生物质气化发电技术

生物质气化发电技术
生物质气化发电技术

生物质气化发电技术

1.气化发电的工作原理及工艺流程

1.1气化发电工作原理

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又分布分散的缺点,又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点,所以是生物质能最有效最洁净的利用方法之一。

气化发电过程包括三个方面,一是生物质气化,把固体生物质转化为气体燃料;二是气体净化,气化出来的燃气都带有一定的杂质,包括灰份、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。

生物质气化发电技术是生物质能利用中有别于其他可再生能源的独特方式,具有三个方面特点:一是技术有充分的灵活性,由于生物质气化发电可以采用内燃机,也可以采用燃气轮机,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;二是具有较好的洁净性,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(大约在700-900oC),NOx 的生成量很少,所以能有效控制NOx的排放;三是经济性,生物质

气化发电技术的灵活性,可以保证该技术在小规模下有效好的经济性,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,所以总的来说,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,综合的发电成本已接近小型常规能源的发电水平。典型的生物质气化发电工艺流程如图1-1所示。

图1-1气化发电系统流程图

生物质循环流化床气化发电装置主要由进料机构,燃气发生装置,燃气净化装置,燃气发电机组、控制装置及废水处理设备六部分组成:

进料机构:进料机构采用螺旋加料器,动力设备是电磁调速电机。螺旋加料器既便于连续均匀进料,又能有效地将气化炉同外部隔绝密封起来,使气化所需空气只由进风机控制进入气化炉,电磁调速电机则可任意调节生物质进料量。

燃气发生装置:气化装置可采用循环流化床气化炉或其他可连续运行的气化炉,它主要由进风机,气化炉和排渣螺旋构成。生物质

在气化炉中经高温热解气化生成可燃气体,气化后剩余的灰份则由排渣螺旋及时排出炉外。

燃气净化装置:燃气需经净化处理后才能用于发电,燃气净化包括除尘、除灰和除焦油等过程。为了保证净化效果,该装置可采用多级除尘技术:例如惯性除尘器、旋风分离器、文氏管除尘器、电除尘等,经过多级除尘,燃气中的固体颗粒和微细粉尘基本被清洗干净,除尘效果较为彻底;燃气中的焦油采用吸附和水洗的办法进行清除,主要设备是两个串联起来的喷淋洗气塔。

燃气发电装置:可采用燃气发电机组或燃气轮机。由于目前国内燃气内燃机的最大功率只有500kW,故大于500kW发电机系统可由多台500kW的发电机并联而组成。燃气轮机必须根据燃气的要求进行相应的改造,目前该项技术国内还未开展,国外技术也不成熟,所以成本较高。

控制装置:由电控柜,热电偶及温度显示表,压力表及风量控制阀所构成。在用户需要实业可增加相应的电脑监控系统。

废水处理设备:采用过滤吸附、生物处理或化学、电凝聚等办法处理废水,处理后的废水可以循环使用。

1.2生物质气化发电技术的分类

生物质气化发电系统由于采用气化技术和燃气发电技术的不同,其系统构成和工艺过程有很大的差别。从气化形式上看,生物质气化过程可以分成为固定床和流化床两大类,固定床气化包括上吸式气化、下吸式气化和开心层下式气化三种,现在这三种形式的气化发电

系统都有代表性的产品。流化床气化包括鼓泡床气化、循环流化床气化及双流化床气化三种。这三种气化发电工艺目前都有研究,其中研究和应用最多是循环流化床气化发电系统。(另外,国际上为了实现更大规模的气化发电方式,提高气化发电效率,正在极积开发高压流化床气化发电工艺。)

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;燃气轮机发电系统采用低热值燃气轮机,燃气需增压,否则发电效率较低,由于燃气轮机对燃气质量要求高,并且需有较高的自动化控制水平和燃气轮机改造技术,所以一般单独采用燃气轮机的生物质气化发电系统较少。燃气—蒸汽联合循环发电系统是在内燃机、燃气轮机发电的基础上增加余热蒸汽的联合循环,该种系统可以有效地提高发电效率。一般来说,燃气—蒸汽联系循环的生物质气化发电系统采用的是燃气轮发电设备,而且最好的气化方式是高压气化,构成的系统称为生物质整体气化联合循环(B/IGCC)。它的一般系统效率可以达40%以上,是目前发达国家重点研究的内容。

传统的B/IGCC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(800℃以上),要使IGCC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IGCC的总体效率达到较高水平(>40%),否则,如果采用一般的常压气化和燃气降温净化,由于气化效率和带压缩的燃气轮机效率都较低,气体的整体效率一般都低于35%。

从纯技术的角度看,生物质IGCC技术可以大大地提高生物质气化发电的总效率。目前国际上有很多先进国家开展这方面研究,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,如系统未成熟,造价也很高,限制了其应用推广。以意大利12MW 的IGCC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/kW.h,实用性仍很差。

近年来,欧洲为了解决开展了新的气化发电工艺研究(JOULE II 项目),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。它的主要目的是发展适合于中小型规模使用的生物质气化发电技术,解决B/IGGCC过程中碰的难题,提高生物质气化发电技术的实用性,它的基本原理是生物质气化后,燃气不需经过交货除焦,直接在燃烧器中燃烧,燃烧后的烟气用来加热高压的空气,最后由高温高压空气推动燃气轮机发电,该技术路线的最大优点是避开了高温除尘及除焦两大难题,但最大的难题是高温空气供热设备的材料和工艺问题。由于该项目的设备可靠性和造价问题,目前还很难进入实际应用(图1-2)

