【正文】 生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的特 點(diǎn)比較 生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)集環(huán)保與可再生能源利用于一體 ，受到各國政府的重視，特別是在目前能源和環(huán)保的雙重壓力下，從戰(zhàn)略需求出發(fā)，各國都加大投資力度進(jìn)行開發(fā)利用。 經(jīng)過前兩階段的分解作用后，有機(jī)溶液中產(chǎn)甲烷的基質(zhì)已經(jīng)很豐富以及產(chǎn)氨細(xì)菌的活動， 使 氨態(tài)氮濃度不斷增高，使發(fā)酵液中的氧化還原電勢降低。 （ 2）產(chǎn)酸階段。沼氣是在厭氧條件下有機(jī)物經(jīng)多種微生物的分解與轉(zhuǎn)化作用后產(chǎn)生的可燃性氣體，屬于生物質(zhì)能的范疇，主要成分是甲烷二氧化碳，其中甲烷含量約為 50%～ 70%，二氧化碳含量為30%～ 40%（容積比）還有少量的硫化氫、氮、氧、氫等氣體，約占總含量的 10%～ 20%。 （ 3）與第二種方法基本相同，不同的是為生物質(zhì)準(zhǔn) 備了專門的燃燒器單獨(dú)使用，此方法投資成本高，但一般不會影響鍋爐正常運(yùn)行。 現(xiàn)階段世界上最大的生物發(fā)電廠工藝流程如 圖 13 所示 ： 2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質(zhì)能 發(fā)電技術(shù) 及前景分析 6 圖 13生物發(fā)電廠工藝流程圖 當(dāng)采用煤粉爐作為燃燒設(shè)備時，生物質(zhì)的預(yù)處理可以分為以下三種方式。其原理是將生物質(zhì)和煤一起在鍋爐中燃燒轉(zhuǎn)化為 高溫、高壓蒸汽的內(nèi)能，再通過蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的動能，最后通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化電能。 （ 3）根據(jù)生物質(zhì)氣化發(fā)電規(guī)模分類。 2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質(zhì)能 發(fā)電技術(shù) 及前景分析 5 生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)采用的氣化技術(shù)和燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)不同，其系統(tǒng)構(gòu)成和工藝過程有很大的差別。氧化反應(yīng)由于還原反應(yīng)是吸熱，所以汽化器內(nèi)必須保持熱量供給。熱解過程十分復(fù)雜，結(jié)果是大分子的碳水化合物的鍵被打碎，析出揮發(fā)分（主要包括氫氣、一氧化碳、 二氧化碳、甲烷、焦油和其 它 碳?xì)浠衔铮粝绿紭?gòu)成進(jìn)一步反應(yīng)的機(jī)體。 生物質(zhì)氣化過程復(fù)雜，氣化反應(yīng)條件，氣化劑的種類也各不相同 ，但所有氣化反應(yīng)的過程基本都包括生物質(zhì)的干燥、熱解、還原和氧化反應(yīng)過程。其原理是將儲藏在生物質(zhì)中的化學(xué)能通過在特定氣化爐中燃燒轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，再通過燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為清潔高效的電能 如圖 12 所示 。高溫 煙氣逐次通過四級過熱器、省煤器煙氣冷卻器，對煙道中各個受熱面加熱然后進(jìn)入除塵器成為符合國 卻器 壓加熱器 2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質(zhì)能 發(fā)電技術(shù) 及前景分析 3 家排放標(biāo)準(zhǔn)的煙氣 ，最后被引風(fēng)機(jī)送入煙囪，排入大氣。 2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質(zhì)能 發(fā)電技術(shù) 及前景分析 2 第一章 生物質(zhì)能發(fā)電的技術(shù)分類 第一節(jié) 生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù) 生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)是指利用生物質(zhì)燃燒后的熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽進(jìn)行發(fā)電，在原理上，與燃煤火力發(fā)電沒有什么區(qū)別 如圖11 所示 。對發(fā)電行業(yè)在當(dāng)前化石燃料如煤炭、石油、天燃?xì)獾染o缺的狀況下， 開發(fā)并產(chǎn)生各種可再生能源來代替化石燃料，是世界解決能源緊缺的一種有效途徑 。