生物質(zhì)能源發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)述

生物質(zhì)能源發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)述梁峰王占紅吉林省電力勘測設計院吉林長(cháng)春130022摘要:能源需求的日益增長(cháng)已經(jīng)導致礦物質(zhì)資源短缺;礦物質(zhì)能源的大量使用也造成了日益嚴重的環(huán)境污染。清潔、環(huán)保生物質(zhì)能源替代礦物能源已經(jīng)引起世界各個(gè)國家的重視,并在各個(gè)國家大量應用,本文簡(jiǎn)要介紹了目前我國生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)應用情況。關(guān)鍵字:生物質(zhì)能應用生物質(zhì)發(fā)電中圖分類(lèi)號:P7541文獻標識碼:A發(fā)展生物質(zhì)能意義目前,世界上使用的能源主要為礦物能源,主要包括煤炭、石油、天燃氣礦物能源的不斷開(kāi)發(fā)將最終將導致能源的短缺,也造成了全球環(huán)境污染嚴重等問(wèn)題。人類(lèi)在經(jīng)濟持續發(fā)展過(guò)程中正面臨著(zhù)人口、資源和環(huán)境的巨大壓力,如何使能源、社會(huì )、經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調和可持續發(fā)展是當前需要解決的核心問(wèn)題。生物質(zhì)能是一個(gè)重要的能源,預計到下世紀,世界能源消費的40%來(lái)自生物質(zhì)能,生物質(zhì)作為新能源早已引起世界各國政府和科學(xué)家的關(guān)注。國外生物質(zhì)能研究開(kāi)發(fā)工作主要集中于液化、氣化、固化、熱分解和直接燃燒等方面。如日本的陽(yáng)光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農場(chǎng)和巴西的酒精能源計劃等發(fā)展計劃。其它諸如丹麥、荷蘭、德國、法國、加拿大、芬蘭等國,多年來(lái)一直在進(jìn)行各自的研究與開(kāi)發(fā),并形成了各具特色的生物質(zhì)能源研究與開(kāi)發(fā)體系,擁有各自的技術(shù)優(yōu)勢。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展,生活水平的提高,環(huán)保意識的加強,對生物質(zhì)能的高效合理的開(kāi)發(fā)利用,必然愈來(lái)愈受重視?？茖W(xué)利用生物質(zhì)能,加強其應用技術(shù)的研究,具有十分重要的意義。我國現有森林、草原和耕地面積41.4億公頃,理論上生物質(zhì)資源可達65億噸/年以上。以平均熱值為15,000kJ/kg計算,折合理論資源最為32.5億噸標準煤,相當于我國目前年總能耗的3倍以上。我國生物質(zhì)能研究開(kāi)發(fā)工作起步較晩。隨著(zhù)近年經(jīng)濟的飛速發(fā)展,政府開(kāi)始重視生物質(zhì)能利用研究工作,現今已建立起一支專(zhuān)業(yè)研究開(kāi)發(fā)隊伍,并取得了一批高水平的Ha中國煤化工我國CNMHG的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè),我國現階段生物質(zhì)能源主要用于秸稈發(fā)電。秸稈發(fā)電工藝農作物秸稈發(fā)電在發(fā)達國家己受到廣泛重視,在奧地利、丹麥、芬蘭、法國、挪威、瑞典、美國、加拿大等國。目前我國秸稈發(fā)電主要工藝分三類(lèi):秸稈鍋爐直接燃燒發(fā)電、秸稈~煤混合燃燒發(fā)電和生物質(zhì)氣化發(fā)電。1、生物質(zhì)鍋爐直接燃燒發(fā)電目前國內外廣泛應用的生物質(zhì)直燃技術(shù)為振動(dòng)爐排直接燃燒鍋爐,該技術(shù)在國外已經(jīng)有成熟經(jīng)驗,并已大量投產(chǎn)。目前國內一些鍋爐廠(chǎng)家也擁有這項技術(shù),向在國內遼寧、吉林、黑龍江、山東等省陸續建成投產(chǎn)。