生物质能利用技术

生物质气化发电研究进展

[摘要] 生物质能源因其清洁、无污染的特点越来越受到人们的重视，开发新的生物质能利用技术已成为当前的一个热点，生物质气化发电是利用生物质能源的一种新技术。本文主要介绍了我国生物质气化发电的主要技术类型和生物质联合循环发电技术。目前我国的生物质气化发电仅仅是初具规模，热效率很低且存在不少技术问题。要利用气化发电技术创造良好经济效益，同时取得良好的环保效益，在解决技术性问题的同时，一定要因地制宜采用适宜的气化发电技术形式。

[关键字] 生物质 整体气化联合循环发电 气化发电

一、生物质气化发电技术简介

生物质气化发电先将生物质原料放在气化炉中气化，生成的可燃气体再经过净化后供给内燃机或小型燃气轮机燃烧带动发电机发电；这是一种最有效和最洁净的现代化生物质能利用方式，设备紧凑污染少，可以克服解决生物质燃料的能源密度低和资源分散的缺点【1】。近几年来，我国的生物质发电技术研究取得了显著进步，趋于成熟。生物质发电的发展方向是联合循环发电(BIGCC)以及先进的小型燃气轮机发电。

生物质气化发电技术是生物质能利用的一种有效方式，既有利于解决生物质直接燃用热效率不高的缺点，又可以发挥燃气发电设备紧凑而且污染少的优点，对改善我国以煤炭发电为主的电力生产结构，特别是对农村地区因地制宜提供清洁电力具有十分重要的意义。

二、生物质气化发电的主要技术类型【2】

2.1 固定床气化发电技术

固定床气化炉又分为上吸式固定床气化炉、下吸式固定床气化炉、横吸式固定床气化炉、开心式固定床气化炉。应用最广的气化炉几乎都是下吸式固定床气化炉，因为这种炉型产出的燃气焦油含量较低，净化相对简单，负压操作，便于加料，原料为木片、可可壳、玉米秸秆等各类生物质，生产强度为200kg/(m2·h)，燃气热值在4200~5000kJ/m，采用内燃机发电机组。

目前我国生物质气化发电技术已推广到200多套，气化发电机组主要有3种规格，即60、160、200kW。

2.2 流化床气化发电技术

2.2.1 内循环锥型鼓泡流化床系统

中国林业科学研究院林产化学工业研究所开发研制了内循环锥型鼓泡流化床系统，由于锥型流化床截面积随高度变化，存在着速度梯度；底部截面积较小，流速较高，可以保证大颗粒的流化，而在顶部截面积较大，流速低，可防止颗粒的带出。这样在一定的流体流量下，能使大小不同的颗粒都能在床层中流化，另一方面可以使流化床轴方向气速基本不变，有效降低流化床炭粉夹带量，同时增加设备的操作弹性。内循环锥形流化床气化炉作为气化装置，流化床气化炉的气化能力比固定床高5~10倍，气体的热值可提高20%左右。气化产生的灰渣直接由煤气从炉顶带出气化炉，气化炉可连续长时间地稳定运行。

2.2.2 循环流化床系统循环流化床

流化速度较高，它适用于较小的生物质颗粒，在大部分情况下，它可以不必加流化床热载体，因此运行最简单，1998年，中国科学院广州能源所开发出了国内第一个生物质循环流化床气化发电系统，在福建莆田华港米业公司的碾米厂成功运行。循环流化床气化装置的成功运行，使气化技术提高到一个新的水平，它为生物质的大规模工业应用奠定了基础。

循环流化床气化装置有良好的放大效应，它的原料规模从每天几吨到几十吨。在处理废弃物的同时将其转换为高品位能源利用，实现了能源与环境双重效益。

三、生物质整体气化联合循环发电系统介绍【3】

生物质整体气化联合循环发电系统主要包括生物质原料处理系统、加料系统、流化床气化炉、燃气净化系统、燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉等部分。