在文章的最后又對生物質(zhì)發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，并且結(jié)合搜索的信息提出了自己對我國生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)發(fā)展前景的看法，認(rèn)為生物質(zhì)發(fā)電在今后必將成為我國的一項(xiàng)朝陽產(chǎn)業(yè)。 介紹了生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的系統(tǒng)組成和設(shè)備組成，并且著重介紹了氣化發(fā)電的幾種氣化爐。 生 物質(zhì)發(fā)電主要是利用農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)廢棄物為原料，也可以將城市垃圾為原料，采取直接燃燒或氣化的發(fā)電方式。另外國內(nèi)相關(guān)政策的出臺將打通生物質(zhì)能發(fā)電在內(nèi)的綠色電力上網(wǎng)的瓶頸，因此生物質(zhì)能發(fā)電在我國社會經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的大環(huán)境下其發(fā)展走向已引起人們的關(guān)注，生物質(zhì)能發(fā)電也將成為朝陽產(chǎn)業(yè) 。送風(fēng)機(jī)將空氣送經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱，之后送入爐膛保證燃料的完全燃燒，并形成高溫?zé)煔狻?蒸汽被送入汽輪機(jī) 膨脹做功，推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子帶動發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生電負(fù)荷 . 第二節(jié) 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù) 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是把 生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w再利用可燃?xì)怏w，燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。在這個過程中，水蒸氣、游離氧或結(jié)合氧與燃料中的碳進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，生成可燃?xì)怏w。 （ 2） 熱分解反應(yīng)。其中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下： C + CO2 2CO + △ H △ H= H2O + C CO + H2 + △ H △ H= 2H2O + C CO2 + 2H2 + △ H △ H= H2O + CO CO2 + H2 +△ H △ H= （ 4） 氧化反應(yīng)。區(qū)與區(qū)之間沒有嚴(yán)格的界限，是相互滲透的。從燃?xì)獍l(fā)電過程上看，生物質(zhì)發(fā)電主要有三種方式：一是將可燃?xì)庾鳛閮?nèi)燃機(jī)的燃料，用內(nèi)燃機(jī)帶動發(fā)電機(jī)組發(fā)電；二是 將可燃?xì)怏w作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料，用燃?xì)廨啓C(jī)帶 動發(fā)電機(jī)組發(fā)電；三是用燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)兩級發(fā)電即利用燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫廢氣把水加熱成蒸汽，再用蒸汽推動汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。在原理上，與燃煤火力發(fā)電沒有什么區(qū)別。采用的方式可以是層燃流化床和煤粉爐等燃燒方式，例如 芬蘭的 AlholmensKraft 機(jī)組的裝機(jī)容量為 550MW 采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，燃料由 45%的泥煤、 10%的森林殘留物、 35%的樹皮與木材加工廢料，以及 10%的重油或是煤組成。 （ 2）生物質(zhì)與煤分別處理包括計(jì)量粉碎，然后通過 自管路輸送至燃燒器前，此方式需要安裝生物質(zhì)能燃料管道，控制和維護(hù)鍋爐比較麻煩。 預(yù)處理 燒嘴 鍋爐 凈化設(shè)備 預(yù)處理、粉碎、干燥、制粒、混合 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組 煙氣 蒸汽 生物質(zhì) 煤 2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質(zhì)能 發(fā)電技術(shù) 及前景分析 7 第四節(jié) 沼氣發(fā)電技術(shù) 沼氣燃燒發(fā)電是隨著沼氣綜合利用的不斷發(fā)展 而出現(xiàn)的一項(xiàng)沼氣利用技術(shù) , 它將沼氣用于發(fā)動機(jī)上 , 并裝有綜合發(fā)電裝置 , 以產(chǎn)生 電能和熱能 , 是有效利用沼氣的一種重要方式 . 