn)是適于大規(guī)模氣化利用，焦油裂解效率較高，其缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，出口燃?xì)鉁囟雀摺?#160;                             &#

38、160;    圖1-12定型的循環(huán)流化床氣化和焦油裂解系統(tǒng) 對(duì)中小型的氣化裝置，較適宜采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的固定床裂解器。為了解決裂解器出口燃?xì)鉁囟忍叩碾y題，荷蘭特溫特大學(xué)提出了一種燃?xì)饪梢噪p向流動(dòng)的裂解工藝，稱反吹反應(yīng)器（見圖1-13），它的基本原理是裂解氣的流向每隔一段時(shí)間切換一次，一方面利用裂解器本身的蓄熱特點(diǎn)把燃?xì)饧訜?，另一方面裂解后的氣體經(jīng)過(guò)一段溫度較低的區(qū)域，使出口氣體溫度降低（見圖1-14），這樣減少熱損失，提高裂解器的熱效率。這一工藝流程的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，裂解器可以在較高溫度下工作（1000），而不必消耗很多熱量（它消耗的能量公為其他裂解器的約1/4）

39、，它的缺點(diǎn)是需要精密的切換閥，這種閥門的耐熱性和耐磨性都要求很高。                      圖1-13 具有反吹裂解氣的氣化系統(tǒng)示意圖                        

40、           圖1-14番吹裂解器中溫度分布情況3.4 焦油的裂解技術(shù)在生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)中的應(yīng)用 生物質(zhì)焦油除了催化裂解，還有高溫裂解，高溫裂解是最簡(jiǎn)單的裂解方法，但它的裂解效果還沒有催化裂解好，它需要更高的溫度和更長(zhǎng)的停留時(shí)間，裂解率一般也低于90%。 在生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)中，由于發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模和采用氣化型式的不同，有效的裂解技術(shù)不一定是最經(jīng)濟(jì)的辦法，所以催油裂技術(shù)的適用性需慎重考慮。 對(duì)中小型氣化發(fā)電系統(tǒng)，由于設(shè)備要求簡(jiǎn)單可靠，焦油催化裂解很能滿足要求，因?yàn)榻褂痛呋呀庑柙黾营?dú)立的

41、設(shè)備，運(yùn)行工況等條件要求較高，工藝過(guò)程和使系統(tǒng)控制過(guò)于復(fù)雜，失去了中小型氣化發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)單靈活的優(yōu)勢(shì)。在這種情況下，最好的辦法充分利用焦油高溫裂解技術(shù)，在氣化爐形成獨(dú)特的高溫（溫度需高于10000C），使氣化設(shè)備出口焦油含量盡量降低，這種要求顯然使氣化設(shè)備設(shè)計(jì)和控制難度增加，但仍可保證氣化發(fā)電系統(tǒng)有較高的靈活性和較好的經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)中型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)，可以考慮使用操作簡(jiǎn)單制造成本低的固定床催化裂解工藝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高溫裂解和催化裂解的效果。但要充分照顧系統(tǒng)的運(yùn)行成本和配套系統(tǒng)的成本，盡量保證氣化發(fā)電系統(tǒng)綜合和經(jīng)濟(jì)性。圖7-15是一種以木炭為催化劑的催化裂解工藝，它可使木炭在高溫下燃燒，形成高溫區(qū)，

42、可燃?xì)庵械慕褂徒?jīng)過(guò)燃燒區(qū)時(shí)進(jìn)行裂解木炭同時(shí)具有催化作用。 同時(shí)木炭與燃?xì)夥磻?yīng)時(shí)可以生成更多燃?xì)?，不必再生。該裂解工藝的關(guān)鍵是控制木炭燃燒溫度并保證裂解反應(yīng)器不堵塞，是中等規(guī)模氣化發(fā)電系統(tǒng)可以考慮的一種簡(jiǎn)單辦法。    對(duì)于大型氣化發(fā)電系統(tǒng)，可以考慮采用裂解效果最好，技術(shù)最復(fù)雜的流化床催化裂解工藝，但在設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合氣化發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，減少能耗、簡(jiǎn)化配套系統(tǒng)和操作條件，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，必須盡可能選用價(jià)格較低，或易于再生的低成本催化劑，目前國(guó)內(nèi)外這方面的技術(shù)還未成熟，需要進(jìn)行更多的研究和實(shí)踐。      

