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          生物質發電原理及前景

          文章出處:生物質鍋爐責任編輯:自然人鍋爐發表時間:2015-12-30 12:00【

          生物質發電利用物質所具生物質能進行發電再能源發電種包括農林廢棄物直接燃燒發電、農林廢棄物氣化發電、垃圾焚燒發電、垃圾填埋氣發電、沼氣發電。

          農林生物質發電,就是利用秸稈、稻草、蔗渣、木糠等植物燃料直接燃燒或發酵成沼氣后燃燒,燃燒產生的熱量使水蒸汽帶動汽輪機發電.目前國內最大的機組為1.5萬千瓦,主要是將平原地帶農民廢棄的麥桿、稻草拿來燃燒發電,燃燒后的草木灰作為肥料,國家視作清潔能源,有政策補貼,但目前已運行的機組基本上虧損.

          生物質發電主要是利用農業、林業和工業廢棄物為原料,也可以將城市垃圾為原料,采取直接燃燒或氣化的發電方式.
          近年來中國能源、電力供求趨緊,國內外發電行業對資源豐富、可再生性強、有利于改善環境和可持續發展的生物質資源的開發利用給予了極大的關注.于是生物質能發電行業應運而生.

          世界生物質發電起源于20世紀70年代,當時,世界性的石油危機爆發后,丹麥開始積極開發清潔的可再生能源,大力推行秸稈等生物質發電.自1990年以來,生物質發電在歐美許多國家開始大發展.

          中國是一個農業大國,生物質資源十分豐富,各種農作物每年產生秸稈6億多噸,其中可以作為能源使用的約4億噸,全國林木總生物量約190億噸,可獲得量為9億噸,可作為能源利用的總量約為3億噸.如加以有效利用,開發潛力將十分巨大.

          為推動生物質發電技術的發展,2003年以來,國家先后核準批復了河北晉州、山東單縣和江蘇如東3個秸稈發電示范項目,頒布了《可再生能源法》,并實施了生物質發電優惠上網電價等有關配套政策,從而使生物質發電,特別是秸稈發電迅速發展.
          最近幾年來,國家電網公司、五大發電集團等大型國有、民營以及外資企業紛紛投資參與中國生物質發電產業的建設運營.截至2007年底,國家和各省發改委已核準項目87個,總裝機規模220萬千瓦.全國已建成投產的生物質直燃發電項目超過15個,在建項目30多個.可以看出,中國生物質發電產業的發展正在漸入佳境.

          根據國家“十一五”規劃綱要提出的發展目標,未來將建設生物質發電550萬千瓦裝機容量,已公布的《可再生能源中長期發展規劃》也確定了到2020年生物質發電裝機3000萬千瓦的發展目標.此外,國家已經決定,將安排資金支持可再生能源的技術研發、設備制造及檢測認證等產業服務體系建設.總的說來,生物質能發電行業有著廣闊的發展前景.

          生物質能種頗具產業化規?;们熬霸倌茉次夷茉唇Y構優化意義重發展物質發電構筑穩定、經濟、清潔、安全能源供應體系突破經濟社發展資源環境制約重要途徑秸稈發電變序焚燒集燃燒并發電、造肥節省量煤炭資源并增加農民收入秸稈燃燒增加氣CO2量且含硫量極低僅0.1%發展生物質發電替代煤炭顯著減少CO2等溫室氣體SO2排放巨環境效益

          1 生物質直接燃燒發電利用技術
          生物質直燃發電物質直接作燃料進行燃燒用于發電或者熱電聯產生物質直接燃燒具特點:

          (1)生物質燃燒所放CO2體相于其通光合作用所吸收CO2 認CO2零排放助于緩解溫室效應;

          (2)生物質燃燒產物用途廣泛灰渣加綜合利用;

          (3)生物質燃料與礦物質燃料混合燃燒既減少運行本提高燃燒效率降低SO2、NOx 等害氣體排放濃度;

          (4)采用生物質燃燒設備快速度實現各種物質資源規模減量化、害化、資源化利用且本較低生物質直接燃燒技術具良經濟性發潛力

          1.1 單燃物直燃技術

          歐美發達家主要燃燒物質木本植物 我由于特殊情使我用于燃燒物質基本局限于秸稈等草本類植物據關文獻秸稈燃燒機理進行研究秸稈等物質與規燃料區別主要幾點:

          (1)秸稈含水量較約20%規燃料8~10 倍鍋爐相同力情況其煙氣量約規燃料1.5~2 倍鍋爐受熱面布置要充考慮情況

          (2)秸稈堆積密度較秸稈投入爐內燃燒先落爐床隨著水蒸發始漂浮爐內進行燃燒類鍋爐設計 定要考慮燃燒室體積要些使燃料爐內足夠停留間完全燃燼

          (3)燃料燃燒程看數秸稈(除甘蔗渣外)干燥揮發份快速脫離母體迅猛燃燒揮發份附著秸稈表面燃燒與煤燃燒機理完全同

          (4)逸揮發份秸稈變黑暗紅色焦炭粒未見明顯火焰且爐膛高溫火焰輻射緩慢燃燒燃燼間較

          1.1.1 層燃爐燃燒技術

          層燃爐燃燒技術主要爐排爐代表燃料固定或者移爐排實現燃燒空氣透爐排供應部燃料燃料處于相靜止狀態燃料入爐燃燒間由爐排移或者振控制灰渣落入爐排或者爐排端灰坑結束

          1.1.2 循環流化床燃燒技術

          循環流化床鍋爐獨特流體力特性結構使其具備獨特優點燃料適應性廣低溫燃燒燃燒效率高負荷調節性能等瑞典、丹麥、德等發達家流化床燃用生物質燃料技術面具較高水平美達荷能源產品公司已經發產燃物質流化床鍋爐 鍋爐蒸汽力4.5~50t/h供熱鍋爐力36.67MW;美CE 公司利用魯奇技術研制型燃廢木循環流化床發電鍋爐力100t/h蒸汽壓力8.7MPa; 美B&W 公司制造燃木柴流化床鍋爐于20 世紀80~90 代初投入商業運行外瑞典樹枝、樹葉等林業廢棄物作型流化床鍋爐燃料加利用鍋爐熱效率達80%;瑞典丹麥實行利用物質熱電聯產計劃使物質能提供高品位電能同滿足供熱要求