沼氣 多產(chǎn)生于污水處理廠、垃圾填埋場、酒廠、食品加工廠、養(yǎng)殖場等。在液化階段，復(fù)雜有機(jī)物（纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等）在兼容性微生物及少數(shù)厭氧微生物的酶催化作用下降解至基本結(jié)構(gòu)單位或簡單有機(jī)酸、醇等。 （ 3）產(chǎn)甲烷階段。 燃料燃燒放出的能量通過動力發(fā)電機(jī) 組的熱交換器進(jìn)行利用，相比不進(jìn)行余熱利用的機(jī)組，其綜合效率高。如 ： 以秸稈為燃料容易在爐膛 內(nèi)結(jié)渣、結(jié)焦或沉積于受熱面，嚴(yán)重影響鍋爐換熱，甚至造成腐蝕，制約生物質(zhì)鍋爐長期穩(wěn)定運(yùn)行 。該技術(shù)生產(chǎn)實(shí)踐中仍有一些實(shí)際問題需要解決，如：燃煤鍋爐燃燒溫度通常介于 1000℃ ～ 1250℃，高于生物質(zhì)的灰熔點(diǎn)，容易引起結(jié)渣等。由于國產(chǎn)沼氣發(fā)電機(jī)組主要是對柴油機(jī)進(jìn)行簡單改裝，對 發(fā)動機(jī)的熱工性能研究不深，產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，發(fā)電機(jī)組效率比國外同類機(jī)組低 4%～ 8%， 成熟的發(fā)電機(jī)組規(guī)模也只有 500MW。 以稻殼氣化發(fā)機(jī)組為例，生物質(zhì)氣化發(fā)電機(jī)組 各個系統(tǒng)的主要設(shè)備 如 表 21 所示： 表 21 主要設(shè)備 系 統(tǒng) 名 稱 主 要 設(shè) 備 名 稱 氣化系統(tǒng) 氣化爐、送風(fēng)機(jī)、螺旋進(jìn)料器 凈化系統(tǒng) 旋風(fēng)除塵器、管式除塵器、噴淋洗滌塔、文丘里除塵器、 汽水分離器、羅茨風(fēng)機(jī)、儲氣罐、循環(huán)水泵 發(fā)電系統(tǒng) 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制柜、循環(huán)水泵、冷卻塔、空 氣壓縮機(jī)、空氣瓶 升壓并網(wǎng)系統(tǒng) 變壓器、高壓開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜、同期屏 監(jiān)測與管理系統(tǒng) 前置單元、主臺計(jì)算機(jī) 除灰系統(tǒng) 螺旋除灰器、送風(fēng)機(jī)、集灰倉、刮板機(jī) 第二節(jié) 氣化系統(tǒng) 生物質(zhì)氣化按氣化介質(zhì)分類，可以分為使用氣化介質(zhì)和不使用氣化介質(zhì)兩種。 熱解過程工藝參 數(shù)的選擇直接決定了熱解產(chǎn)物的組成和比例，工藝參數(shù)包括：熱解溫度、傳熱速率、壓力、停留時間及生物質(zhì)原料的種類、粒度等。 （ 2）氧氣氣化 。 （ 3）水蒸氣氣化。理論上空氣（氧氣） — 水蒸氣混合氣化比單用水蒸氣或空氣2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質(zhì)能 發(fā)電技術(shù) 及前景分析 12 都優(yōu)越的氣化方法。 生物質(zhì)氣化是非常復(fù)雜的熱化學(xué)過程，受很多因素影響。燃?xì)鈨艋哪繕?biāo)就是要根據(jù)氣化工藝的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理有效的雜質(zhì)去除工藝，保證后部氣化發(fā)電設(shè)備不會因雜質(zhì)而 導(dǎo)致 磨損腐蝕和污染等問題。焦油的成 分十分復(fù)雜，一般焦油的主要成分是：苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚和茚。 焦油的除去方法通常可歸納為兩大類①物理凈化方法，包括濕法和干法；②化學(xué)凈化方法，包括焦油的熱裂化和催化裂化 。內(nèi)燃機(jī)發(fā)電設(shè)備具有設(shè)備簡單、技術(shù)成熟可靠、功率和轉(zhuǎn)速范圍寬、 配套方便、機(jī)動性好、熱效率高等特點(diǎn)獲得了廣泛應(yīng)用。 對于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電后的排煙溫度在 500～ 600℃從能量利用角度看，為其仍然攜帶大量的可用能量，應(yīng)該加以回收利用。國內(nèi)目前生物質(zhì)氣化過程所采用的氣化爐主要為固定床氣化爐和流化床氣化爐。在固定床氣化爐中， 原料 相對于氣流處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)氣化劑在爐內(nèi)的走向，固定床氣化爐可分為 上吸式、下吸式和橫吸式氣化爐，目前較為成熟的氣化反應(yīng)設(shè)備為上吸式和下吸式氣化爐。如圖 32 所示。但是 燃?xì)庵谢覊m較多，出爐溫度較高。其缺 點(diǎn)是抽出氣化氣時要耗費(fèi)較大的功率，且氣化氣的溫度較高，需要冷卻。該氣化爐的燃燒區(qū)溫度可達(dá)到 2021℃，超過灰熔點(diǎn)，容易結(jié)渣。 流化床氣化爐的溫度一般在750℃ ～ 800℃ 。 