振動(dòng)爐排秸稈直燃爐的工藝流程:粗處理后的燃料經(jīng)給料杋送入爐堂,燃料自然落入爐排前部,在此處由于高溫煙氣和一次風(fēng)的作用逐步預熱、干燥、著(zhù)火燃燒。燃料邊燃燒邊向爐排后部運動(dòng),直至燃盡,最后灰渣落入爐后的除渣口直燃爐易存在的問(wèn)題:由于秸稈灰中堿金屬和氯的含量相對較高,因此,煙氣在高溫時(shí)(450℃以上)對過(guò)熱器具有較高的腐蝕性。此外,飛灰的熔點(diǎn)較低,易產(chǎn)生結渣的問(wèn)題。如果灰分變成固體和半流體,運行中就很難清除,就會(huì )阻礙管道中從煙氣至蒸汽的熱量傳輸。嚴重時(shí)甚至會(huì )完全堵塞煙氣通道,將煙氣堵在鍋爐中。針對這些問(wèn)題各鍋爐廠(chǎng)家在鍋爐設計上,在鍋爐結構、鍋爐材料等方面采取了相應措施來(lái)解決這些問(wèn)題,效果仍需實(shí)際運行中不斷檢測改進(jìn)2、生物質(zhì)~煤混合燃燒發(fā)電循環(huán)流化床是一種新型的環(huán)保鍋爐,它主要采取了爐內物料循環(huán)、低溫燃燒、可進(jìn)行爐內脫硫的新技術(shù)。由于它釆取了爐內物料循環(huán),對燃料的適應性強,它可以燃用低位發(fā)熱值2000~τ000kcal/kg的矸石、原煤、煤泥和洗中煤等;還可以燃用熱值比較低的糖渣、木霄、各種生物質(zhì)秸稈及各種垃圾等。該爐雖然有燃用各種燃料的特性,但是在燃燒的過(guò)程中卻有不同的效果,或多或少對鍋爐都有一定的影響。摻燒糖渣、木屑、各種生物質(zhì)秸稈及各種垃圾,需要重新計算風(fēng)量等,并有穩定的燃料來(lái)源,相對固定的摻燒比例。循環(huán)硫化床鍋爐對燃料的適應性非常強,無(wú)論燃燒哪種燃料首先要核算經(jīng)濟性,而后計算摻燒量、最后再進(jìn)行人員培訓、注意事項、運行調整等中國煤化工CNMHG根據國家關(guān)于可再生能源的相關(guān)法律規程規定,生物質(zhì)發(fā)電項目主要為農林生物質(zhì)直接燃燒和氣化發(fā)電、生活垃圾焚燒發(fā)電和垃圾填埋氣發(fā)電及沼氣發(fā)電項目?，F階段,采用流化床焚燒爐處理生活垃圾的發(fā)電項目,因釆用原料熱值較低,其消耗熱量中常規燃料的消耗量按照熱值換算可不超過(guò)總消耗量的20%。其他新建的生物質(zhì)發(fā)電項目原則上不得摻燒常規燃料,否則不得按照生物質(zhì)發(fā)電項目進(jìn)行申報和管理。國家鼓勵對常規火電項目進(jìn)行摻燒生物質(zhì)的技術(shù)改造,當生物質(zhì)摻燒量按照熱值換算低于8%時(shí),應按照常規火電項目進(jìn)行管理3、生物質(zhì)氣化發(fā)電生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的基本原理是把生物質(zhì)轉化為可燃氣,再利用可燃氣推動(dòng)燃氣發(fā)電設備進(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)揮燃氣發(fā)電技術(shù)設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)轉化為氣體燃料;二是氣體凈化,氣化出來(lái)的燃氣都帶有一定的雜質(zhì),包括灰份、焦炭和焦油等,需經(jīng)過(guò)凈化系統把雜質(zhì)除去,以保證燃氣發(fā)電設備的正常運行;三是燃氣發(fā)電,利用燃氣輪機或燃氣內燃機進(jìn)行發(fā)電,有的工藝為了提高發(fā)電效率,發(fā)電過(guò)程可以增加氽熱鍋爐和蒸汽輪機。目前國際上采用的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)有生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)(B/IGCC)和CAPS-II/250MT型熱分解系統。傳統的B/IGC技術(shù)包括生物質(zhì)氣化,氣體凈化,燃氣輪機發(fā)電及蒸汽輪機發(fā)電。由于生物質(zhì)燃氣熱值低,爐子出口氣體溫度較高(800℃以上),要使IGCC具有較高的效率,必須具備兩個(gè)條件,一是燃氣進(jìn)入燃氣輪機之前不能降溫,是燃氣必須是髙壓的。