绿色能源气化发电技术应用综述汇总

1、生物质气化发电技术应用综述李斌（华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，湖北武汉430074）随着化石燃料的逐渐枯竭、环境问题的日益严重及全球气候异常等，寻求新的可再生、洁净的能源资源已经迫在眉睫。生物质作为可再生、几乎无污染的资源，其开发和利用越来越受到人们的重视。生物质是重要的可再生能源，我国生物质能资源样多量大，可用于发电的资源相当丰富。生物质发电技术和产业有着良好的发展前景。1. 国家政策扶持我国自1998年起实施的中华人民共和国节能法就明确提出“国家鼓励开发利用新能源和可再生能源”。可再生能源是重要的战略替代能源，对增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境有重要作用，是建设资源节

2、约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要战略措施。人类能够长久依赖的未来能源必须储量丰富、可再生利用且无环境污染。以植物为主，每年以近2000亿吨的速度不断再生的生物质资源将是人类未来的理想选择。大力开发生物质资源，对于改善我国以化石燃料为主的能源结构，延长化石燃料使用时间，改变能源的生产方式和消费方式，建立可持续发展的能源系统，促进社会经济的发展和生态环境的改善具有重大意义。从2006年1月1日起，全国开始正式实施了中华人民共和国可再生能源法，在国家2006-2020年中长期科学和技术发展规划纲要中就提出了包括生物质能在内的可再生能源低成本规模化开发利用。同时国家还制定了一系列的优惠政策来

3、鼓励和支持开展生物质能的研究和利用，生物质清洁能源项目将享受国家财政贴息，并且生物质发电可以优先上网。国家发改委2006年1月4日以发改能源【2006】7号文件印发了可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法，生物质发电上网每度电可以补贴0.25元。在财政部、发展改革委、农业部、税务总局、国家林业局联合印发的关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见中指出国家将在财税政策上大力扶持生物质能源的发展。同时在“十一五”期间，国家财政也将加大对生物质能源和煤制油等石油替代能源开发的资金投入，以缓解我国面临的石油安全问题。2. 生物质发电技术分类与比较在生物质发电技术中，比较成熟的有直接燃烧发电和

4、生物质气化发电两种类型。直接燃烧发电的过程是生物质与过量空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热，产生出的高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发电。气化发电是一种更为洁净的利用方式，其过程是生物质通过热化学方法转化为气体燃料，净化后的气体燃料直接被送入锅炉、内燃机、燃气轮机的燃烧室中燃烧或者在高温燃料电池中来发电。美国能源部（DOE汪1997年归纳了生物质燃料发电技术的特点，对比直接燃烧与生物质整体气化联合循环（BIGCC）发电参数。直接燃烧的电站容量是50MWfe效率是23.0%、投资成本是1965/kWh，总运行费用5.50C/kWh；BIGCC的电站容量是75MWe效率是36.0

5、%、投资成本是2102$/kWh，总运行费用3.98C/kWh。显然，生物质气化发电技术比直接燃烧的效率要高很多，而且运行费用也低。所以，我们要大力发展生物质气化发电技术，使生物质发电更具有竞争力。3. 国外生物质气化发电现状生物质气化及发电技术在发达国家已受到广泛重视，如奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典和美国等国家生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。奥地利成功地推行了建立燃烧木材剩余物的区域供电站的计划，生物质能在总能耗中的比例由原来大约2%-3%增到1999年的10%，并打算在本世纪末增加到25%，到目前为止该国已拥有装机容量为1-2MWe的区域供热站80-90座。瑞典和丹麦

6、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，瑞典供热及热电联产所消耗的燃料，26%是生物质。一些发展中国家，随着经济发展也逐步重视生物质的开发利用，增加生物质能的生产，扩大其应用范围，提高其利用效率。菲律宾、马来西亚以及非洲的一些国家，都先后开展了生物质能的气化，成型固化、热解等技术的研究开发，并形成了工业化生产。生物质气化发电技术主要有以下三种方法：带有气体透平的生物质加压气化、带有透平或者是引擎的常压生物质气化、带有Rankine循环的传统生物质燃烧系统。生物质整体气化联合循环发电技术（BIGCC作为先进的生物质

7、气化发电技术，通过采用两级燃烧方式，利用两种工质将勃雷登（Brayton）循环和朗肯循环叠加在一起，具有较高的发电效率和较大的发电规模，从1990年开始得到了广泛的研究。传统的BIGCC技术包括生物质气化、气体净化、燃气轮机发电及蒸汽轮机发电。由于生物质燃气热值低（约1200kcal/m3），炉子出口气体温度较高（800C以上），要使BIGCC具有较高的效率，必须具备两个条件，一是燃气进入燃气轮机之前不能降温，二是燃气必须是高压的。这就要求系统必须采用生物质高压气化和燃气高温净化两种技术才能使BIGCC的总体效率较高（40%）。目前欧美一些国家正开展这方面研究，如美国Battelle（63MW