43、              圖7-15 固定床催化裂解床7.3應(yīng)用實(shí)例分析7.3.1小型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)  小型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)一般指采用固定氣化設(shè)備，發(fā)電規(guī)模在200KW以下的氣化發(fā)電系統(tǒng)。小型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)主要集中在發(fā)展中國(guó)家，特別是非洲、印度和中國(guó)等東南亞國(guó)家。美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家雖然小型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)非常成孰，但由于發(fā)達(dá)國(guó)家中生物質(zhì)能源相對(duì)較貴，而能源供應(yīng)系統(tǒng)完善，對(duì)勞動(dòng)強(qiáng)度大，使用不方便不方便的小型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)反應(yīng)等非常少，只有

44、少數(shù)供研究用的實(shí)驗(yàn)裝置。 1小型氣化發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)性能    中國(guó)有著良好的生物質(zhì)氣化發(fā)電基礎(chǔ)，我國(guó)早在60年代初就開展該方面工作1,。研究了樣機(jī)并做了初步推廣, 還曾出口到發(fā)展中國(guó)家, 一度取得了較大的進(jìn)展。但由于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的限制, 谷殼氣化發(fā)電很難在經(jīng)濟(jì)上取得較好收益, 在很長(zhǎng)一段時(shí)間上沒有新的改進(jìn)。近年來(lái), 中國(guó)的經(jīng)濟(jì)狀況發(fā)生了明顯的變化, 因而利用谷殼氣化發(fā)電的外部經(jīng)濟(jì)環(huán)境有了明顯的改善: 首先是中國(guó)能源供應(yīng)持續(xù)緊張, 電力價(jià)格居高不下, 氣化發(fā)電可以取得顯著的效益; 其次是糧食加工廠趨向于大型化, 谷殼比較集中, 便于大規(guī)模處理, 氣化發(fā)電的

45、成本大大降低; 最后是環(huán)境問(wèn)題, 丟棄或燃燒谷殼會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染, 處理谷殼已成為一種環(huán)保要求。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。 在原來(lái)谷殼氣化發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上, 近年來(lái)中國(guó)對(duì)生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)作了進(jìn)一步的研究, 主要對(duì)發(fā)電容量大小和不同生物質(zhì)原料進(jìn)行了探索, 先后完成了2.5到200KW的各種機(jī)組的研制, 其主要特點(diǎn)見表7-7。 表7-7. 中國(guó)生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)主要特點(diǎn)功率(KW)2.55.51260160200總效率(%)11.516141811.512.5氣化爐層式下吸式下吸式凈化 水 洗 過(guò) 濾

46、發(fā)電機(jī)內(nèi)燃機(jī) 燃 料 生物質(zhì)生物質(zhì) 和 柴油 谷殼     中國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的谷殼氣化發(fā)電設(shè)備主要有三種規(guī)格, 即60KW、160KW、200KW。由于氣化爐采用的是較簡(jiǎn)單的下吸式氣化爐, 氣化效率等各種指標(biāo)都較差, 以最典型的200KW機(jī)組為例, 其發(fā)電效率也僅為12.5% (見表7-8)。表7-8 200KW谷殼氣化發(fā)電機(jī)組的主要資料參 數(shù)投 資 (元)氣化爐直徑 (mm) 2000氣化爐 60000.氣體熱值 (MJ/m3) 4100凈化器 30000.氣化效率 (%) 47發(fā)電設(shè)備 320000.水洗塔直徑 (mm) 500原料系統(tǒng) 30000.氣體

47、停留時(shí)間 (s) 6.0管道 10000.耗水量 (m3/h) 3050 水處理 40000.壓縮比 9基建 50000.標(biāo)定轉(zhuǎn)速 (r/min) 750管理費(fèi) 10000. 熱效率 ( %) 26.6總投資 550000.2小型氣化發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性 谷殼氣化發(fā)電機(jī)組的固定投資主要包括設(shè)備和基建兩部分。表7-8列出了200KW氣化發(fā)電機(jī)組的投資組成, 其中設(shè)備投資是主要的, 單位功率的投資隨容量的增大而降低(見圖7-17), 而且發(fā)電設(shè)備(內(nèi)燃機(jī))所占的份額越來(lái)越大, 這也是小功率氣化發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性差的主要原因。      

48、                                         圖7-17單位投資隨功率的變化     谷殼氣化發(fā)電的運(yùn)行成本包括燃料和消耗材