單流化床氣化爐中氣流速度相對較低，幾乎沒有固體顆粒從中逸出。其缺點(diǎn)主要是因流系統(tǒng)控制較難，料腳容易發(fā)生下料困難，且在 碳 回流較少的情況下容易變成低速攜帶床 。 圖 37 雙流化床氣化爐 攜帶床氣化爐 是流化床氣化爐中的一種特例，其運(yùn)行溫度高達(dá) 1300℃，產(chǎn)出氣體中焦油成分和冷凝物含量很低，碳轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到 100%。固定床氣化爐與流化床氣化爐都有各自的特點(diǎn)和一定的適用范圍，固定床結(jié)構(gòu)簡單、操作便利，運(yùn)行模式靈活，適用于中小規(guī)模生產(chǎn)；而流化床適合于工業(yè)化、大型化，設(shè)備較復(fù)雜、投資大。 而流化床氣化反應(yīng)器雖然適合于工業(yè)化、大型化 , 但設(shè)備復(fù)雜、投資大 , 而且需要一個相對穩(wěn)定的對產(chǎn)品氣的市場需求。 生物質(zhì)能發(fā)電最大的優(yōu)點(diǎn)是代替煤炭、石油、天然氣等燃料生產(chǎn)電力，從而減少對礦物質(zhì)能源的依賴，有利于改善生態(tài)環(huán)境。生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)恰恰變廢為寶，利用秸稈等生物質(zhì)向電網(wǎng)送電或分散式送電。生物質(zhì)發(fā)電能夠利用農(nóng)林生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物發(fā)出電力，燃燒后的灰分還可以肥料的形式還田，是一個變廢為寶的良性循環(huán)過程。廢棄的秸稈無法有效處理，直接在田間焚燒帶來的大氣污染和消防安全問題危害巨大，是長期以來普遍存在而又無法有效解決的難題。生物質(zhì)發(fā)電可以有效增加農(nóng)民收入，轉(zhuǎn)移農(nóng)村剩余勞動力。用于生物質(zhì)直接焚燒發(fā)電的鍋爐、燃料輸送系統(tǒng)及草木灰深加工的技術(shù)和設(shè)備仍靠進(jìn)口是中國生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展的關(guān)鍵制約因素。（ 4）上網(wǎng)電能定價難以生物質(zhì)能發(fā)電廠的正常運(yùn)營。 中國缺乏自主核心技術(shù)，對不同的技術(shù)路線和工藝缺乏研究，還沒有成套設(shè)備供應(yīng)能力，進(jìn)口設(shè)備不僅價格昂貴，而且國內(nèi)生物質(zhì)發(fā)電設(shè)備市場面臨被國外技術(shù)壟斷的危險。丹麥 各電力組織為此進(jìn)行了規(guī)劃 , 篩選了一批研究項(xiàng)目 , 并重點(diǎn)對燃燒秸稈和木屑的鍋爐與大型燃煤鍋爐并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電供熱進(jìn)行了研究。日本城市垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)發(fā)展更快 , 垃圾焚燒處理的比 例已接近 100%。 顯著的技術(shù)優(yōu)勢和良好的經(jīng)濟(jì)性構(gòu)成了生物質(zhì)氣化技術(shù)裝備進(jìn)入市場的基本動力。這對保障我國可再生能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、大幅度降低能耗水平具有深遠(yuǎn)而重要的意義。進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì) 寫作畢業(yè)論文是我們每個大學(xué)生必須經(jīng)歷的一段過程，也是我們畢業(yè)前的一段寶貴的回憶。 在兩個月的學(xué)習(xí)實(shí)踐中我學(xué)到的東西比以往學(xué)到的都要豐富，因?yàn)槲也粌H學(xué)到了一些新的專業(yè)知識而且還鍛煉了自己解決問題的能力，這是不可多得的。 在此我要特別感謝我的指導(dǎo)老師 ***老師 對我們的悉心指導(dǎo)，他不僅教給我們許多治學(xué)的知識，更重要的是教給了我們做人的道理，這對我們是終身受用的，還要感謝我親愛的同學(xué)們，是他們陪伴我度過了快樂有意義的大學(xué)生活，無論是在生活還是在學(xué)習(xí)上都給了我莫大的幫助。其中由于焦油在高溫時呈氣態(tài)，與可燃?xì)怏w完全混合，而在低溫時（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），問題更加突出。所以針對氣化過程產(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?，提高可燃?xì)怏w的利用價值，對發(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。所以隨著氣相停留時間的增加，焦油產(chǎn)量會相應(yīng)地減少。 (1)焦油催化裂解的原理 盡管在生物質(zhì)氣化過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，所以對氣體中的焦油進(jìn)行處理，是有效利用燃?xì)獗夭豢缮俚倪^程，其中焦油的催化裂解是最有效、最先進(jìn)的辦法。但