我国生物质气化发电技术应用及展望

  生物质气化发电技术是利用生物质能的一种有效方法，正日益得到普遍的研究和应用。但是，生物质气化发电技术在应用中，存在生物质物料运输、贮存、燃烧结焦、产生含焦废水、尾气难以回收等问题，需进行更进一步的研究。对生物质气化发电技术在国内的应用、存在的问题和未来的发展趋势进行了分析。

  我国可利用的生物质能源十分丰富，据统计每年可使用的生物质能源总量相当于5亿t标准煤，但实际生物质能源年利用量却不足0.1亿t标准煤，开发潜力巨大。

  2006年我国生物质发电总装机已达2200MW，大多分布在在糖厂的热电联产、稻壳发电和城市垃圾发电，而其它形式的生物质能发电，如混合燃料发电等还不具备规模(表1)。十一五期间，我国生物质发电装机将达到5500MW，到2020年，生物质发电总装机容量将达到30000MW。我国生物质发电装机容量发展的新趋势如图1所示。

  生物质气化发电技术、生物质锅炉直燃发电及生物质2煤混合燃烧发电，是生物质能发电的3种主要技术。生物质燃料具有高氯、高碱、高挥发分、低灰熔点等特点，采用锅炉直燃生物质发电和生物质2煤混合燃烧发电技术，燃烧效率低，且锅炉易产生腐蚀、结渣、结焦等问题。而生物质气化发电技术充分的利用生物质原料挥发分高达70%以上的特点，在相比来说较低的温度下能使大量的挥发分物质析出，可避免生物质燃料燃烧过程中发生的灰结渣、团聚等问题。

  我国在生物质气化发电技术方面具有一定研究基础，从上世纪60年代初即开展了这方面的研究，近年来开发的中小规模气化发电系统具有投资少、原料适应能力强和规模灵活等特点，已研制成功的中小型生物质气化发电机组功率可达5MW。气化炉的结构有层式下吸式、开心式、下吸式和常压循环流化床气化炉等(表2)。采用单燃料气体内燃机和双燃料内燃机，单机上限功率已达500kW。

  (1)小型秸秆气化发电系统。该系统发电功率在2kW~160kW之间，采用下吸式固定床气化炉(图2)，这种气化炉产出燃气焦油含量较低，净化系统相对简单，对环境能够造成的危害较小。采用内燃发电机组，运行方便，适合照明或驱动小型电动机。

  (2)中型秸秆气化发电系统。该系统功率在500kW~5MW之间，由于气化容量较大，多采用流化床或循环流化床形式(图3)。其冷却过滤系统比小型发电系统完善，通过催化裂解的方法使90%以上的焦油裂解成永久性气体。采用内燃机发电机组，适合秸秆较多的地区进行发电自供。

  山东省能源研究所研究的生物质气化技术流程是：1)将经过简单预处理的生物质原料送入循环流化床反应器，在反应器中与高温的返料和热载体混合，并在空气的推动下，达到很高的流速，形成高速湍流携带床层;2)在强烈的热作用和传热传质作用下，用极短的时间完成热解以及部分氧化和还原过程，产生的燃气经除尘冷却后用做气体燃料;3)未完全反应的碳颗粒和热载体与燃气分离后通过循环回料系统返回流化床反应器，继续完成气化。该循环流化床生物质气化系统可实现78%以上的气化效率，所得燃气热值在5.0MJ/m3以上，气化器热功率在2MW以上。

  目前，该生物质循环流化床气化/燃烧技术已进入中间试验阶段。广州能源研究所在1998年成功研制了1MW生物质气化发电系统的基础上，近年来又开展了对3MW和4MW生物质气化发电系统的研究，其主要流程是：将生物质原料加入循环流化床气化炉产生的可燃气通过旋风分离器、Venturi管和2个水洗塔进行了清洁，并将清洁后的可燃气储存在储气罐内，供内燃发电机组使用。针对300e~400e燃气除尘的需要，设计的中高温除尘系统解决能力为3000m3/h(标准状态)，对灰的去除率达80%左右。焦油催化裂解设计解决能力为3000m3/h(标准状态)，对焦油的处理效率达75%以上。整体生物质气化及联合循环发电系统效率可达25%~28%。

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