8、乎口夏威夷（6MVV项目、欧洲英国（8MMW瑞典（加压生物质气化发电4MWA芬兰（6MW/以及欧盟建设3个712MWfe物质气化发电IGCM范项目，其中一个是加压气化，两个是常压气化。但由于焦油处理技术与燃气轮机改造技术难度大，存在许多问题，如系统未成熟，造价很高，限制了其应用推广。以意大利12MW勺BIGCC示范项目为例，发电效率约为31.7%,但建设成本高达25000元/kW,发电成本约1.2元/kWh,实用性很差。近年欧美开展了其它技术路线的研究，如比利时（2.5MW和奥地利（TINA,6MW开展的生物质气化与外燃式燃气轮机发电技术，美国的史特林循环发电等，但技术仍未成熟，成本较高。3.

9、1. 国外生物质整体气化联合循环发电示范项目介绍3.1.1. 美国Battelle美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位。美国建立的Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用的世界先进水平，生产一种中热值气体，不需要制氧装置，此工艺使用两个实际上分开的反应器：气化反应器，在其中生物质转化成中热值气体和残炭；燃烧反应器，燃烧残炭并为气化反应供热。两个反应器之间的热交换载体由气化炉和燃烧室之间的循环沙粒完成。表1给出了Battelle示范电厂气化炉的产气组分和热值，图1的工艺流程图则表明了两个反应器以及它们在整个气化工艺中的配合情况。这种Battelle/FERCO工艺与传统的气化

10、工艺不同，它充分利用了生物质原料固有的高反应特性。生物质的气化强度超过146000kg/hm2,而其他气化系统的气化强度通常小于1000kg/hmtBattelle气化工艺的商业规模示范建在弗蒙特州的柏林顿McNeil电站，该项目的一期工程，用Battelle技术建造日产200吨燃料气的气化炉，在初始阶段生产的燃料气用于现有的McNeil电站锅炉。二期工程，将安装一台燃气轮机来接受从气化炉来的高温燃气，组成联合循环。该气化设备于1998年完成安装并投入运行。%热值(MJ/m3)COH2CH4CO2C2H4C2H644.42215.612.25.10.717.3白棉的产昂气表1 Battelle

11、示范电厂气化炉产气组分和热值空气巷汽轮机过热藐汽玳蒸汽烟气产品气存化系统图1Battelle/FERCO工艺流程图3.1.2. 瑞典VARNAMO瑞典VARNAMOBIGCC厂是由SydkraftAB公司投建的，于199许正式运行，是世界上首家以生物质为原料的整体气化联合循环发电厂，电厂装机容量为6MW供热容量为9MW整体电效率为32%（除自用电外）。系统流程见图2。生物质原料（主要是木屑和树皮）经过干燥粉碎后，在带有密闭阀门的上下料斗中加压后进入气化炉。电厂采用FosterWheeler公司生产的增压CFg化炉，操作温度为9501000C,压力为1.8MPa,采用空气作为气化剂，从燃气轮机的

12、压缩机抽调10%fc右的空气，经二次压缩后由流化床底部布风板通入。产气经过旋风分离器分离后，进入烟气冷却器冷却至350400C,然后通过高温管式过滤器净化，净化后燃气组分和热值见表2。净化燃气通过TYPHOON气轮机（4.2MW发电；燃气透平排气进入余热锅炉，连同烟气冷却器一起产生蒸汽（4MP455C）,蒸汽进入汽轮机发电（1.8MW,同日t供热（9MW/。VARNAMOT从1993年开始运行,系统整体运行时间达3600h/a,验证了生物质增压气化和高温烟气净化系统的可行性，得到了一些宝贵的运行经验。在运行中出现了冷却器的沉灰和结垢等现象，实验表明，使用Mg弹床料和采用底灰再循环方式可以有效解

13、决这些问题。系统采用陶瓷管式过滤器，在运行1200佐右后发生机械应力破碎，在199弭改用金属管式过滤器，正常运行时间达2500h,可以有效地过滤飞灰和重焦油。通过对燃气轮机的燃烧室、燃烧器和空气压缩机进行改造，使低热值产气（3.44.2MJ/m3）能稳定燃烧，燃气轮机能在40%-气体组分CO (衿 H2 (衿 CH 4%) CO 2(% N2 (%100%勺电厂负荷下稳定运行，但低负荷运行时C/F放量较大（0.02%）表2VARNAMO1厂气化炉产气组分和热值执值八、|J=L苯轻焦油333(MJ/m)(mg/m)(mg/m)16-199.515.8-7.14.4-148-52500063150