原料的预处理包括干燥和粉碎2个过程。进料系统通常使用密闭的螺旋进料器，增压流化床气化炉的进料系统还包括带有密闭阀的上、下料斗。

气化炉是BIGCC系统的关键部分，目前应用的主要是循环流化床气化炉。循环流化床气化炉原料适应性强，炉内运行温度通常为850~1050℃，产气成分稳定。根据炉内运行压力，气化炉可分为常压气化炉和增压气化炉。常压气化炉技术成熟，运行稳定性和操作性良好，目前商业运行的BIGCC电厂大都采用常压气化炉。增压流化床气化炉的进料、进气装置和出灰装置较复杂，但炉内气化反应在加压条件下进行，强化了燃烧和传热反应，有效地提高了系统效率；同时可以减小设备体积，便于制造安装，是今后发展的主要方向。

燃气净化系统包括常温湿法净化和高温干法净化系统2大类。常温湿法净化系统的一般流程：燃气经过旋风分离器和布袋除尘后，在水洗塔内彻底清除焦油和其它污染物。高温干法净化系统的一般流程：经过两级旋风分离器除尘后，在高温管式过滤器中除去细尘和焦油（不包括苯和轻焦油）。高温干法净化可以有效利用燃气显热（350~400℃），减少水分含量，有利于提高燃气轮机的效率和燃烧的稳定性。

气化炉向燃气轮机燃烧室提供的燃气为低热值（通常小于6.3MJ/m3）燃气，由于低热值燃气燃烧性能差，不易稳定燃烧，所以必须对燃烧室和燃烧器进行改造。目前主要采用单个大管径的圆筒型燃烧室或多个小管径或环管型燃烧室。 另外，由于低热值燃气的质量流率增大（相对于天然气），所以压气机和燃气轮机的匹配需要进行调整，通常缩小压气机或放大燃气轮机尺寸，也可改变燃气轮机第一级静叶安装角，增大流通面积，同时减小压气机进口导叶，减少压气机空气流率。

余热锅炉利用燃气轮机排气换热加热给水，通常与烟气冷却器联合产生蒸汽。由于受排烟温度限制，蒸汽参数通常为4~6MPa，450~500℃。

生物质整体气化联合循环发电系统（BIGCC）通过采用两级燃烧方式，利用2种工质来提高整个系统的效率。发展BIGCC系统的关键技术是开发大容量、高效率的增压流化床气化炉和高温烟气净化系统，提高燃气轮机入口烟气温度，降低系统能耗；另外要开发低热值燃气专用的燃气轮机，保证低热值燃气的稳定燃烧，提高燃气轮机对燃气品质的适应性。

四、结语

为了实现经济的可持续发展，必须保证电力生产的可持续发展，要想达到这一目标，必须走电力生产与环境保护相协调的发展道路，积极发展高效清洁的发电技术必将对人类社会 的可持续发展做出重要的贡献。我国生物质资源十分丰富，生物质发电可以替代大量煤的燃烧，并有助于减轻温室效应，改善生态环境。因此，生物质发电技术对能源结构的转变及保护环境两方面都会起重要作用。由于小规模气化发电系统很适合生物质分散利用，投资小和发电成本低，目前已经进入了商业化示范阶段，而大规模气化发电系统还只是进入示范和研究阶段。不过大规模气化发电系统能够对生物质进行大规模利用，发电效率高，是今后发展

【1】的重要方向；特别是BIGCC，作为先进的生物质气化发电技术总体效率可超

过40%，引进国外先进的大型生物质整体气化联合发电技术，根据我国国情采用

内燃机代替燃气轮机，是解决我国生物质气化发电规模化发展的有效手段，比较适合于我国目前的工业水平，适合于发展分散的、独立的生物质能源利用体系。

[参考文献]

1、欧训民.生物质气化发电技术的现状及发展趋势[J].能源技术，2009，30（2）:84

2、刘宝亮，蒋剑春.中国生物质气化发电技术研究开发进展[J].生物质化学工程，2006，40（4）：48-49

3、李 飞，张 铺，阴秀丽等.生物质整体气化联合循环发电系统的发展现状[J].可再生能源，2006,1:46-47