【文章內容簡介】 比如吸附在顆粒物質上并 在管道上積累起來，嚴重時將造成管道的堵塞。 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化學凈化方法，包括焦油的熱裂化和催化裂化 。 第四節(jié) 燃氣發(fā)電系統(tǒng) 燃氣發(fā)電系統(tǒng)的種類有內燃機發(fā)電系統(tǒng)，燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)，整體氣化聯(lián)合循環(huán)。 內燃機自 19 世紀 60 年代問世以來經不斷改進和發(fā)展，已 經是比較完善的機械。內燃機在實際工作時，每次能量轉變都必須2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質能 發(fā)電技術 及前景分析 14 經歷進氣、壓縮、做功、排氣四個過程，完成四個過程就完成了一個工作循環(huán)。內燃機發(fā)電設備具有設備簡單、技術成熟可靠、功率和轉速范圍寬、 配套方便、機動性好、熱效率高等特點獲得了廣泛應用。生物質氣化氣可在發(fā)動機內部燃燒，將 釋放出來的熱能轉化為機械能驅動發(fā)電機發(fā)電。 燃氣輪機是以連續(xù)流動的氣體工質驅動葉輪高速轉動，將燃料的能量轉化為有用功的熱力發(fā)動機。燃氣輪機的工作過程是，壓氣機連續(xù)不斷從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進入燃料室，與噴入的燃料混合后進行燃燒，成為高溫燃氣，隨即流入燃氣透平中膨脹做功，推動透平葉輪 帶動壓氣機葉輪一起旋轉；加熱后的高溫燃氣做功能力顯著提高，因而燃氣透平在帶動壓氣機的同時，尚有余量作為燃氣 輪機的輸出機械 功 。 對于燃氣輪機發(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，應該加以回收利用。所以在是用燃氣輪機發(fā)電的基礎上 ，增加余熱鍋爐和過熱器產生蒸汽，再利用蒸汽循環(huán)進行發(fā)電，可有效提高發(fā)電效率（系統(tǒng)效率大于 40%）稱為生物質氣化聯(lián)合 循環(huán)， 大規(guī)模生物質氣化發(fā)電系統(tǒng) 是 國際上重點研究方向。工藝流程如 21 圖所示 : 圖 21生物質整體氣化聯(lián)合循環(huán)工藝流程圖 2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質能 發(fā)電技術 及前景分析 15 第三章 生物質氣化技術常見的系統(tǒng)與設備 第一節(jié) 生物質氣化技術系統(tǒng)設備 氣化爐 是生物質氣化反應的主要設備。按氣化爐的運行方式不同，可以分為固定床、流化床和旋轉床三種。國內目前生物質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。固定床氣化爐和流化床氣化爐又有多種不同的形式，其各種類型見圖 31 。 圖 31 生物質氣化爐的分類 第二節(jié) 固定床氣化爐 固定床氣化爐是一種傳統(tǒng)的氣化反應爐，其運行溫度大約在1000℃。固定床氣化爐設備簡單、熱效率高，處理量小，適合中、小規(guī)模的工業(yè)化生產。在固定床氣化爐中， 原料 相對于氣流處于靜止狀態(tài)，根據(jù)氣化劑在爐內的走向，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設備為上吸式和下吸式氣化爐。 表 31 是兩種爐型的主要特點。 在上吸式氣化爐中，生物質原料有爐頂加入，氣化劑由爐底部進氣口加入，氣流流動的方向與燃料運動方向相反，向下流動2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質能 發(fā)電技術 及前景分析 16 的生物質原料被向上流動的熱氣體烘干、裂解、氣化。其主要優(yōu)點是產生 氣 在經過裂變層和干燥層時，將其攜帶的熱量傳遞給物料，用于物料的裂解和干燥，同時降低自身的溫度，使爐子的熱效率提高，產生氣體含灰量少。如圖 32 所示。 圖 32 上吸式固定床氣化爐圖 下吸式固定床氣 化爐圖 在下吸式氣化爐中，生物質有頂部的加料口投入，氣化劑可以在頂部加入，也可以再喉部加入。氣化劑與物料混合向下流動。該爐的優(yōu)點是，有效層的高度幾乎不變、氣 化 強度高、工作穩(wěn)定性好、可以隨時加料，而且氣化氣體中焦油含量較少。但是 燃氣中灰塵較多，出爐溫度較高。 保證固定床下吸式氣化爐的穩(wěn)定運行 ， 對于木炭和木材等優(yōu)質原料并不太難，但對于秸秤和草類等物理性質較差的低品質原料就難了許多，因為秸秤等物料在揮發(fā)分大量析出后，其體積會迅速縮小，從而使得秸秤半焦依靠自身重力向下移動的能力變得很差，因 此，熱解層和氧化層極易發(fā)生局部穿透 。 為了及時填充穿透空間并阻止氣流短路，合理設計加料機構和爐腔形狀，輔以合理的撥火方式都是必須的 。 一般情況下，下吸式固定床氣化爐不設爐柵，但如果原料尺寸較小也可設爐柵。