49、料等。由于現(xiàn)在谷殼不能作飼料, 市場(chǎng)價(jià)已非常低, 有的地方甚至當(dāng)廢料丟棄, 所以燃料價(jià)主要指谷殼的收集、運(yùn)輸與處理費(fèi)等。消耗材料主要指發(fā)動(dòng)機(jī)使用的潤(rùn)滑油和除焦用的冷卻水。維修費(fèi)主要指零配件的更換與修理。電力價(jià)格以國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)的電網(wǎng)價(jià)為基準(zhǔn)。具體內(nèi)容見表7-9。從表中可知, 200KW谷殼氣化發(fā)電機(jī)組在目前條件可以取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。從成本的敏感性上分析, 可以發(fā)現(xiàn), 影響進(jìn)行成本最大的因素是機(jī)組容量大小、燃料開支和運(yùn)行時(shí)間三方面, 圖7-18 是在原料為100元/噸, 開工時(shí)間為6000小時(shí)/年情況下發(fā)電成本隨機(jī)組容量的變化。從圖可以發(fā)現(xiàn), 小功率的氣化發(fā)電成本比柴油發(fā)電還要高。圖7-19

50、是在現(xiàn)有技術(shù)條件下發(fā)電成本隨原料價(jià)格的變化情況。圖7-20是原料為100元/噸時(shí), 運(yùn)行時(shí)間對(duì)發(fā)電成本的影響, 它說(shuō)明了技術(shù)穩(wěn)定性對(duì)降低成本的重要性。                                     

51、60;        圖7-18發(fā)電成本隨機(jī)組容量的變化                                        &#

52、160;     圖7-19 發(fā)電成本與生物質(zhì)價(jià)格的關(guān)系                                          圖7-20

53、發(fā)電成本與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系表 7-9 200KW谷殼氣化發(fā)電機(jī)組運(yùn)行成本及經(jīng)濟(jì)效益項(xiàng)目數(shù)量單價(jià)總開支(元/年)運(yùn)行成本:人工10人6000元/人60000.燃料2361.6噸/年100元/噸236160.潤(rùn)滑油3600kg/年7元/kg25200.水16000m3/年0.5元/m38000.投資費(fèi)用:投資利息10%總投資55000元/年55000.設(shè)備維修5%機(jī)組投資25000元/年25000.總費(fèi)用409360.經(jīng)濟(jì)效益： 產(chǎn)品收益120萬(wàn)kWh0.5元/kWh600000.年利潤(rùn)190460.投資回收期（不考慮通脹因素）2.9（年）    在現(xiàn)有技術(shù)條

54、件下，由于各地原料、電價(jià)不同，谷殼氣化發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益將有較大的變化。單純從經(jīng)濟(jì)上考慮，谷殼氣化發(fā)電可行的標(biāo)準(zhǔn)是氣化發(fā)電機(jī)組的年收益高于設(shè)備的折舊費(fèi)，或加上設(shè)備折舊費(fèi)用后發(fā)電成本低于0.5元/ Kwh。圖7-16 到圖7-18中的虛線表示加上設(shè)備折舊后發(fā)電成本的臨界值。由圖中可知，谷殼氣化發(fā)電設(shè)備要能取得經(jīng)濟(jì)效益，必須符合以下條件： （1）在現(xiàn)有技術(shù)條件下，原料價(jià)值不能高于150元/噸（包括運(yùn)輸及預(yù)處理費(fèi)用）；（2）在原料為100元/噸，機(jī)組運(yùn)行時(shí)間為6000小時(shí)/年時(shí)，氣化發(fā)電容量不能低于60KW；（3）在發(fā)電容量為200KW，原料單價(jià)為100元/噸時(shí)，設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間不能低于2500

55、小時(shí)。7.3.2中型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng) 中型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)一般指標(biāo)采用流化床氣化工藝，發(fā)電規(guī)模在4003000KW的氣化發(fā)電系統(tǒng)。中型氣化發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用較早，所以技術(shù)較成熟，但由于設(shè)備造價(jià)很高，發(fā)電成本居高不下，所以，在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用極少，目前在歐洲有少量的幾個(gè)項(xiàng)目在測(cè)用中。近年我國(guó)開發(fā)出了循環(huán)流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)，工藝流程如圖7-1所示，由于該系統(tǒng)有較好的經(jīng)濟(jì)性，在我國(guó)推廣很快，所以已經(jīng)是國(guó)際上應(yīng)用等最多的中型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)。 1.中型氣化發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)性能 以1000KW的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)為例，在正常運(yùn)行下，生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)氣化效率大約在75%左右，系統(tǒng)發(fā)電效率在1518%之間，單位電費(fèi)對(duì)原料的要需求量為1.51.8lg/kw.h（谷殼），或1.251.35lg/kw.h木屑。但由于氣化工藝的影響，在不同的溫度下進(jìn)行氣化，氣化生成的燃?xì)赓|(zhì)量和氣化效率有明顯的變化，具體變化情況見表7-10、表7-12 表7-10溫度對(duì)木粉的氣化發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的影響影響因素620750820