生物质能发电技术论文

生物质能发电技术论文内容摘要：

气化基础上的转化。 生物质燃烧发电技术 一般生物质直接燃烧发电的过程包括：生物质与 过量空气在锅炉中燃烧，产热化学转化技术燃烧 气化 热解 直接液化热量 生物质燃气 木炭 生物油生物质能发电技术综述 12 生的热烟气和锅炉的热交换部件换热，产生出的高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发出电能根据不同的技术路线，分为气轮机、蒸气机和斯特林发动机等。 生物质直接燃烧发电是指把生物质原料送入适合生物质燃烧的特定锅炉中直接燃烧，产生蒸汽，带动蒸汽轮机及发电机发电。 已开发应用的生物质锅炉种类较多。 如木材锅炉、甘蔗渣锅炉、稻壳锅炉、秸秆锅炉等。 其适用于生物质资源比较集中的区域 ， 如谷米加工厂、木料加工厂等附近。 因为只要工厂正常生产 ，谷壳、锯屑和柴枝等就可源源不断地供应电提供了物料保障。 按照 生物质燃烧 方式 可分为 固定床燃烧或流化床燃烧等。 固定床燃烧对生物质原料的预处理要求较低，生物质经过简单处理甚至无须处理就可投入炉排炉内燃烧。 流化床燃烧要求将大块的生物质原料预先粉碎至易于流化的粒度。 其燃烧效率和强度都比固定床高。 该技术在我国应用较少，因为它要求生物质 资源集中，数量巨大。 如果大规模收集或运输生物质。 将提高原料成本。 因此该技术比较适于现代化大农场或大型加工厂的废物处理。 按照 生物质燃烧技术 还可 分为层燃方式、流化床方式和悬浮燃烧方式等三种形式。 层燃方式 依据燃料与烟气流动的方向不同，可将炉排燃烧技术分 为三类，即顺流、逆流、叉流三种。 采用层燃技术开发生物质能，锅炉结构简单、操作方便、投资与运行费用都相对较低。 由于锅炉的炉排面积较大，炉排速度可以调整，并且炉膛容积有足够的悬浮空间，能延长生物质在炉内燃烧的停留时间，有利于生物质燃料的完全燃烧。 但生物质燃烧的挥发分析出速度很快，燃烧室需要补充大量的空气，如不及时将燃烧与空气充分混合，会造成空气供给量不足，难以保证生物质燃料的充分燃烧，从而影响锅炉的燃烧效率。 流化床方式 流化床是基于气固流态化的一项技术。 流化床燃烧技术燃料适应范围广，能够使用一般燃烧 方式无法燃烧的石煤和煤矸石等劣质燃料、含水率较高的生物质及混合燃料等；此外，流化床燃烧技术可以降低尾气中氮与硫的氧化物等有害气体含量，保护环境，是一种清洁燃烧技术，得到了广泛地应用。 阳光凯迪电厂目前全部应用的是循环流化床燃烧技术。 悬浮燃烧方式 生物质悬浮燃烧技术与煤粉燃烧技术类似。 在悬浮燃烧中，生物质需要进行预处理，颗粒尺寸要求小于 2mm，含水率不能超过 15%。 需要将生生物质能发电技术综述 13 物质粉碎至细粉，然后将生物质与空气混合后一起喷入燃烧室内，呈悬浮燃烧状态，由于涡流的存在，有利于气固混合。 通过采用精确的燃烧温 度控制技术，悬浮燃烧系统可以再较低的过量空气条件下高效运行，采用生物质颗粒中碱金属的影响，高燃烧强度会导致炉墙表面温度较高，致使结焦现象时有发生。 生物质气化发电技术 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。 生物质气化发电技术是生物质通过热化学转化为气体燃料， 再 将净化后的气体燃料直接送入锅炉、内燃发电机、燃气机的燃烧 室中燃烧来发电 或生产燃料电池。 气化发电过程主要包括三个方面，一是生物质气化，在气化炉中把固体生物质转化为气体燃料；二是气体净化，气化出来的燃气都含有一定的杂质，包括灰分、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，发电过程可以增加余热锅炉和蒸汽轮机。 