生物质发电技术与系统(课程PPT)第3章(生物质气化发电)-----2016

生物质发电技术与系统林鹿EMAIL lulin 电话2 第三章生物质气化发电 4学时 目录 第二章生物质气化发电 4学时 生物质气化发电图 第二章生物质气化发电 4学时 生物质气化发电图 5 第一节生物质气化发电原理及工艺过程1 生物质气化发电工艺过程生物质气化发电的基本原理是将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的过程 生物质气化发电工艺包三部分 1 生物质气化 2 燃气净化 3 燃气发电 发电方式有 内燃机 燃气轮机和蒸汽轮机 第二章生物质气化发电 4学时 6 第一节生物质气化发电原理及工艺过程2 生物质气化发电特点1 技术灵活性 既可以是内燃机 也可以是燃气轮机 技术灵活 2 洁净环保 本身不额外产生二氧化碳和二氧化硫 气化温度较低 700 900 C NOX产生少 3 经济性 生物质气化发电技术的灵活性 过程简单 设备紧湊 第二章生物质气化发电 4学时 7 第一节生物质气化发电原理及工艺过程3 生物质气化发电类型1 按气化形式 有固定床和流化床 2 按燃气发电技术不同分类 内燃机 跟汽车等都是一样的 燃料在气缸内燃烧 燃气膨胀后推动活塞 活塞通过曲柄凸轮机构传给曲轴 曲轴做旋转运动 这就可以带动发电 第二章生物质气化发电 4学时 8 第一节生物质气化发电原理及工艺过程3 生物质气化发电类型蒸汽轮机 将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械推动发电 从锅炉来的新蒸汽 经主汽阀和节流阀进入滑阀室 受滑阀控制交替地进入汽缸的左侧或右侧 推动活塞运动 推动发电 第二章生物质气化发电 4学时 9 第一节生物质气化发电原理及工艺过程3 生物质气化发电类型燃汽轮机 燃气轮机是燃烧柴油或天然气的一种内燃机 国内也燃烧重油 在国外一般燃烧的是柴油或天然气 用燃料与空气混合燃烧后产生的气体推动叶片带动电机发电 燃汽轮机广义上是内燃机的一种 燃料燃烧推动活塞转动 第二章生物质气化发电 4学时 10 第一节生物质气化发电原理及工艺过程3 生物质气化发电类型1 按发电规模小型发电厂 200kW中型发电厂 400 3000kW 以流化床气化为主大型发电厂 一般 3000kW 系统包括高压循环流化床技术 高温过滤技术 燃气轮机技术和余热蒸汽发电系统 如BIGCC 发电效率达40 第二章生物质气化发电 4学时 11 第一节生物质气化发电原理及工艺过程4 生物质气化发电类的关键技术1 生物质气化工艺的选择固定床气化炉比较适合于小型 间歇性运行的气化发电系统 优点是不用预处理 设备结构简单 紧湊 燃气中含灰量较低 缺点是固定床不便于放大 燃气质量波动 第二章生物质气化发电 4学时 12 第一节生物质气化发电原理及工艺过程4 生物质气化发电类的关键技术1 生物质气化工艺的选择各种流化床技术包括鼓泡流化床 循环流化床 双流化床等 运行稳定 燃气质量均匀 流化床连续可调 便于放大 缺点 需要预处理 灰分高 运行费用高 第二章生物质气化发电 4学时 13 第一节生物质气化发电原理及工艺过程4 生物质气化发电类的关键技术2 生物质燃气净化技术焦油和焦炭是生物质燃气产生过程中不可避免的副产物 焦油在高温时呈气态 与可燃气体混合 在 200 C凝结为液态 分离与处理更为困难 第二章生物质气化发电 4学时 14 第一节生物质气化发电原理及工艺过程4 生物质气化发电类的关键技术2 生物质燃气净化技术2 1燃气高温过滤燃气中含有焦油 灰份和炭 直径小 另一方面 焦油在 300 C凝结 较好的办法是采用高温蜂窝陶瓷或烧结金属过滤材料过滤 阻力是需要解决的关键问题 第二章生物质气化发电 4学时 15 第一节生物质气化发电原理及工艺过程4 