14、0-22005.0-6.3007.5图2瑞典VARNAMOBIGCC厂系统流程示意图3.1.3. 意大利TEF2002年6月，意大禾1JTERTHERMIBENERGFARMBIGC航范电厂在Cascina建成。该电厂生物质消耗量为8230kg/h,发电容量为16MW发电效率为31.7%（除自用电外）。电厂投资4100万欧元（欧盟THERMIE资34%,建设成本为2300欧元/kW。该系统流程见图3。电厂采用Lurgi制造的常压CF支化炉和常温湿法烟气净化系统。原料（短期轮作物和木屑）在微负压环境下，利用余热锅炉乏气进行干燥，空气经压缩和预热后由气化炉底部布风板进入。产气通过空气预热器和烟气冷

15、却器进行冷却，再通过二次旋风分离和布袋除尘，然后在水洗塔内彻底清除焦油和其它污染物（NH3HCNHCl等）。除尘器捕集的飞灰与灰渣一起排放，水洗塔排水经处理后排放。净化燃气经过冷却压缩后，其组分和热值如表3所示。燃气与经过压缩比为15.4的多级空压机压缩的空气在燃烧室内混合燃烧。燃气轮机采用NuovoPignone的pgt10机组，发电容量为11MW燃气轮机排气经余热锅炉回收热量，连同烟气冷却器一起产生蒸汽（5.5MPa,470C）,蒸汽进入汽轮机发电（5MVV。表3TEF示范电厂气化炉产气组分和热值气体组分（%：热值（MJ/m3）COH2CH4CnHmCO2N2H2O221742134117

16、.4图3意大利TE师范电厂系统流程图3.1.4. 英国ARBRE英国ARBREBIGCC厂于1999年建成，发电容量为8MWV系统整体电效率为31%电厂所用原料来自电厂周围种植的柳树和白杨树，气化炉和催化裂解炉的灰渣及处理污水所得的污泥用作树木的有机肥料。电厂采用2台TP嘴压CF驴，一台作为气化炉，操作温度为850900C,另一台加入催化剂作为催化裂解炉。燃气通过冷却器换热后，经过布袋除尘和水洗，除去焦油和其它污染物。净化后的燃气压缩至2MPag进入燃气轮机（AlstomPowe公司的TYPHOO跳气轮机）发电。整体系统与意大利TE际范电厂大致相同。3.2. 国外生物质气化项目概括大型生物质气

17、化循环发电系统包括原料预处理、循环流化床气化、催化裂解净化、燃气轮机发电、蒸汽轮机发电等设备，适合于大规模处理农林废物。表4给出了国外生物质气化项目的概括。表4国外生物质气化项目概括工程组织/项目名工程概况国家原料规模备注FOSTER WHEELER司，原奥斯龙公司常压/压力CFB气化发电木片, 芬兰树皮, 泥煤2t/h-27t/h该公司的全尺寸CF汽化炉，以MSW为原料已在瑞典投入商业运行THERMI能源农场速生能源林意大木片11.9MW1994年开始计划组织，常压鼓空气循环床气化Varnamo IGCC® 目(Sydkraft )压力循环流化床IGCC空气气化项目示范，Lurgi

18、利Bioelettica公司S.P.A.CFBIGC微第一座成功运行瑞典废木材6MW-9MW勺生物质IGCC电厂BG成目压力鼓泡流蔗渣，在1997年8月到(Westinghouse,美国100t/d化床IGCC能源林11月期间试运行PICHTR/IGTDOE氧气气化产加拿BIOSYN®目品气合成甲木头已投运大醇BattelleVERMONT程BattelleColumbus双流化BURLINGTON力公工艺的美国木片200t/d床工艺，燃气热值司IGCM范316-18MJ/NmIMTRANVOIMA水蒸气干燥，注蒸汽联合循环高水分鼓空气压力气化，注水蒸气联合循环芬兰木柴，泥煤，造纸废

19、液JWPENEPGYPRODUCTS司流化床气化美国木头，农业废弃物，RDF25MW已有3台木柴流化床气化装置分别在Oregon,CalifomiaandMissouriLURGI循环流化床德国RDF木14MWUMWELTTECHN喳化发电、头，树50-100GMBH水泥、石灰皮等MW窑供热最大达330t/d已有2台废木材气化器，一台稻壳气化器投运不同的供木片，POWERSOURCES热、发电、稻壳，美国INC.产蒸汽商用造纸废气化装置液THERMOCHEM（MTCD脉动燃烧水木片，稻壳，造纸废液20t/d-50t/d间接加热流化床气化，燃烧增加传执血型燃气执值八、)/、.1U八、1I_39-

20、12MJ/Nm蒸气流化床气化美国多区固定炉PRODUCERSRICE排气化器，MILLSENEGY产热、蒸汽SYSTEM法司和电能美国稻壳，秸秆，树皮，10-1000t/d在美国，澳大利亚，马来西业和哥斯达黎加有18套系统投运SUR-LITECORP.流化床气化，产煤气和蒸汽美国木片，秸秆，稻壳等120t/d已有4-5个商业运行装置TPSTERMISKAPROCESSORAB（原STUDSVI心司）流化床气化器(IGCC)瑞典木柴，树皮，泥煤，秸秆，RDF最大50MW具技术已应用于许多大型气化系统TampellapowerInc.流化床气化芬兰U-GASK化工艺WELLMANPROCESS式固