如图 所示： 图 生物质气化发电工艺流程 内燃机发电系统以简单的燃气内燃机组为主，可单 独燃用低热值燃气，也可以燃气、油两用，它的特点是设备紧凑，系统简单、技术较成熟、可靠；燃气轮机发电系统采用低热值燃气轮机，燃气需增压，否则发电效率较低，由于燃气轮生物质能发电技术综述 14 机对燃气质量要求高，并且需有较高的自动化控制水平和燃气轮机改造技术，所以一般单独采用燃气轮机的生物质气化发电系统较少。 燃气 — 蒸汽联合循环发电系统是在内燃机、燃气轮机发电的基础上增加余热蒸汽的联合循环，该种系统可以有效地提高发电效率。 一般来说，燃气 — 蒸汽联系循环的生物质气化发电系统采用的是燃气轮发电设备，而且最好的气化方式是高压气化，构成的系统称为生物质整体气化联合循环（ B/IGCC）。 它的一般系统效率可以达 40%以上，是目前发达国家重点研究的内容。 生物质 气化方式主要有生物化学法和热化学法两种。 而 生物质的气化反应 是在气化炉内进行 的 ，主要的气化反应炉分为以下几个种 ， 如图 所示： 图 生物质气化炉分类 固定床气化炉： 固定床是一种传统的气化反应炉，其运行温度在 1000℃左右。 固定床气化炉分 为逆流式、并流式，如下图所示。 逆流式气化炉是指气化原料与气化介质在床中的 流动方向相反，而并流式 气化炉是指气化原料与气化介质在床中的流动方向相同。 这两种气化炉按照气化介质的 流动方向不同又分别称为上吸式、下吸式气化炉。 下面对上吸式固定床生物质气化炉的运行工艺作简单介绍。 在上吸式固定床气化炉中，生物质原料从气化炉上部的加料装置送入炉内，整个料层由炉膛下部的炉栅支撑。 气化剂从炉底下部的送风口进入炉内，由炉栅缝隙均匀分布、并渗入料层底部区域的灰渣层，气化剂和灰渣进行热交换，气化剂被预热，灰渣被冷却。 气化剂随后上升至燃烧层，在燃烧层，气化剂和原料中生物质能发电技术综述 15 的炭发生氧化反应，放出大量的热量，可使炉内温度达到 1000℃，这一部分热量可维持气化炉内的气化反应所需热量。 气流接着上升到还原层，将燃烧层生成的CO2 还原成 CO；气化剂中的水蒸气被分解，生成 H2 和 CO。 这些气体与气化剂中未反应部分一起继续上升，加热上部 的原料层，使原料层发生热解，脱除挥发分，生成的 焦炭落入还原层。 生成的气体继续上升，将刚入炉的原料预热、干燥后，进入气化炉上部，经气化炉气体出口引出。 此外，固定床气化炉还有横吸式及开心式气化炉等类型。 横吸式固定床气化炉的特点是空气由侧方向供给，产出气体由侧向流出。 气体流横向通过燃烧气化区。 它主要用于木炭气化。 在南美洲应用广泛并投入商业运行。 开心式固定床化炉同下吸式相似，气流同物料一起向下流动。 但是由转动炉栅代替了喉管区。 主要反应在炉栅上部的燃烧区进行。 结构简单而且运行可靠。 它是由我国研制的，主 要用于稻壳气化，并已投入商业运行多年。 流化床气化炉： 与固定床相比，流化床没有炉栅，一个简单的流化床由燃烧室、布风板组成，气化剂通过布风板进入流化床反应器中。 按气固流动特性不同，将流化床分为鼓泡流化床和循环流化床，如下图所示。 鼓泡流化床气化炉中气流速度相对较低，几乎没有固体颗粒从流化床中逸出。 而循环流化床气化炉中流化速度相对较高，从流化床中携带出的颗粒 在通过旋风分离器收集后重新送入炉内进行气化反应。 在生物质气化过程中，流化床首先通过外加热达到运行温度，床料吸收并贮存热量。 鼓入气化炉的适量空气经布风板均 匀分布后将床料流化，床料的湍流流动和混合使整个床保持一个恒定的温度。 