生物质气化发电类的关键技术2 生物质燃气净化技术2 2燃气焦油脱除技术焦油的危害 降低了气化效率 焦油在低温时凝结为液态 容易和水 焦炭结合 堵塞送气管道 在燃烧时产生炭黑 损坏内燃机和燃气轮机设备 第二章生物质气化发电 4学时 16 第一节生物质气化发电原理及工艺过程4 生物质气化发电类的关键技术3 生物质燃气发电机理3 1低热值燃气内燃机发电一般是低热值燃气和油共燃烧 500kW 需解决难题 强制点火系统 内燃机燃烧低热值燃气时效率低 H2含量高引起爆燃 焦油和含灰量高 排烟温度高 第二章生物质气化发电 4学时 17 第一节生物质气化发电原理及工艺过程4 生物质气化发电类的关键技术3 生物质发电机理3 2燃气轮机发电需对燃气轮机进行改造 解决的问题 燃气热值低 体积大 压缩困难 燃气杂质高 含有碱金属腐蚀成分 生物质资源分散 规模受限 一般是 1MW 第二章生物质气化发电 4学时 18 第一节生物质气化发电原理及工艺过程4 生物质气化发电类的关键技术3 生物质发电机理3 3燃气 蒸汽联合循环发电适用 10MW的大型发电系统 生物质气化炉出口的高温度燃气 700 800 C 和内燃机 或燃气轮机 发电后的高温度尾气 500 600 C 通过余热锅炉或过热器效换 产生蒸汽发电 第二章生物质气化发电 4学时 19 第一节生物质气化发电原理及工艺过程4 生物质气化发电类的关键技术4 我国生物质气化发电商业化障碍 技术障碍 燃气本身质量和设备 原料收集 储存难 成本高 资金障碍 1MW生物质气化发电需350万元 制度障碍 没有标准购电合约 电厂经营风险大 减弱了投资者的意愿 第二章生物质气化发电 4学时 20 第二节生物质气化反应器1 固定床气化炉固定床气化炉是指物料相对于穿过物料层的气流处于静止状态 适用于块状或大颗粒物料 其结构特征是 有容纳物料的炉膛 有承托反应料层的炉栅 优点 制造简便 运动部件少 缺点 炉腔小 物料容易堆积搭桥 反应不完全 第二章生物质气化发电 4学时 21 第二节生物质气化反应器1 固定床气化炉1 下吸式固定床气化炉由内胆 外腔和灰室组成 内胆又分储料区和喉管区 储料区是燃料准备区 而喉管区是气化反应区 气化炉一般是微负压下运行 进风量可以调节 第二章生物质气化发电 4学时 22 第二节生物质气化反应器1 下吸式固定床气化炉I 干燥区 100 300 C 受胆内热辐射 物料水份被蒸发II 热解区 500 700 C 物料发生激烈分解反应 生成炭 气体和焦油III 氧化区 1000 1200 C 炭和氧气发生激烈反应 生成二氧化碳 一氧化碳 并释放出大量能量IV 还原区 700 900 C 二氧化碳还原成一氧化碳 炭和水蒸汽反应生成一氧化碳和氢气 炉灰进入灰室 第二章生物质气化发电 4学时 23 第二节生物质气化反应器2 上吸式固定床气化炉I 干燥区 物料水份被蒸发II 热解区 物料发生分解反应 生成炭和挥发性组分III 还原区 炭和水蒸汽反应生成一氧化碳和氢气 炉灰进入灰IV 氧化区 炭和氧气发生激烈反应 生成二氧化碳生成气焦油含量高 热值低 有污染 第二章生物质气化发电 4学时 24 第二节生物质气化反应器3 横吸式固定床气化炉横吸式固定床气化炉的气代剂由侧向提供 产出气化从对侧流出 气流横向通过氧化区 在氧化区和还原区进行热化学反应 反应温度高 灰容易熔化 容易结渣 燃气质量差 横吸式气化炉结构紧湊 启动时间短 负荷适应能力强 第二章生物质气化发电 4学时 25 第二节生物质气化反应器4 开心式气化炉下吸式气化炉的一种特别形式 以转动炉栅代替了高温喉管区 主要反应是在炉栅上部的气化区进行 结构简单 氧化还原区小 反应温度低 第二章生物质气化发电 4学时 26 第二节生物质气化反应器2 流化床气化炉流化床气化器中 采用惰性材料 如沙子 作为流化介质 增加传热效率 也可采用非惰性材料 如石灰 等促进气化反应 