21、定ENGINEERING床气化装置英国木头，褐煤等最大直径3米提供气化器和净化系统定制设计的商业服务BRIGHTSTAR外热式水蒸美国木屑，中热值气化技术，SYNFUELSCO.气生物质重树皮，典型热值12.5MJ/Nm化技术MSWBIG-GT工程（STATE生物质整体气化联合循BAHIA BRAZIL环以验证ELECTRO-BRAZBIG-GT 的SHELL世界银行)一商业可行性木头，巴西桂树能 源林采用TPS技术，预计系统效率可达47%ARBRE5 目(TPS技术)8MW CFBIGCCffi速英国 生林工程热气净化系统也8 MW是示范内容，空气净化固定床气化COMBUSTION燃烧整合系

22、一新西木片，2-60Mbtu投运装置超过600CONSULTANTS统，提供高兰树皮等/hr台LTD.)温清洁的烟气FERCO(Future高效、大型energyresources气化系统发美国木片5MWCo.)展商4.国内生物质气化发电现状我国的生物质气化发电技术的研究起步比较早，早在上世纪60年代,我国就开始了生物质气化发电的研究，研制出了样机并进行了初步推广，还曾出口到发展中国家，后因经济条件限制和收益不高等原因停止了这方面地研究工作。近年来，随着能源和环境问题日益严峻，化石燃料逐渐枯竭，燃烧化石燃料所造成的温室效应和环境污染已经引起了各国政府的高度重视。由于能源安全是一个国家稳定运行经

23、济持续发展的关键，因此寻求新的可再生、洁净的能源资源已是十分紧迫。生物质能以其可再生、无污染、资源量大、分布广和CO2零排放等优点又重新受到了人们的广泛关注。而目前我国随着乡镇企业的发展和人民生活水平的提高，一些缺电、少电地方也迫切需要电能；其次是环境问题，丢弃或焚烧农业废弃物将造成资源浪费和环境污染，生物质气化发电可以有效的利用农业废弃物。所以，以农业废弃物为原料的生物质气化发电有逐渐得到人们的重视。4.1. 国内生物质气化发电概况我国原有的气化发电技术都是以谷壳为主的固定床技术，而且发电规模都较小，最大只有200kW经济效益不显著。“九五”期间进行1MW勺生物质气化发电系统研究，旨在开发适

24、合中国国情的中型生物质气化发电技术。1MW勺生物质气化发电系统已于1998年10月建成，采用一炉多机的形式，即5台200kW发电机组并联工作，2000年7月通过中科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内燃机效率的限制，简单的气化-内燃机发电循环系统效率低于18%，且单位电量的生物质消耗量一般大于1.3kg（dry）/kWh。“十五”期间，以中科院广州能源所为主承担的国家863计划在1MW的生物质气化发电系统的基础上，研制开发出46乂6的生物质气化燃气一一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

25、高到28%，虽然与国外的技术仍然有一定的差距，但也为我国生物质气化发电技术的产业化打下了基础。从燃气发电过程上看，气化发电可分为内燃机发电系统、燃气轮机发电系统及燃气蒸汽联合循环发电系统。内燃机发电系统以简单的燃气内燃机组为主，可单独燃用低热值燃气，也可以燃气、油两用，它的特点是设备紧凑，系统简单，技术较成熟、可靠，我国基本上使用的都是内燃机发电系统和内燃机燃气蒸汽联合循环发电系统。但由于受气化效率和内燃机效率的限制，气化发电的总效率都比较低。从纯技术的角度看，生物质IGCC可以有效地提高生物质气化发电的总效率，但由于受焦油处理技术与燃气轮机技术的限制，在中国研究发展生物质IGCC仍比较困难。

26、所以如何利用现已较成熟的技术，研制开发在经济上可行，而效率又有较大提高的系统，是目前我国发展生物质气化发电的一个主要课题。4.2. 国内生物质气化发电项目简介我国的生物质气化发电项目主要是中小型的气化发电系统，目前在运行的主要有固定床和流化床两种，固定床的机组容量一般都小于200kW流化床机组目前最大的容量为46MW以下将就这两种机组在国内的实际应用做简单的介绍。4.2.1. 济南市历城区董家镇柿子园村“200kW固定床生物质气化发电示范系统”该气化发电示范系统是由山东省科学院能源研究所设计建造的，发电容量为200kVV年消耗秸秆约2000t,年发电量约为140万kWh,可替代燃煤700t（标