当合适粒度的生物质燃料经供料装置加入到流化床中时，与高温床料迅速混合，在布风板以上的一定空间内激烈翻滚，在常压条件下迅速完成干燥、热解、燃烧及气化反应过程，使之在等温条件下实现了能量转化，从而生产出需要的燃气。 通过控制运行参数可使流化床床温保持在结渣温度以下，床层只要保持均匀流化就可使床层保持等温，这样可避免 局部燃烧高温。 流化床气化炉良好的混合特性和较高的气固反应速率使其非常适合于大型的工业供气系统。 因此，流化床反应炉是生物质气化转化的一 种较佳选择，特别是对于灰熔点较低的生物质。 固定床气化炉与流化床气化炉有着各自的优缺点和一定的适用范围。 采用何种气化炉应因材施用，因地制宜。 生物质能发电技术综述 16 4 我国生物质发电技术产业化的主要影响因素及对策建议 我国生物质发电技术产业化的主要影响因素 影响我国生物质发电技术发展的主要因素包括如下几个方面：政策因素、技术因素、资源可供性以及信息和市场因素等。 政策因素 政策的建立与实施状况是影响生物质发电技术发展的主要因素之一，生物质发电技术是否能够获得长足的发展与政策体系的完善与否具有密切的关系。 国内生物质发电技术相关政策现状 2020 年 01 月 01 日《中华人民共和国可再生能源法》正式实施 ,根据 《可再生能源法》的规定，国务院有关部门制定了一系列与生物质发电相关的政策，目前已经颁布的政策有： 《可再生能源产业指导目录》 ，《可再生能源发电管理办法》 ，《可再生能源上网电价及费用分摊管理试行办法》，《可再生能源专项资金管理办法》，《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》 ， 《可再生能源电价附加收入调配暂行办法》 ， 《 2020 年度可再生能源电价补贴和配额交易方案的通知》 等一系列优惠政策，不仅 落实了可再生能源发 电企业的电价补贴 而且重申了电网企业 必需 全额收购可再生能源电量和优先上网的政策。 同时也说明了国家对新能源开发决心和力度，为利用可再生能源发电技术开发和应用提供了宽松的经济环境。 对我国现有政策的评价 虽然生物质发电已成为国家重点鼓励和支持的产业，但是由于缺乏统一规划和管理，目前生物质发电还面临燃料供应不足、发电成本难以控制等问题，影响了生物质发电的推广。 为了促进生物质发电的健康发展， 2020 年 8 月国家发改委印发了《国家发展改革委关于生物质发电项目建设管理的通知》，对生物质发电规划、选址、建设规模和核准管理 等多方面提出了具体要求。 在一定程度上避免了重复建设和生物质燃料收购的竞争。 这就从政策上保证了行业健康有序的发展。 同时由于一系列优惠政策的出台， 生物质发电 项目存在盲目上马的问题。 生物质发电产业具有典型的“ 小电厂、大燃料”特征 , 燃料供应是生物质发电项目正常运营的前提。 目前， 我国有些省份已出现了一个县、市布点多个生物质发电项目或规划多台机组的问题。 这也是导致目前生物质电厂纷纷亏损的原因之一。 生物质能发电技术综述 17 技术因素 生物质发电技术在我国的发展不过十几年时间，该类技术本身的技术成熟度整体水平较低，在一定程度上对 我国生物质发电技术的产业化构成了制约。 首先 生物质发电产业与上下游配套产业发展不协调，支撑生物质发电产业发展的技术服务体系较为薄弱。 到目前为止，用于生物质发电的锅炉及燃料输送系统的技术和设备均产自国外，国内尚无制造厂家，因此成为影响我国生物质发电产业化的关键因素。 同时，由国外生产运输方式、工作新习惯和文化的差异，对引进的技术和设备不能完全吸收及高效使用，使机组无法安全稳发、满发。 另外，由于缺乏核心技术及备品配件，投产后生物质发电企业很有可能将长时间受制于国外企业。 ［ 5］ 资源可供性 生物质能资源。