其缺 點是抽出氣化氣時要耗費較大的功率，且氣化氣的溫度較高，需要冷卻。 兩種氣化爐的特點比較如表 31 所示。 2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質能 發(fā)電技術 及前景分析 17 表 31 兩種固定床氣化爐型的特點 氣化爐型 氣流走向 爐內氣壓 連續(xù)進料 焦油含量 熱值 上吸式 與原料移動方向相反 不能 爐冷卻排受到進風的 影響 ，不易損壞 高 偏高 下吸式 與原料移動方向相同 能 爐處于高溫區(qū)，容易損壞 低 偏低 在橫吸式氣化爐中，生物質原料有氣化爐頂部加入，氣化劑從位于爐身一定高度處進入爐內灰分落入爐柵下部的灰室。燃氣呈水平流動，故稱作橫吸式氣化爐。該氣化爐的燃燒區(qū)溫度可達到 2021℃，超過灰熔點，容易結渣。因此該爐只適用于焦油和灰分不大于 5%的燃料，如無煙煤、焦炭和焦木炭 。 34 橫吸式固定氣化圖 第三節(jié) 流化床氣化爐 流化床燃燒技術是一種先進的燃燒技術。 與固定床相比，流化床沒有爐欄，一個簡單的流化床由燃燒室、布風板組成，氣化劑通過布風板進入流化床反應器中。 流化床氣化爐的溫度一般在750℃ ～ 800℃ 。這種氣化爐適用于氣化水分含量大、熱量低、著火困難的生物質物料，但是原料要求相對小的顆粒，可大規(guī)模、高效的利用生物質能。 流 化床具有物料混合均勻、反應速度快、2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質能 發(fā)電技術 及前景分析 18 反應溫度均勻、傳熱傳質系數(shù)高、能連續(xù)工作、生產能力大、焦油含量高、出口溫度高等。按照氣固流動特性不同，流化床氣化爐分為 單流化床氣化爐、循環(huán)流化床氣化爐、雙流化床氣化爐和攜帶床氣化爐。 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。循環(huán)流化床氣化爐中流化速度相對較高，從床中帶出的顆粒通過旋風分離器收集后，從新送到爐內進行氣化反應，如圖35。 圖 35 單流化床氣化爐圖 圖 36 為循環(huán)流化床氣化爐的工作原理圖，它與單流化床氣化爐的主要區(qū)別是生成氣中的固體顆粒在經過了旋風分離器或濾袋分離器后，通過料腳再返回到流化床，繼續(xù)進行氣化反應。 與單流化床氣化相比，循環(huán)流化床氣化的主要優(yōu)點如下 (1)由于操作氣速可以明 顯提高而不必擔心碳的轉化率，故氣化效率尤其是氣化強度可以得到進一步提高； (2)可以適用更小的物料粒徑，在大部分情況下 可 以不加流化熱載體，運行較為簡單。其缺點主要是因流系統(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 。 2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質能 發(fā)電技術 及前景分析 19 圖 36 循環(huán)流化床氣化爐圖 雙流化床與循環(huán)流化床 相似 ， 見圖 37，不同的是第 1 級反應器的流化介質在第 2 級反應器中加熱。在第 1 級反應器中進行裂解反應，第 2 級反應器中進行氣化反應。雙流化床氣化爐碳轉化率較高 。 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，其運行溫度高達 1300℃，產出氣體中焦油成分和冷凝物含量很低，碳轉化率可以達到 100%。 流化床氣化與固定床氣化相比較，氣化溫度更均勻，氣化強2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質能 發(fā)電技術 及前景分析 20 度更高，原料粒度要求小，對于連續(xù)運轉，以木材加工廠下腳料和碾米廠的稻殼為原料的中小型氣化發(fā)電系統(tǒng)比較適合。但同時由于流化床床層溫度相對較低，焦油裂解受到抑制，產出氣中焦油含量較高，用于發(fā)電需要復雜的凈化系統(tǒng)，流化床內氣流速度大，石英砂等惰性熱載體與床壁易于磨損，燃料顆粒細小，產出氣體中帶出物較 多，加重系 統(tǒng)負擔。固定床氣化對原料適應性強，原料粒度要求不嚴格，反應區(qū)溫度較高有利于焦油的裂解，出爐灰分相對較少，系統(tǒng)投資較循環(huán)流化床低，但固定床氣化強度不高，一般是問歇式工作，在連續(xù)工作方面不如流化床，目前在農村集中供氣供熱系統(tǒng)和中小型氣化發(fā)電中廣泛應用。固定床氣化爐與流化床氣化爐都有各自的特點和一定的適用范圍，固定床結構簡單、操作便利，運行模式靈活，適用于中小規(guī)模生產；而流化床適合于工業(yè)化、大型化，設備較復雜、投資大。充分考慮目標市場的實際情況，選擇技術路線，采用最適宜的技術。 2. 固定床氣化爐與流化 床氣化爐性能比較 固定床氣化爐與流化床氣化爐有著各自的優(yōu)缺點和一定的適用范圍。例如 , 逆流式固定床氣化反應器結構簡單、操作便利 , 運行模式靈活 , 但是只能適用于中小規(guī)模生產 。 