流化床优点 1 气化炉断面小 气化效率和气化强度高 2 流化床气化对灰分要求不高 3 产气能力宽 4 使用燃料颗粒小 传热面积大 结碴可能小 第二章生物质气化发电 4学时 27 第二节生物质气化反应器2 流化床气化炉流化床缺点 1 产出气体显热损失大 2 由于气化原料颗粒细 流化床速度较高 因此 产出气体中的带出物较多 第二章生物质气化发电 4学时 28 第二节生物质气化反应器3 流化床气化炉类型1 鼓泡流化床气化炉 是简单的流化床气化炉 只有一个流化床反应器 生物质颗料从分布板上部加入 气化从下部吹入 在流化床上进行气化反应 燃气直接进入净化 于气化原料颗粒细 流化床速度较高 因此 产出气体中的带出物较多 气化温度一般在600 1000 C 第二章生物质气化发电 4学时 29 第二节生物质气化反应器3 流化床气化炉类型2 循环流化床气化炉 流化速度快 燃气中含有大量固体颗粒 在气化器出气处设有旋风分离器 未反应完的炭粒 通过分离器后 经料腿重新进入反应器 气化温度一般在600 900 C 第二章生物质气化发电 4学时 30 第二节生物质气化反应器3 流化床气化炉类型3 双流化床气化炉 反应器由两部份组成 在第一级反应器中 生物质发生热解反应 燃气通过旋风分离器排出 第一级反应的炭粒经料腿进入第二级反应器 进行氧化燃烧反应 第二级反应的烟气重新进入第一级反应器 为第一级反应器提供热源 第二章生物质气化发电 4学时 31 第二节生物质气化反应器3 流化床气化炉类型4 携带床气化炉 流化床不使用惰性材料 为紊流床 气化剂直接吹动炉中原料 在高温条件下气化 流化床截面小 反应物颗粒小 气化床温度高 达到1100 C左右 转化率高 炉床易烧结 材料难选择 第二章生物质气化发电 4学时 32 第二节生物质气化反应器3 流化床气化炉类型5 增压循环流化床气化炉 增加炉膛内压力 达到0 5 2MPa 炉腔内截面温度强度高 提高10倍左右 增压循环流化床面积显著减少 产生的高压燃气可直接进入燃气轮机发电 第二章生物质气化发电 4学时 33 第三节生物质气化燃气净化生物质燃气不纯净 含有大量颗粒 灰 炭粒 热质 碱金属 Na K等 氮化物 主要是氨和HCN 焦油 各种芳烃 和硫化物与氯化物等 这些杂质会造成磨损 堵塞 高温腐蚀 形成NO2等化合物 第二章生物质气化发电 4学时 34 第三节生物质气化燃气净化燃气净化方法有 1 燃气高温除尘生物质燃气纯度要达到5 30g m3 旋风分离器很难除净 过滤是比较好的方法 但焦油低温易凝结 一般采用400 600 C温度过滤 过滤器有烧结金属过滤器和烧结陶瓷过滤器 第二章生物质气化发电 4学时 35 第三节生物质气化燃气净化2 燃气脱除碱金属燃气中碱金属要降低到24 600ppb间 碱金属混合成较小的飞灰上 形成烟雾 进入燃气轮机后 会在叶片表面上沉积 抑制气流通过 降低效率 最终造成停机 使用水洗 化学反应等方法脱除 第二章生物质气化发电 4学时 36 第三节生物质气化燃气净化3 燃气脱除碱焦油燃气中焦油应降低到0 02 0 05g m3间 但从气化炉出来的燃气焦油含量通常在2 50g m3间 焦油是一类可冷凝的烃类物质的复杂混合物 冷凝点一般在200 C 焦油中含有成百上千种化合物 成份非常复杂 如含有苯 萘 甲苯 二甲苯 苯乙烯 酚和茚等 焦油产生的原因很多 包括生物质原料的类型和性质 热解气化条件 气化反应器类型等 上吸式气化炉燃气焦油含量高 下吸式的比较低 第二章生物质气化发电 4学时 37 第三节生物质气化燃气净化3 燃气脱除碱焦油焦油的危害 燃气中的焦油在温度低时会形成油雾 产生腐蚀 温度低时会粘结 形成粘稠液体 造成堵塞 焦油占燃气量的5 10 低温下以难以和可燃气共用 造成能量浪费 焦油还和其他颗粒物相互吸咐 造成腐蚀和堵塞的叠加作用 第二章生物质气化发电 4学时 