27、煤），该系统的单位投资约为7000元/kW,投资回收期为10年左右。采用的是“二步法生物质固定床气化发电技术”，该技术可以使秸秆气化过程中产生的有害物质焦油再次裂解，一定程度上克服了原有气化技术中燃气净化困难、易造成二次污染的缺点且回收利用了发动机尾气的部分余热，提高了能源的利用率，气化效率比其他固定床气化器提高8-10个百分点。该系统的工艺流程图见图4。系统采用螺旋推进式生物质进料方式，原料不需进行精细的破碎处理，粒度在10100m的可顺畅地进料，原料适应范围广，如玉米芯、花生壳、棉柴、玉米秸和刨花锯末等均可作为原料。生物质原料首先经过简单破碎后被送入加料器中，然后由螺旋推进器送入气化炉中。

28、生物质原料首先被隔绝空气间接加热而发生热解反应；热解后的产物（热解气和残炭）与预热的空气发生强烈的氧化反应而产生高温区，热解气在高温区域发生二次裂解，其中的焦油被消除；二次裂解后的气体通过下部炭层，经还原反应完成气化，得到含一氧化碳、氢、甲烷等可燃成分的低热值燃气。燃气经过冷却净化后送入内燃式发电机组，通过缸内燃烧驱动曲轴旋转装置，从而带动发电机产生电力。发动机的高温排气提供热解过程所需要的热量。图4两步法生物质固定床气化发电机组流程图1.定量加料器；2.裂解器；3.气化炉；4.过滤器；5.风机；6.阻火器；7.内燃机；8.发电机4.2.2.海南三亚“IMWfe物质流化床气化发电系统”该气化发

29、电系统是由中科院广州能源所设计，与海南三亚木材厂组成“三亚绿源生物质有限公司”共同建成，充分利用当地木材厂生产废木屑进行发电，既处理了生产废料又发了电，年电厂产值约240多万元，利润约80多万元。该系统的发电容量为1MW气化效率大约在75%fc右，系统发电效率在1518叱间，单位电量对原料的要需求量为1.251.35kg/kW?i木屑。系统的流程图见图5。生物质原料(木屑等)从料仓进入螺旋给料机，由螺旋给料机送入炉膛，产生的气化气经过惯性分离和旋风除尘后，进入焦油催化裂解和气体净化装置，净化后的可燃气送入5台并联的200kW的内燃机机组中发电。表5为820c时木屑气化气化炉出口处的产气组分和低

30、位热值。该气化系统也可以采用谷壳作为气化原料。表5820C时气化炉产气组分和低位热值温度(C)衿值(MJ/m3)H2COCO2CH4C2H6C2H2N26198.4.0.0.59820.5.1.9770928.94图51MW生物质循环流化床气化发电系统流程图5 .生物质气化发电技术分类生物质气化发电技术根据不同的划分标准，可以分为各种不同的类型，主要根据其所采用的气化炉、气体机和气化规模来进行分类，以下予以分别介绍。5.1. 气化炉中国对各种气化方式都有研究，已完成了多种气化炉的研制，目前已使用的气化炉有上吸式、下吸式、敞口式和流化床等。从原理上讲，各种气化炉都可以用于气化发电，但目前研究完成

31、并正常运转的主要有三种，即敞口下吸式，下吸式及循环流化床（见表6）,发电功率可以从几千瓦到几千千瓦，这为气化发电技术的进一步发展提供了条件。表6中国生物质气化发电中的气化炉型式循环流化气化炉型式层式下吸式下吸式床燃料种类树皮，木块谷壳，木块谷壳，木屑400规模2.030.0kW60200kW4000kW4100-5300KJ3800-4600KJ/4600-6300/mmKJ/m气化温度1100c700-800C650-850C70%50%6575%冷气效率固定床气化炉对原料的适应性比较好，大块原料可以不经预处理直接使用，结构简单，制造容易，初始的建设投资比较小，但是固定床气化炉的升温速率慢，

32、生产强度小，发电规模一般都低于200kW燃气的热值低，发电效率一般都低于13%，运行投资高，综合经济性很差，我国早期的一些固定床气化炉正因为经济性太差好多早已被迫停炉。而流化床气化炉虽然结构复杂，建设投资高，但是运行成本很低，生产强度大，气体热值能提高了20%左右，且易于大型化，有较好的经济性，将是今后气化发电技术的主要发展方向。5.2. 气体机国外的BGP舔统采用的大多是燃气轮机，但受我国焦油处理和燃气轮机技术的限制，我国采用更多的气体机是内燃机。气体机主要燃烧的是低热值的生物质气。我国低热值气体机发展较差，小功率（100KW/基本都由柴油机改装，未有定型产品。大功率（500KVV的机组也有