這就要求系統必須采用生物質(zhì)高壓氣化和燃氣高溫凈化兩種技術(shù)才能使IGC的總體效率達到較高水平(>40%),否則,如果采用一般的常壓氣化和燃氣降溫浄化,由于氣化效率和帶壓縮的燃氣輪機效率都較低,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。目前國際上有很多先進(jìn)國家開(kāi)展這方面研究,但由于焦油處理技術(shù)與燃氣輪機改造技術(shù)難度很高,仍存在很多問(wèn)題,如系統未成熟,造價(jià)也很高,限制了其應用推廣。以意大利12W的IGC示范項目為例中國煤化工但建CNMHG設成本高達25000元/kW,發(fā)電成本約1.2元/kW.h,實(shí)用性仍很差CAPS-IⅠ控氣型秸稈燃料熱分解系統,由熱分解系統τ熱(燃氣)鍋爐+蒸汽輪機+尾氣處理設備組成CAPS-II熱分解系統的熱分解氣化反應室在缺氧和微負壓狀態(tài)下工作。熱分解過(guò)程中所釋放的熱量可通過(guò)調整熱分解氣化反應室供風(fēng)量對其進(jìn)行控制,使其少于完仝燃燒所釋放的熱量。在這種亞化學(xué)當量的條件下,農作物秸稈燃料被干燥、加熱和髙溫分解,釋放岀水氣和可揮發(fā)性組分。秸稈燃料中不可分解的可燃部分在熱分解氣化反應室末端中燃燒,同時(shí)為熱分解氣化反應室提供熱量直至成為灰燼。在熱分解氣化反應室中所釋放出的可燃氣體通過(guò)一個(gè)紊流混合區后進(jìn)入燃氣鍋爐燃燒室,點(diǎn)火器位于紊流混合區內,附加的助燃空氣使氧化反應過(guò)程得以完全、徹底地實(shí)現。余熱鍋爐與CAPS-IⅠ熱分解氣化反應室連接形成一個(gè)整體,對熱分解氣化反應室產(chǎn)生的可燃氣體的完全氧化燃燒,并通過(guò)熱交換將煙氣中的熱量轉化成過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機組發(fā)電。當控制工況允許在熱分解氣化反應室中岀現過(guò)載狀態(tài)時(shí),污染控制作用被降低并造成兩個(gè)不良后果。首先,氣體流速將增大到一定范圍,使長(cháng)鏈的化合物無(wú)法完全氧化分解并送入燃氣鍋爐。大量的煙塵流入燃氣鍋爐將超過(guò)其燃燒容積,使未反應的煙塵由煙囪排入大氣。其次由于農作物秸稈在熱分解氣化反應室的停留時(shí)間可能會(huì )被縮短,使排放的灰渣含碳量增加,無(wú)法達到環(huán)保要求。所以當用戶(hù)有過(guò)載燃燒的要求時(shí)或用戶(hù)經(jīng)常需要過(guò)載燃燒,將會(huì )加重尾氣處理系統的負荷,同時(shí)也不能保證排放灰渣中的含碳量。三、結束語(yǔ)生物質(zhì)能源在未來(lái)將成為可持續能源重要部分。我國幅員遼闊,但化石能源資源有限,生物質(zhì)資源豐富,發(fā)展生物質(zhì)能源具有重要的戰略意義和現實(shí)意義。合理開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源將涉及農村發(fā)展、能源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護、資源保護、國家安全和生態(tài)平衡等諸多利益。隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和城鄉人民生活水平的不斷提高,既有經(jīng)濟、社會(huì )效益,又能保護環(huán)境的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的利用前景將會(huì )越來(lái)越廣闊。參考文獻:中國煤化工[1《可再生能源中長(cháng)期發(fā)展規劃》中華人民共和國HCNMHGOO7年9月[2]蔣劍春《生物質(zhì)能源應用研究現狀與發(fā)展前景》,林業(yè)化學(xué)與工業(yè),2002年第2期.[3]《生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)及應用》陸璐,能源技術(shù);2005年10月第26卷增刊中國煤化工CNMHG