38 第三节生物质气化燃气净化3 燃气脱除碱焦油焦油脱除方法 湿法物理净化是用水作为净化剂 将焦油在水中溶解和冷却后除去 中比较常用的净化方法 包括喷淋法和鼓泡法 喷淋法是燃气由下而上 经过一排排向下喷淋的方法除去焦油与灰尘 鼓泡是通过水浴达到过滤的目的 方法简单 操作方便 成本低廉 可除焦 除尘 第二章生物质气化发电 4学时 39 第三节生物质气化燃气净化3 燃气脱除碱焦油焦油脱除方法 干法物理净化干式净化法是依靠惯性碰撞 拦截 扩散以及静电 重力等方法除尘除焦油的方法 效果 高效稳定 燃气来源广 价格便宜 缺点 要求燃气速度不是很高 电捕焦油器 对除去0 01 1mm的灰尘颗粒效果很好 但对进气要求高 有爆炸危险 第二章生物质气化发电 4学时 40 第三节生物质气化燃气净化3 燃气脱除碱焦油焦油脱除方法 化学净化法1 热裂解法将焦油通过断键脱氢 脱烷基以及其他一些自由基 转化为较小的气态可燃化合物 提高能量效率 裂解反应在1000 1200 C 温度很高 在实际应用时有一定的难度 第二章生物质气化发电 4学时 41 第三节生物质气化燃气净化3 燃气脱除碱焦油焦油脱除方法 化学净化法1 催化裂解法通过催化剂催化焦油发生裂解 降低反应温度 提高裂解效率 催化裂解反应在700 900 C 第二章生物质气化发电 4学时 42 第三节生物质气化燃气净化3 燃气脱除碱焦油催化裂解的催化剂主要有 2 镍基催化剂催化作用好 能重整甲烷和碳氢化合物并调整气体产物的成分 温度在750 C时有良好的催化作用 但随着时间的延长 催化剂寿命缩短很多 第二章生物质气化发电 4学时 43 第三节生物质气化燃气净化3 燃气脱除碱焦油催化裂解的催化剂主要有 2 镍基催化剂催化作用好 能重整甲烷和碳氢化合物并调整气体产物的成分 温度在750 C时有良好的催化作用 但随着时间的延长 催化剂寿命缩短很多 第二章生物质气化发电 4学时 44 第三节生物质气化燃气净化3 燃气脱除碱焦油催化裂解的催化剂主要有 3 碱金属和其他金属催化剂和生物质混合 有良好的催化作用 但常和生物质中的硅化合物反应生成硅酸钠水玻璃 灰量增加 从净化效果看 水洗法简单有效 但会生成二次污染 热解裂化效果好 但温度高 催化裂解不仅生成热高的小分子气体 能效高 但催化剂容易污染 第二章生物质气化发电 4学时 45 第四节燃气机组发电系统1 内燃机发电系统生物质燃气在发动电内部燃烧 将释放出的热能转化为机械能驱动发电机组发电 内燃机于19世纪60年代问世 内燃机一个工作过程为 进气 压缩 做功和排气 内燃机设备简单 功率范围宽 配套方便 机动性好 第二章生物质气化发电 4学时 46 第四节燃气机组发电系统1 内燃机发电系统生物质燃气在发动电内部燃烧 将释放出的热能转化为机械能驱动发电机组发电 内燃机于19世纪60年代问世 内燃机一个工作过程为 进气 压缩 做功和排气 内燃机设备简单 功率范围宽 配套方便 机动性好 第二章生物质气化发电 4学时 47 第四节燃气机组发电系统2 燃气轮机发电系统燃气轮机是以连续流动的气体作为工质驱动叶轮高速旋转 将燃料的能量转化为用功的热力发动机 燃气轮机包括压气机和轮机部份 压气机将空气吸入并压缩进入燃料室 与喷入的燃料混合后燃烧 产生高温气体 随即进入轮机膨胀做功 并带动压气机叶轮一起旋转 燃气轮机效率较低 有腐蚀作用 第二章生物质气化发电 4学时 48 第四节燃气机组发电系统3 BIGCC系统将燃气轮机发电和余热锅炉产生蒸汽发电结合起来 热源为 燃气轮机发电后排放气体温度为500 600 C 气化炉出口温度为700 800 C 利用余热锅炉和过热器结合产生蒸汽 再利用蒸汽循环进行发电 可有效提高发电效率 40 第二章生物质气化发电 4学时 49 第四节燃气机组发电系统3 BIGCC系统为了大力发展BIGCC 需要急行解决的问题 1 开发大容量 高