33、研究，但由于排气温度和控制技术未能过关，目前仍未有成熟产品。现在已有定型产品有160KW口200KW两种。由于单机功率较小，所以中等规模的气化发电系统必须由多台气体机并车，这在一定程度上会影响气化系统功率的进一步提高。5.3. 发电规模从发电规模上分，生物质气化发电系统可分为小型、中型、大型三种。小型气化发电系统所需的生物质数量较少，简单灵活，多采用固定床气化设备，主要用于农村照明或作为中小企业的自备发电机组，一般发电功率小于200kW固定床气化设备又可分为上吸式、下吸式和开心层下式3种,其中下吸式炉型有利于减少炉内热解生成的焦油含量，因而被广泛采用。中型生物质气化发电系统主要作为大中型企业的

34、自备电站或小型上网电站，是当前生物质气化发电技术的主要方式，所需的生物质原料量较大，可适应一种或多种不同的生物质原料，气化方式以流化床气化为主，功率一般为5003000kWo流化床气化技术又包括鼓泡床气化、循环流化床气化及双流化床气化3种，其中研究和应用最多的是循环流化床气化技术，对生物质原料适应性强，也可混烧煤、重油等传统燃料，生产强度大，气化效率高。大型生物质气化发电系统主要作为上网电站，它适应的生物质较为广泛，所需的生物质数量巨大，必须配套专门的生物质供应中心和预处理中心，系统功率一般在5000kW以上，虽然与常规能源相比仍显得非常小，但在技术发展成熟后，它将是今后替代常规能源电力的主要

35、方式之一。一般来说，发电规模越大，单位发电量需要的成本就越低，也越有利于提高热效率和降低二次污染。6 .生物质气化发电的技术经济分析生物质气化发电包括小型、中型和大型气化发电三种模式。小型气化发电指采用简单的气化内燃机发电工艺，发电效率一般在1420%规模一般小于3MW。中型气化发电指除了采用气化内燃机（或燃气轮机）发电之外，同时增加余热回收和发电系统，气化发电系统的总效率可达到25335%另外，大规模的气化燃气轮机联合循环发电系统作为先进的生物质气化发电技术，能耗比常规系统低，总体效率可大于40%，但关键技术仍未成熟，尚处在示范和研究阶段。6.1. 小型生物质气化发电系统小型生物质气化发电系

36、统一般指采用固定床气化设备，发电规模在200KW以下的气化发电系统。小型生物质气化发电系统主要集中在发展中国家，特别是非洲、印度和中国等东南亚国家。美国、欧洲等发达国家虽然小型生物质气化发电技术非常成孰，但由于发达国家中生物质能源相对较贵，而能源供应系统完善，对劳动强度大，使用不方便的小型生物质气化发电技术反应等非常少，只有少数供研究用的实验装置。6.1.1. 小型气化发电系统的技术性能中国有着良好的生物质气化发电基础，我国早在60年代初就开展该方面工作。研究了样机并做了初步推广，还曾出口到发展中国家，一度取得了较大的进展。但由于当时经济环境的限制，谷壳气化发电很难在经济上取得较好收益，在很长

37、一段时间上没有新的改进。近年来，中国的经济状况发生了明显的变化，因而利用谷壳气化发电的外部经济环境有了明显的改善：首先是中国能源供应持续紧张，电力价格居高不下，气化发电可以取得显著的效益；其次是粮食加工厂趋向于大型化，谷壳比较集中，便于大规模处理，气化发电的成本大大降低；最后是环境问题，丢弃或燃烧谷壳会产生环境污染，处理谷壳已成为一种环保要求。目前160k府口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。在原来谷壳气化发电技术的基础上，近年来中国对生物质气化发电技术作了进一步的研究，主要对发电容量大小和不同生物质原料进行了探索，先后完成了2.5至U200KW勺各种

38、机组的研制，其主要特点见表7。表7中国生物质气化发电技术主要特点功率(KW)2.55.51260160200总效率()11.516141811.512.5气化炉层式下吸式下吸式净化水洗过滤发电机内燃机燃料生物质生物质和柴油谷壳中国现在生产的谷壳气化发电设备主要有三种规格，即60KW160KW200KW由于气化炉采用的是较简单的下吸式气化炉，气化效率等各种指标都较差，以最典型的200KW几组为例，其发电效率也仅为12.5%(见表8)表8200KW谷壳气化发电机组的主要资料参数投，资(元)气化炉直径(mm)2000气化炉60000.气体热值(MJ/m3)4100净化器30000.气化效率(%)47

39、发电设备320000.水洗塔直径(mm)500原料系统30000.气体停留时间(s)耗水量(m3/h)压缩比标定转速(r/min)热效率(%)6.0管道10000.30 50水处理40000.9基建50000.750管理费10000.26.6总投资550000.小型气化6.1.2.发电系统的经济性谷壳气化发电机组的固定投资主要包括设备和基建两部分。表8列出了200KW气化发电机组的投资组成，其中设备投资是主要的，单位功率的投资随容量的增大而降低(见图6),而且发电设备(内燃机)所占的份额越来越大，这也是小功率气化发电机组经济性差的主要原因。11 1013幡碑6 W4 N4图6单位投资随功率的变

