浅谈生物质气化在发电技术应用
2021-12-31
随着经济的发展，世界各国电力需求猛增，电力供应日益紧张，在这种环境下，通过气化发电技术，把生物质能转化为电能，既能大规模处理生物质废料，又能提供电力，具有明显的社会和经济效益。介绍了生物质气化发电技术的国内外发展现状，着重讲述了生物质气化发电技术的原理、特点和分类，以及各类生物质气化发电技术的特点，分析了生物质气化发电技术的社会效益及应用前景。指出在我国这样一个农业大国应该大力发展生物质气化发电技术。
一、前言
生物质发电技术在发达国家已受到广泛重视。奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典和美国等国家的生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。例如：奥地利成功地推行了建立燃烧木材剩余物的区域供电站计划，生物质能在总能耗中的比例由原来大约2%~3%激增到1999年的10%，到20世纪末已增加到20%以上。到目前为止，该国已拥有装机容量为1MW~2MW的区域供热站及供电站80~90座。瑞典和丹麦正在实施利用生物质进行热电联产的计划，使生物质能在转换为高品位电能的同时满足供热的需求，以大大提高其转换效率。
1991年，瑞典地区供热和热电联产所消耗的燃料26%是生物质。美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位，1992年，利用生物质发电的电站已有1000家，发电装机容量为650万kW，年发电42亿度。目前，国际上有很多先进国家开展提高生物质气化发电效率这方面研究，如美国Battelle(63MW)和夏威夷(6MW)项目，欧洲英国(8MW)和芬兰(6MW)的示范工程等。但由于焦油处理技术与燃气轮机改造技术难度很高，仍存在很多问题，系统尚未成熟，造价也很高，限制了其应用推广。以意大利12MW的BPIGCC示范项目为例，发电效率约为31.7%，但建设成本高达2.5万元PkW，发电成本约1.2元PkW/h，实用性能很差。
中国有着良好的生物质气化发电基础，在20世纪60年代就开发了60kW的谷壳气化发电系统，目前160kW和200kW的生物质气化发电设备在我国已得到小规模应用，显示出一定的经济效益。“九五”期间进行了“1MW生物质气化发电系统”的研究，旨在开发适合中国国情的中型生物质气化发电技术。1MW的生物质气化发电系统已于1998年10月建成，2000年7月通过科学院鉴定后投入小批量使用。该系统在很多方面比200kW气化发电有了改善，但由于受气化效率与气轮机效率的限制，简单的气化-气轮机发电循环系统效率很难高于18%，所以单位电量的生物质消耗量一般大于1.3千克(干)P度。
“十五”期间，国家863计划在1MW的生物质气化发电系统的基础上，研制开发出4~6MW的生物质气化燃气-蒸汽联合循环发电系统，建成了相应的示范工程，燃气发电机组单机功率达500kW，系统效率也提高到28%，为生物质气化发电技术的产业化奠定了很好的基础。
二、生物质气化发电原理及发电过程
生物质气化发电技术的基本原理，是把生物质转化为可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。它既能解决生物质难于燃用而且分布分散的缺点，又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而且污染少的优点，所以，气化发电是生物质能最有效、最洁净的利用方法之一。
气化发电过程主要包括三个方面：一是生物质气化，在气化炉中把固体生物质转化为气体燃料；二是气体净化，气化出来的燃气都含有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，需经过净化系统把杂质除去，以保证燃气发电设备的正常运行；三是燃气发电，利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电，有的工艺为了提高发电效率，发电过程可以增加余热锅炉和蒸汽轮机。
以江苏省兴化市4MW生物质气化燃气-蒸汽联合循环发电示范工程为例，该联合循环发电装置主要由进料机构、燃气发生装置、余热锅炉(蒸汽发生装置)、焦油裂解装置、燃气净化装置、空气预热装置、燃气发电机组、蒸汽轮机发电机组、循环冷却水装置、水处理装置、电气控制装置及废水、废渣处理装置等几部分组成。
三、生物质气化发电技术特征
生物质气化发电技术是生物质能利用中有别于其他利用技术的一种独特方式，具有三个特点：(1)技术有充分的灵活性：生物质气化发电可用内燃机，也可用燃气轮机，甚至结合余热锅炉和蒸汽发电系统，所以生物质气化发电可以根据规模的大小选用合适的发电设备，保证在任何规模下都有合理的发电效率。这一技术的灵活性能很好地满足生物质分散利用的特点。(2)具有较好的洁净性：生物质本身属可再生能源，可以有效地减少CO2、SO2等有害气体的排放。而气化过程一般温度较低(约在700~900e)，NOx的生成量很少，所以能有效控制NOx的排放。(3)经济性：生物质气化发电的灵活性，可以保证在小规模下有较好的经济性，同时，燃气发电过程简单，设备紧凑，也使生物质气化发电技术，比其他可再生能源发电技术投资更小。综上所述，生物质气化发电技术是所有可再生能源技术中最经济的发电技术。
