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)濟的發(fā)展，世界各國電力需求猛增，電力供應(yīng)日益緊張，在這種環(huán)境下，通過氣化發(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，具有明顯的社會和經(jīng)濟效益。介紹了生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的國內(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、特點和分類，以及各類生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的特點，分析了生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的社會效益及應(yīng)用前景。指出在我國這樣一個農(nóng)業(yè)大國應(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)達國家已受到廣泛重視。奧地利、丹麥、芬蘭、法國、挪威、瑞典和美國等國家的生物質(zhì)能在總能源消耗中所占的比例增加相當迅速。例如：奧地利成功地推行了建立燃燒木材剩余物的區(qū)域供電站計劃，生物質(zhì)能在總能耗中的比例由原來大約2%~3%激增到1999年的10%，到20世紀末已增加到20%以上。到目前為止，該國已擁有裝機容量為1MW~2MW的區(qū)域供熱站及供電站80~90座。瑞典和丹麥正在實施利用生物質(zhì)進行熱電聯(lián)產(chǎn)的計劃，使生物質(zhì)能在轉(zhuǎn)換為高品位電能的同時滿足供熱的需求，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)電裝機容量為650萬kW，年發(fā)電42億度。目前，國際上有很多先進國家開展提高生物質(zhì)氣化發(fā)電效率這方面研究，如美國Battelle(63MW)和夏威夷(6MW)項目，歐洲英國(8MW)和芬蘭(6MW)的示范工程等。但由于焦油處理技術(shù)與燃氣輪機改造技術(shù)難度很高，仍存在很多問題，系統(tǒng)尚未成熟，造價也很高，限制了其應(yīng)用推廣。以意大利12MW的BPIGCC示范項目為例，發(fā)電效率約為31.7%，但建設(shè)成本高達2.5萬元PkW，發(fā)電成本約1.2元PkW/h，實用性能很差。
中國有著良好的生物質(zhì)氣化發(fā)電基礎(chǔ)，在20世紀60年代就開發(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)備在我國已得到小規(guī)模應(yīng)用，顯示出一定的經(jīng)濟效益。“九五”期間進行了“1MW生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)”的研究，旨在開發(fā)適合中國國情的中型生物質(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效率的限制，簡單的氣化-氣輪機發(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，國家863計劃在1MW的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)出4~6MW的生物質(zhì)氣化燃氣-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，燃氣發(fā)電機組單機功率達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)化為可燃氣，再利用可燃氣推動燃氣發(fā)電設(shè)備進行發(fā)電。它既能解決生物質(zhì)難于燃用而且分布分散的缺點，又可以充分發(fā)揮燃氣發(fā)電技術(shù)設(shè)備緊湊而且污染少的優(yōu)點，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)電過程主要包括三個方面：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，氣化出來的燃氣都含有一定的雜質(zhì)，包括灰分、焦炭和焦油等，需經(jīng)過凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)除去，以保證燃氣發(fā)電設(shè)備的正常運行；三是燃氣發(fā)電，利用燃氣輪機或燃氣內(nèi)燃機進行發(fā)電，有的工藝為了提高發(fā)電效率，發(fā)電過程可以增加余熱鍋爐和蒸汽輪機。
以江蘇省興化市4MW生物質(zhì)氣化燃氣-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)電裝置主要由進料機構(gòu)、燃氣發(fā)生裝置、余熱鍋爐(蒸汽發(fā)生裝置)、焦油裂解裝置、燃氣凈化裝置、空氣預(yù)熱裝置、燃氣發(fā)電機組、蒸汽輪機發(fā)電機組、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)的一種獨特方式，具有三個特點：(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，也可用燃氣輪機，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。(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)濟性，同時，燃氣發(fā)電過程簡單，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)濟的發(fā)電技術(shù)。
