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生物质发电原理及前景

文章出处:生物质锅炉责任编辑:自然人锅炉人气:-发表时间:2015-12-30 12:00【

生物质发电利用物质所具生物质能进行发电再能源发电种包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。

农林生物质发电,就是利用秸秆、稻草、蔗渣、木糠等植物燃料直接燃烧或发酵成沼气后燃烧,燃烧产生的热量使水蒸汽带动汽轮机发电.目前国内最大的机组为1.5万千瓦,主要是将平原地带农民废弃的麦杆、稻草拿来燃烧发电,燃烧后的草木灰作为肥料,国家视作清洁能源,有政策补贴,但目前已运行的机组基本上亏损.

生物质发电主要是利用农业、林业和工业废弃物为原料,也可以将城市垃圾为原料,采取直接燃烧或气化的发电方式.
近年来中国能源、电力供求趋紧,国内外发电行业对资源丰富、可再生性强、有利于改善环境和可持续发展的生物质资源的开发利用给予了极大的关注.于是生物质能发电行业应运而生.

世界生物质发电起源于20世纪70年代,当时,世界性的石油危机爆发后,丹麦开始积极开发清洁的可再生能源,大力推行秸秆等生物质发电.自1990年以来,生物质发电在欧美许多国家开始大发展.

中国是一个农业大国,生物质资源十分丰富,各种农作物每年产生秸秆6亿多吨,其中可以作为能源使用的约4亿吨,全国林木总生物量约190亿吨,可获得量为9亿吨,可作为能源利用的总量约为3亿吨.如加以有效利用,开发潜力将十分巨大.

为推动生物质发电技术的发展,2003年以来,国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东3个秸秆发电示范项目,颁布了《可再生能源法》,并实施了生物质发电优惠上网电价等有关配套政策,从而使生物质发电,特别是秸秆发电迅速发展.
最近几年来,国家电网公司、五大发电集团等大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与中国生物质发电产业的建设运营.截至2007年底,国家和各省发改委已核准项目87个,总装机规模220万千瓦.全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个,在建项目30多个.可以看出,中国生物质发电产业的发展正在渐入佳境.

根据国家“十一五”规划纲要提出的发展目标,未来将建设生物质发电550万千瓦装机容量,已公布的《可再生能源中长期发展规划》也确定了到2020年生物质发电装机3000万千瓦的发展目标.此外,国家已经决定,将安排资金支持可再生能源的技术研发、设备制造及检测认证等产业服务体系建设.总的说来,生物质能发电行业有着广阔的发展前景.

生物质能种颇具产业化规模化利用前景再能源我能源结构优化意义重发展物质发电构筑稳定、经济、清洁、安全能源供应体系突破经济社发展资源环境制约重要途径秸秆发电变序焚烧集燃烧并发电、造肥节省量煤炭资源并增加农民收入秸秆燃烧增加气CO2量且含硫量极低仅0.1%发展生物质发电替代煤炭显著减少CO2等温室气体SO2排放巨环境效益

1 生物质直接燃烧发电利用技术
生物质直燃发电物质直接作燃料进行燃烧用于发电或者热电联产生物质直接燃烧具特点:

(1)生物质燃烧所放CO2体相于其通光合作用所吸收CO2 认CO2零排放助于缓解温室效应;

(2)生物质燃烧产物用途广泛灰渣加综合利用;

(3)生物质燃料与矿物质燃料混合燃烧既减少运行本提高燃烧效率降低SO2、NOx 等害气体排放浓度;

(4)采用生物质燃烧设备快速度实现各种物质资源规模减量化、害化、资源化利用且本较低生物质直接燃烧技术具良经济性发潜力

1.1 单燃物直燃技术

欧美发达家主要燃烧物质木本植物 我由于特殊情使我用于燃烧物质基本局限于秸秆等草本类植物据关文献秸秆燃烧机理进行研究秸秆等物质与规燃料区别主要几点:

(1)秸秆含水量较约20%规燃料8~10 倍锅炉相同力情况其烟气量约规燃料1.5~2 倍锅炉受热面布置要充考虑情况

(2)秸秆堆积密度较秸秆投入炉内燃烧先落炉床随着水蒸发始漂浮炉内进行燃烧类锅炉设计 定要考虑燃烧室体积要些使燃料炉内足够停留间完全燃烬

(3)燃料燃烧程看数秸秆(除甘蔗渣外)干燥挥发份快速脱离母体迅猛燃烧挥发份附着秸秆表面燃烧与煤燃烧机理完全同

(4)逸挥发份秸秆变黑暗红色焦炭粒未见明显火焰且炉膛高温火焰辐射缓慢燃烧燃烬间较

1.1.1 层燃炉燃烧技术

层燃炉燃烧技术主要炉排炉代表燃料固定或者移炉排实现燃烧空气透炉排供应部燃料燃料处于相静止状态燃料入炉燃烧间由炉排移或者振控制灰渣落入炉排或者炉排端灰坑结束

1.1.2 循环流化床燃烧技术

循环流化床锅炉独特流体力特性结构使其具备独特优点燃料适应性广低温燃烧燃烧效率高负荷调节性能等瑞典、丹麦、德等发达家流化床燃用生物质燃料技术面具较高水平美达荷能源产品公司已经发产燃物质流化床锅炉 锅炉蒸汽力4.5~50t/h供热锅炉力36.67MW;美CE 公司利用鲁奇技术研制型燃废木循环流化床发电锅炉力100t/h蒸汽压力8.7MPa; 美B&W 公司制造燃木柴流化床锅炉于20 世纪80~90 代初投入商业运行外瑞典树枝、树叶等林业废弃物作型流化床锅炉燃料加利用锅炉热效率达80%;瑞典丹麦实行利用物质热电联产计划使物质能提供高品位电能同满足供热要求