          1.2 生物質與煤混合直燃技術

          混合燃燒技術優勢:

          (1)生物質再能源煤粉爐物質共燃利用現役電廠提供種快速低本物質發電技術種(廉價低風險)利用再能源發電技術

          (2)煤粉燃燒發電效率高達35%物質共燃借用其高效率優點現階段其生物質發電技術難比擬

          (3)物質燃燒低硫低氮與煤粉共燃降低電廠SO2NOx 排放

          (4)于煤粉燃燒電廠共燃物質意味著CO2排放降低 公認現役燃煤電廠降低CO2排放效措施

          (5)我國生物質資源豐富利用未利用物質折合近4 億t 標準煤且布廣泛利用;另面量利用生物質發電增加農民收入促進農業農村經濟持續發展

          (6)生物質共燃技術簡單投資運行費用低物質相較便宜燃煤電廠言增加燃料選擇范圍燃料適應性降低燃料本丹麥哥本哈根AVEDORE 電廠2002 增加熱功率105MW 物質發電設備采用氣(油)與麥秸混合燃燒工藝 每秸稈消耗25t 秸稈主要源于芬蘭丹麥物質水含量用超聲波測定控制25%左右

          2 生物質氣化發電技術
          生物質氣化高溫部氧化轉化程該程直接向生物質通氣化劑(空氣、氧氣或水蒸汽)使缺氧條件轉變燃氣體程目前 生物質氣化技術體按2 類進行類:

          ①按氣化劑類

          ②按設備運行式類


          2.1 按氣化劑類型類
          生物質氣化技術按氣化劑類型類其干餾氣化其實熱解氣化種特例且由于干餾吸熱反應應工藝提供外部熱源使反應進行氧氣氣化則需要提供外部熱源產品熱值15000kJ/m3 熱值氣化氣空氣氣化由于N2加入使其燃氣含量降低熱值隨降低5000kJ/m3 左右低熱值氣體氫氣氣化反應條件苛刻需要高溫高壓且具氫源條件進行 其氣化氣熱值高達22260~26040kJ/m3 高熱值氣化氣


          2.2 按氣化裝置運行式類

          生物質氣化技術按氣化裝置運行式類內外已投入商業運行氣化主要:固定床氣化爐、流化床氣化爐固定床氣化爐吸式、吸式、橫吸式式其吸式氣化爐應用廣。生物質原料由爐頂加料口投入爐內氣化劑(空氣、氧氣)由頂部進入喉部加入氣化劑與物料混合向流 高溫喉管區發氣化反應吸式氣化爐主要特點氣化強度高(相于吸式)工作穩定性隨加料;由于燃燒區熱解區與原區間干餾熱解產物都要經燃燒區高溫裂解H2CO使氣化焦油含量減少流化床氣化爐按氣化爐結構氣化程流化床氣化爐循環流化床、雙流化床攜帶床四種類型按吹入氣化劑壓力流化床氣化爐壓流化床加壓流化床其循環流化床由于其眾優點適用于型商業化運行循環流化床唯恒溫床反應氣化爐氣化反應床內進行焦油床內裂解流化介質般選用惰性材料(沙)或非惰性材料(石灰或催化劑)增加傳熱及清洗燃氣適合水含量、熱值低、著火困難物質燃料循環流化床氣化爐主要缺點入料需要預處理產氣灰需要凈化處理部件磨損嚴重

          典型操作條件溫度600℃加工能力100kg/h楊木原料產氣率達65%優點于結構緊湊、傳熱速率高、氣相停留間短、效抑制裂化載氣需求量氣化產燃氣主要用發電生物質氣化發電技術3 種:帶氣體透平物質加壓氣化、帶透平或者引擎壓物質氣化、帶朗肯循環傳統物質燃燒系統傳統生物質氣化聯合發電技術(BIGCC)包括生物質氣化、氣體凈化、燃氣輪機發電及蒸汽輪機發電生物質氣化發電技術基本原理生物質轉化燃氣利用燃氣推燃氣發電設備進行發電氣化發電工藝包括3 程:   

          ①生物質氣化固體物質轉化氣體燃料;

          ②氣體凈化氣化燃氣都帶定雜質包括灰、焦炭焦油等需要經凈化系統雜質除保證燃氣發電設備運行;

          ③燃氣發電目前際發達家展提高物質發電效率面研究 美Battelle(63MW)項目歐洲英(8MW)芬蘭(6MW)示范工程

          3 生物質直接燃燒技術與生物質氣化技術比較
          生物質直接用燃燒簡化環節設備 減少投資利用率比較低利用范圍廣由生于物質布散規模利用物質直接燃燒技術發電較障礙秸稈類物質含較K、Cl 等機物質燃燒程容易現嚴重積灰、結渣、聚團受熱面腐蝕等堿金屬問題堿金屬問題秸稈規模燃燒利用面臨嚴峻挑戰些需要進步研究解決問題生物質氣化技術能夠定程度緩解氣體燃料需求,生物質氣化利用途徑相應擴展提高利用效率。

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