40、化谷壳气化发电的运行成本包括燃料和消耗材料等。由于现在谷壳不能作饲料，市场价已非常低，有的地方甚至当废料丢弃，所以燃料价主要指谷壳的收集、运输与处理费等。消耗材料主要指发动机使用的润滑油和除焦用的冷却水。维修费主要指零配件的更换与修理。电力价格以国内大部分地区的电网价为基准。具体内容见表9。从表中可知，200KW谷壳气化发电机组在目前条件可以取得可观的经济效益。从成本的敏感性上分析，可以发现，影响进行成本最大的因素是机组容量大小、燃料开支和运行时间三方面，图7是在原料为100元/吨，开工时间为6000小时/年情况下发电成本随机组容量的变化。从图可以发现，小功率的气化发电成本比柴油发电还要高。图

41、8是在现有技术条件下发电成本随原料价格的变化情况。图9是原料为100元/吨时，运行时间对发电成本的影响，它说明了技术稳定性对降低成本的重要性。表9200KW谷壳气化发电机组运行成本及经济效益项目数量单价总开支（元/年）运彳丁成本:人工10人6000元/人60000.燃料2361.6吨/年100元/吨236160.润滑油3600kg/年7元/kg25200.水投资费用：16000m/年0.5元/m38000.投资利息10%、投资55000元/年55000.设备维修5%1组投资25000元/年25000.总费用409360.经济效益：产品收益120万kWh0.5元/kWh600000.年利润190

42、460.投资回收期（不考虑通胀因素）2.9（年）生物质价格的关系图9发电成本与运行时间的关系在现有技术条件下，由于各地原料、电价不同，谷壳气化发电的经济效益将有较大的变化。单纯从经济上考虑，谷壳气化发电可行的标准是气化发电机组的年收益高于设备的折旧费，或加上设备折旧费用后发电成本低于0.5元/kWh由图7图9可知，谷壳气化发电设备要能取得经济效益，必须符合以下条件：(1)在现有技术条件下，原料价值不能高于150元/吨(包括运输及预处理费用)；(2)在原料为100元/吨，机组运行时间为6000小时/年时，气化发电容量不能低于60KVV(3)在发电容量为200KW/原料单价为100元/吨时，设备年

43、运行时间不能低于2500小时。6.2. 中型生物质气化发电系统中型生物质气化发电系统一般指标采用流化床气化工艺，发电规模在4003000KW勺气化发电系统。中型气化发电系统在发达国家应用较早，所以技术较成熟，但由于设备造价很高，发电成本居高不下，所以，在发达国家应用极少，目前在欧洲有少量的几个项目在测用中。近年我国开发出了循环流化床气化发电系统，工艺流程如图10所示，由于该系统有较好的经济性，在我国推广很快，所以已经是国际上应用等最多的中型生物质气化发电系统。图10中型生物质气化发电系统1、2-进料装置；3-循环流化床气化炉；47-催化裂解气体净化装置;8-内燃机发电机组6.2.1. 中型气化

44、发电系统的技术性能以1000kW勺生物质气化发电系统为例，在正常运行下，生物质循环流化床气化发电系统气化效率大约在75%fc右，系统发电效率在1518%t间，单位电费对原料的要需求量为1.51.8lg/kW-(谷壳)，或1.251.35lg/kW?!木屑。但由于气化工艺的影响，在不同的温度下进行气化，气化生成的燃气质量和气化效率有明显的变化，具体变化情况见表10表12。表10温度对木粉的气化发电系统技术参数的影响影响因素620C750c820c产气率(mi/kgFuel)1.51.92.4气化效率(%)4457.7967.96气体热值(MJ/m3)7.065.834.3碳的转化率()57.27

45、9.5681.4表11气化炉在不同操作温度下的气体质量（谷壳）(C)73073075076076079082082083083083015.16.16.15.15.15.14.15.15.14.15.CO4205376315319.18.17.18.15.15.15.16.16.15.16.CO06474985561气7.98.75.06.77.58.44.0CH6.87.37.36.8体9811426成GHm1.71.61.61.61.51.51.41.31.51.01.2分1.31.61.30.47.13.12.57.6H23.72.31.5%9394271851.53.54.54.56.

