【技术】浅谈生物质气化在发电技术应用

  不管是燃气内燃机，还是燃气轮机，发电后排放的尾气温度都在500~600e之间(如果发电设备带空气增气增压系统，尾气温都一般在 450~500e 之间)，从能量利用的角度，这部分尾气仍含有大量可回收的可用能量。所以在燃气发电设备后增加余热回收装置(如余热锅炉等)，是大部分燃气发电系统提高系统效率的有效途径。在生物质气化发电系统中，除了发电设备尾气有大量余热外，生物质气化炉出口的燃气温度也很高(达700~800e左右)，所以把这部分气化显热和燃气发电设备的余热结合起来，利用余热锅炉和过热器产生蒸汽，再利用蒸汽循环进行发电，是大部分大型生物质气化发电系统采用的气化发电工艺。由于该工艺与传统的煤IGCC系统相同，所以一般称生物质整体气化联合循环发电系统(BPIGCC)。

  传统的BPIGCC技术包括生物质气化、气体净化、燃气轮机发电及蒸汽轮机发电。由于生物质燃气热值低(约1200kcalPm3)，气化炉出口气体温度较高(800e以上)，要使BPIGCC具有较高的效率，一定要具有两个条件：一是燃气进入燃气轮机之前不能降温，二是燃气必须是高压的。这就要求系统一定要采用生物质高压气化和燃气高温净化两种技术才能使BPIGCC的总体效率达到较高水准(40%)。否则，如果采用一般的常压气化和燃气降温净化，由于气化效率和带压缩的燃气轮机效率都较低，气体发电的整体效率一般都低于35%。

  由蒸汽轮机发电的效率在100MW以上才较高，所以小型的蒸汽轮机发电系统的经济性较差。生物质气化发电系统由于原料供应问题，发电规模很难高于 100MW，目前国际上正在建设的BPIGCC示范项目大部分在10MW左右，所以总的系统效率远比煤的IGCC系统为低。即使这样，大部分生物质的 BPGICC项目的效率都在35%以上。比一般简单的生物质气化)内燃机发电系统高出了近1倍，但也是由于规模的原因，目前国外的BPIGCC系统几乎全部采用专门改造的燃气轮机设备。

  从理论上讲，在中小型气化发电系统中，只要增加的余热回收系统投资合理，考虑原料和发电的成本可行，增加蒸汽循环系统仍然是提高系统效率的有效办法。但由于在发达国家由于生物质气化发电技术的经济性较差，目前仍未真正进入市场，所以目前中小型气化发电系统结合蒸汽循环的方案仍未有实施的先例，有待于今后进一步研究与探索。

  总的来说，生物质气化发电有两种基本的形式，一是采用内燃机，二是采用燃气轮机，为了更好的提高系统效率，可优先考虑同时采用蒸汽联合循环发电系统。燃气内燃机与燃气轮机的选用与比较，主要是根据气化发电系统规模来确定的，虽然两者之间有明显的界限，但在国际上，传统观点认为燃气内燃机较为贴切于 5~10Mwe以下的气化发电系统，燃气轮机较为贴切于10Mwe~20Mwe的常压气化发电系统，但超过20Mwe的气化发电系统除了一定要采用燃气轮机外，还一定要采用高压气化技术。一般来说采用燃气轮机的气化发电系统都带有蒸汽联合循环，效率有明显提高，所以在大规模下燃气轮机具有更明显的优势。在小规模下，由于燃气内燃机具有体积小、效率高、容易维护的优点，特别是它对燃气的质量要求技术低，充许杂质的含量较高(焦油可高于30ppm)，所以它的用途更广泛。

  (1)生物质气化发电技术推广应用的社会效益是明显的。首先，从能源利用角度上看，达到了开源节流的目的。它可以充分的利用能量品位较低的农业生物质，减少能量品位较高的煤、油等的消耗，由此减少目前“煤荒”、“油荒”带来的能源资源短缺的压力。例如：一个1.5MW的生物质气化发电设备，每年能够大大减少柴油耗量超过2000t。其次，从电力供应的角度看，可以缓解局部地区日趋紧张的矛盾，对缺少煤炭资源的农村意义更为重大。以南方某个农业县为例，如果每年粮食产量达35万t，则农业生产的生物质有40万t以上，只要1P4的生物质能集中起来发电，即可满足一个15kW的气化发电厂使用。最后，从环境角度看，它能有效地减少空气污染。生物质属洁净可再次生产的能源，与煤、油相比，其使用的过程对空气的污染极少，而且由于减少农业生物质在地里焚烧，能更加进一步减少 CO2等有害化学气体的释放。

  (2)利用农业生物质发电具有非常明显的间接经济效益，它能极大地提高农业的产出，增加农民的收入，来提升农业的经济效益。以往，农业生物质作为一种生产的副产物，使用价值不大。现在进行气化发电，具有较高的使用价值，农业的经济效益自然提高。以水稻为例，假如每亩地(1亩=666.6m2)每年产量为800kg，其稻草、稻壳约为 800kg。以往这些生物质价格很低，现收购用于发电，以100元Pt计，则每666.6m2增收0.12元，约相当于原来稻谷收入的15%。也就是说，每单位耕地的产出能增加约15%，这是相当可观的数字。另一方面，农民所增加的收入也反映在气化发电厂的成本核算上，如15MW 的生物质气化发电厂，每年用于收购农业生物质的成本约1000万元，这些基本为农民所得。总的来说，利用农业生物质进行气化发电，对农村的建设及农业现代化有着较大的意义。

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