而流化床氣化反應器雖然適合于工業(yè)化、大型化 , 但設備復雜、投資大 , 而且需要一個相對穩(wěn)定的對產品氣的市場需求。 2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質能 發(fā)電技術 及前景分析 21 第四章 生物質能發(fā)電優(yōu)缺點分析及前景預測 我國擁有豐富的生物質能資源 , 我國政府及有關部門對生物質能源利用極為重視 , 九十年代以后中國主要發(fā)展了生物壓塊成型，氣化與氣化發(fā)電，生物質液體燃料等新技術 ， 到 1998 年中國在生物質能源利用領域就已經取得了重大進展。在生物質發(fā)電方面已經基本掌握了農林生物質發(fā)電，城市垃圾發(fā)電生物質致密成型燃料技術。但到目前 生物質能 的開發(fā)利用規(guī)模還有待擴大，《可再生能源“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出的“十二五”期間生物質能源發(fā)展目標是：到 2021 年底，生物質發(fā)電裝機將達 1300 萬千瓦，到 2020 年將達 3000 萬千瓦，在 2021 年底 550 萬千瓦的基礎上分別增長 倍和 倍 ； 其中“十二五”末，農林生物質發(fā)電將達 800 萬千瓦，沼氣發(fā)電將達 200 萬千瓦，垃圾焚燒發(fā)電將達300 萬千瓦，“十二五 ”期間生物質成型燃料利用量將達 1000 萬噸，并達到非化石能源占一次能源消費比重達到 %的目標。 生物質能發(fā)電最大的優(yōu)點是代替煤炭、石油、天然氣等燃料生產電力，從而減少對礦物質能源的依賴，有利于改善生態(tài)環(huán)境。生物質能是最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕Y源。按照能源當量計算，生物質能僅次于煤炭、石油、天然氣，位列第四，是國際社會公認的能夠緩解能源危機的有效資源和最佳替代方式。而且生物質資源豐富，發(fā)展?jié)摿薮?，且適合發(fā)展分布式電力系統(tǒng)接近終端用戶，當前，不少地區(qū)的秸稈不能得到有效的利用，只能被燒掉，造成大范圍的煙氣污染 。生物質能發(fā)電技術恰恰變廢為寶，利用秸稈等生物質向電網(wǎng)送電或分散式送電。生物質能發(fā)電在可再生能源發(fā)電中電能質量好、可靠性高，比小水電、風電和太陽能發(fā)電等間歇性發(fā)電要好得多，可以作為小水電、風電、太陽能發(fā)電的補充能源，具有很高的經濟價值 ； 如果中國生物質能利用量達到 5 億噸標準煤，就可解決目前中國能源消費量的 20%以上，每年可減少排放二氧化碳的 量近 億噸，二氧化硫、氮氧化物、煙塵減排量近 2500 萬噸，而且我國生物質能資源相當豐富，僅各類2021 屆畢業(yè)生論文 —— 生物質能 發(fā)電技術 及前景分析 22 農林業(yè)廢棄物的資源量每年即有 108t 噸標煤，預計到 2020年生物質 能資源量可達 9～ 10 億噸標準煤，在中國能源資源中占有舉足輕重的地位。如果這些生物質得到充分的利用將產生巨大的環(huán)境效益。 “十二五”規(guī)劃綱要關于能源發(fā)展的表述是，“堅持節(jié)約優(yōu)先、立足國內、多元發(fā)展、保護環(huán)境”，發(fā)展生物質發(fā)電是發(fā)展循環(huán)經濟，走可持續(xù)發(fā)展道路的具體體現(xiàn)。生物質發(fā)電能夠利用農林生產過程中產生的廢棄物發(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。據(jù)測算，一個裝機容量 25MW 的機組，一年消耗農林剩余物 2 105t，按熱值計算，可替代標準煤約 9 104t。這是一項節(jié)約能源，減少環(huán)境污染有益于農民的技術。推進生物質發(fā)電產業(yè)發(fā)展是建設環(huán)境友好型社會的重要舉措。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。大力發(fā)展生物質發(fā)電項目，能夠有效處理農林剩余物，改善環(huán)境效果明顯。據(jù)測算，一個 25MW 的生物質發(fā)電廠每年保守估計可減少二氧化碳排放超 1 105t。另外發(fā)展生物質發(fā)電是建設社會主義新農村、服務“三農”的需要。生物質發(fā)電可以有效增加農民收入，轉移農村剩余勞動力。據(jù)測算，一臺裝機容量為 25MW 生物質發(fā)電廠一年的發(fā)電量可以達到 150GWh，新增產值近億元；年消耗農林剩余物約 2 105t，可為當?shù)剞r民增加就業(yè)崗位 1000 余個，增加收入達到 6000 萬元以上。同時，這也是落實科學發(fā)展觀，實現(xiàn)經濟社會可持續(xù)發(fā)展的客觀需要，對今后人類的長遠發(fā)展和生存有重要意義。 但生物質能發(fā)電也有許多問題亟待解決，（ 1）生物質能發(fā)電產業(yè)與上下游配套產業(yè)發(fā)展不協(xié)調。用于生物質直