46、56.54.56.55.57.53.1275339553659021.71.41.11.21.71.31.62.01.21.51.6气体热值615611623623608466544566599577506(kJ/Nm3)23453997121表12温度对气体质量的影响度CHCOCOCHCHGH2NLHV9297.7.0.80.2456208.82131.54723105.0.20.1527506.2.5.7351.476198.4.0.00.259.97798.94由于气化工况对运行效果影响很大，所以中型生物质气化发电系统的运行控制是使用生物质气化发电技术的一个关键。1）气化炉的运行控制气化

47、炉点火成功后，即进入运行状态，在循环流化床谷壳气化反应中，谷壳对温度反应非常敏感，当温度超过850c时，谷壳灰便会发生熔融结渣现象，堵住炉内排渣口，影响气化炉的正常运行，因此，炉内温度的控制十分关键。正常情况下，气化炉的反应温度应稳定在700800c之间，当炉内温度显示低于600c并继续下降，或高于800c并继续上升时，需及时调节，具体方法是：当温度小于600c时，适当减少进料量或稍微加大进风量，使温度回升至正常范围；当温度高于800c时，加大进料量或减少进风量，使炉温下降至正常范围。同其它生物质相比，谷壳的灰份含量高达12%U上，气化后仍残余大量灰份，这些灰份必须及时排出炉外，在图10所示系

48、统中采用的是螺旋干式排灰机构，排灰连续而均匀，谷壳进料量和排灰量形成一种相对稳定的平衡状态，保证气化炉顺利运行，当排灰螺旋排灰出现不均现象或无灰排出时，应及时排除故障，否则，炉内灰份越积越多，气化炉反应层逐渐上移，最终将导致加料口堵塞而停机，止匕外，由于排灰不均匀，炉内灰份时多时少，谷壳气化的稳定状态受到干扰，其结果是炉内温度不均，局部温度过高并出现结渣现象，气化炉无法正常运行。从气化效率的角看，气化炉温度的控制对气化效率有绝对的影响，不同气化形式及不同的原料对最佳的气化温度都有影响。木粉气化发电系统典型的结果见表10。2）净化装置的运行管理由于净化装置中文氏管除尘器及喷淋洗气塔都采用水封结构

49、，因此，气化炉点火启动前必须先启动水泵以确保水封结构有充足的水起密封作用，防止燃气通过水封口外窜引起意外事故；其次，应定期清除文氏管喇叭口处的灰垢，一般每星期清理一次较为合理。3）发电量大小的调节1000kW循环流化床谷壳气化发电系统可根据生产负荷的需要对发电量进行调节，调节范围为200i000kvy其方法是控制谷壳进料量及相应的进风量，先缓慢加大进料量，同时加大进风量，使炉内温度稳定在700800之间，加料量的多少可由加料螺旋电磁调速电机的转速来确定。由于气化炉的温度直接决定与空气量与加料量的比例，所以根据负荷以及调节炉温的需要，空气量有一定变化。例如在700kW的负荷下，一般正常的加料量约

50、900kg/h，为了保证气化温度在700800之间，所需的空气量约为1000m3/h。这是因为如空气量加入太少，木粉燃料氧化产生的热量不足以满足木粉中的碳不完全燃烧所需的热量，如加入太多，一方面，导致气体成份中的有效热值气体完全氧化；另一方面，可燃气体被空气带入的大量随性气体N2所稀释，因此导致气体热值下降。6.2.2. 中型气化发电系统的经济性气化发电系统的投资成本和经济效益是影响用户应用积极性的关键因素，规模小于200kW的发电系统国内目前采用固定床气化装置，总的经济效益较差，循环流化床谷壳气化发电对于处理大规模生物质具有显著的经济效益，表12是600、800、1000kW谷壳气化发电的投

51、资成本和运行费用估算表。表13的结果表明，在开工率70%，电价0.8元/度条件下，气化发电的投资回收期约一年，若开工率不变，而电价降为0.6元/度，则600、800、1000kW三种规模的投资回收期分别是22.5、21和17.8个月，在实际应用过程中，由于各地的人工成本和电价差异很大，这两种因素将对投资回收期构成重大影响，但无论如何，流化床谷壳气化发电的经济效益是显著的。需要指出的是，流化床谷壳气化发电设备的气化原料不仅局限于谷壳，它还可用于处理木屑，从表13的运行费用中可以看出，废料成本所占的比例高达50%，（见图11）。对木料加工厂而言，木粉、木屑是一种废料，有时不但没有任何价值，还需花费

52、一笔不小的处理费，因此，对有废料的加工厂，木粉气化发电的运行成本明显比谷壳低，投资回收期将大大缩短。表13流化床谷壳气化发电投资成本及运行费用估算表项目发电规模600kW800kW1000kW总投资（万元）195262290设备投资（万元）133170207投资基建投资（万元）101215成本安装调试费用（万元）101215谷壳输送设备（万元）888污水处理（万元）354045运行天数250（开工率70%250250运运行人数4人/班*3班=121212行总发电量（万度/年）360480600费原料费用（万元/年）496582用人工费用（万元/年）21.621.621.6维修费（万元/年）2025.531办公费（万元/年）9.611.213.5总开支（万元/年）100.2123.3148.1资金月（彳k本（万兀/年）初率按6%+）11.715.7217.4发电费用成本（兀/度）0.310.290.276年毛利（万元/年）176104245149315195投资回收期13.3个月22.5个月12.8个