1.2 生物质与煤混合直燃技术

混合燃烧技术优势:

(1)生物质再能源煤粉炉物质共燃利用现役电厂提供种快速低本物质发电技术种(廉价低风险)利用再能源发电技术

(2)煤粉燃烧发电效率高达35%物质共燃借用其高效率优点现阶段其生物质发电技术难比拟

(3)物质燃烧低硫低氮与煤粉共燃降低电厂SO2NOx 排放

(4)于煤粉燃烧电厂共燃物质意味着CO2排放降低 公认现役燃煤电厂降低CO2排放效措施

(5)我国生物质资源丰富利用未利用物质折合近4 亿t 标准煤且布广泛利用;另面量利用生物质发电增加农民收入促进农业农村经济持续发展

(6)生物质共燃技术简单投资运行费用低物质相较便宜燃煤电厂言增加燃料选择范围燃料适应性降低燃料本丹麦哥本哈根AVEDORE 电厂2002 增加热功率105MW 物质发电设备采用气(油)与麦秸混合燃烧工艺 每秸秆消耗25t 秸秆主要源于芬兰丹麦物质水含量用超声波测定控制25%左右

2 生物质气化发电技术
生物质气化高温部氧化转化程该程直接向生物质通气化剂(空气、氧气或水蒸汽)使缺氧条件转变燃气体程目前 生物质气化技术体按2 类进行类:

①按气化剂类

②按设备运行式类


2.1 按气化剂类型类
生物质气化技术按气化剂类型类其干馏气化其实热解气化种特例且由于干馏吸热反应应工艺提供外部热源使反应进行氧气气化则需要提供外部热源产品热值15000kJ/m3 热值气化气空气气化由于N2加入使其燃气含量降低热值随降低5000kJ/m3 左右低热值气体氢气气化反应条件苛刻需要高温高压且具氢源条件进行 其气化气热值高达22260~26040kJ/m3 高热值气化气


2.2 按气化装置运行式类

生物质气化技术按气化装置运行式类内外已投入商业运行气化主要:固定床气化炉、流化床气化炉固定床气化炉吸式、吸式、横吸式式其吸式气化炉应用广。生物质原料由炉顶加料口投入炉内气化剂(空气、氧气)由顶部进入喉部加入气化剂与物料混合向流 高温喉管区发气化反应吸式气化炉主要特点气化强度高(相于吸式)工作稳定性随加料;由于燃烧区热解区与原区间干馏热解产物都要经燃烧区高温裂解H2CO使气化焦油含量减少流化床气化炉按气化炉结构气化程流化床气化炉循环流化床、双流化床携带床四种类型按吹入气化剂压力流化床气化炉压流化床加压流化床其循环流化床由于其众优点适用于型商业化运行循环流化床唯恒温床反应气化炉气化反应床内进行焦油床内裂解流化介质般选用惰性材料(沙)或非惰性材料(石灰或催化剂)增加传热及清洗燃气适合水含量、热值低、着火困难物质燃料循环流化床气化炉主要缺点入料需要预处理产气灰需要净化处理部件磨损严重

典型操作条件温度600℃加工能力100kg/h杨木原料产气率达65%优点于结构紧凑、传热速率高、气相停留间短、效抑制裂化载气需求量气化产燃气主要用发电生物质气化发电技术3 种:带气体透平物质加压气化、带透平或者引擎压物质气化、带朗肯循环传统物质燃烧系统传统生物质气化联合发电技术(BIGCC)包括生物质气化、气体净化、燃气轮机发电及蒸汽轮机发电生物质气化发电技术基本原理生物质转化燃气利用燃气推燃气发电设备进行发电气化发电工艺包括3 程:   

①生物质气化固体物质转化气体燃料;

②气体净化气化燃气都带定杂质包括灰、焦炭焦油等需要经净化系统杂质除保证燃气发电设备运行;

③燃气发电目前际发达家展提高物质发电效率面研究 美Battelle(63MW)项目欧洲英(8MW)芬兰(6MW)示范工程

3 生物质直接燃烧技术与生物质气化技术比较
生物质直接用燃烧简化环节设备 减少投资利用率比较低利用范围广由生于物质布散规模利用物质直接燃烧技术发电较障碍秸秆类物质含较K、Cl 等机物质燃烧程容易现严重积灰、结渣、聚团受热面腐蚀等碱金属问题碱金属问题秸秆规模燃烧利用面临严峻挑战些需要进步研究解决问题生物质气化技术能够定程度缓解气体燃料需求,生物质气化利用途径相应扩展提高利用效率。