图1-2 Free Un流程

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,小型气化发电系统简单灵活,主要功能为农村照明或作为中小企业的自备发电机组,它所需的生物质数量较多少,种类单一,所以可以根据不同生物质形状选用合适的气化设备,一般发电功率,<200KW。

中型生物质气化发电系统主要作为大中型企业的自备电站或小型上网电站,它可以适用于一种或多种不同的生物质,所需的生物质数量较多。需要粉碎、烘干等预处理,所采用的气化方式主要以流化床气化为主,中型生物质气化发电系统用途广泛,适用性强,是当前生物质气化技术的主要方式,功率规模一般在500~3000KW之间。

大型生物质气化发电系统主要功能是作为上网电站,它可以适用的生物质较为广泛,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,是今后生物质利用的主要方面。大型生物质

气化发电系统功率一般在5000KW以上,虽然与常规能源比仍显得非常小,但在生物质能发展成熟后,它将是今后替代常规能源电力的主要方式之一。

表1-1各种生物质气化发电技术的特点

规模气化过程发电过程主要用途

小型系统

功率<200KW 固定床气化

流化床气化

内燃机组

微型燃气轮机

农村用电

中小企业用电

中型系统

500KW<功率3000KW 常压流化床气化内燃机

大中企业自备电

站、小型上网电站

大型系统>5000KW 常压流化床气化、

高压流化床气化、

双流化床气化

内燃机+蒸汽轮机

燃气轮机+蒸汽轮机

上网电站、独立能

源系统

在中国目前条件下研究开发与国外相同技术路线的B/IGCC的大型气化发电系统,由于资金和技术问题,将更加较困难。由于我国工业水平的限制,目前,我国小型燃气轮机(﹤5000kW)的效率仅有25%左右(仅能用于天燃气或石油,如果利用低热值气体,效率更低),而且燃汽轮机对燃气参数要求很高(进口燃气H2S﹤200mg/N m3,萘﹤100mg/N m3,HCN﹤150mg/N m3,焦油与杂质﹤100mg/N m3)。而国外的燃汽轮机的造价很高,单位造价约达7000元/KW左右(系统造价将达15000元/ kW以上)。另外,由于我国仍未开展生物质高压气化的研究,所以在我国如果研究传统的B/IGCC系统,以目前的水平其效率将低于30%,而且有很多一时难以解决的技术问题。

针对目前我国具体实际,采用气体内燃机代替燃气轮机,其它部分基本相同的生物质气化发电过程,不失为解决我国生物质气化发电规模化发展的有效手段。一方面,采用气体内燃机可降低对燃气杂质

的要求(焦油与杂质含量﹤100mg/N m3即可),可以大大减少技术难度。另一方面,避免了调控相当复杂的燃气轮机系统,大大降低系统的成本。从技术性能上看,这种气化及联合循环发电在常压气化下整体发电效率可达28%—30%左右,只比传统的低压IGCC降低3%—5%。但由于系统简单,技术难度小,单位投资和造价大大降低(约5000元/kW);更重要的是,这种技术方案更适合于我国目前的工业水平,设备可以全部国产化,适合于发展分散的、独立的生物质能源利用体系,可以形成我国自己的产业,在发展中国家大范围处理生物质中有更广阔的应用前景。

2生物质气化发电的关键技术

2.1生物质气化工艺的设计与选用

生物质的气化有各种各样的气化工艺过程。从理论上讲,任何一种气化工艺都可以构成生物质气化发电系统。但从气化发电的质量和经济性出发,生物质气化发电要求达到发电频率稳定、发电负荷连续可调两个基本要求,所以对气化设备而言,它必须达到燃气质量稳定,燃气产量可调,而且必须参连续运行。在这些前提下,气化能量转换效率的高低是气化发电系统运行成本的才是关键所在。

气化形式选定以后,从系统匹配的角度考虑,气化设备应满足以下要求:

(1)产气尽可能干净,以减少后处理系统的复杂性,使焦油含量达到内燃机允许的程度。如果后续净化系统选用催化裂解工艺,还要尽可能使原始气中的焦油具有易于催化裂解的特点;

(2)产气热值要高而且稳定,以提高内燃机的输出功率,增大整个系统的效率;

(3)设计气化炉本体及加料排渣系统,应充分考虑原料特性,实现连续运行;

(4)充分利用余热,提高能量利用率。

表1-2是各种气化炉的特性,是气化发电系统选择气化炉形式和控制运行参数的制约条件。

表1-2几种气化形式对气化发电系统性能的影响

上吸式下吸式鼓泡流化床循环流化床

原料适应性适应不同形状

尺寸原料、含

水量在

15-45%间可

稳定运行。

大块原料不

经预处理可

直接使用。

原料尺寸控制较

严,需预处理过程。

能适应不同种类的原

料,但要求为细颗粒,

原料需预处理过程。

燃气特点

后处理过程的简单性H2和CnHm

含量少,CO2

含量高,焦油

含量高,需要

复杂净化处

理。

H2含量增

加。焦油经

高温区裂

解,含量减

少。

与直径相同的固定

床比,产气量大4

倍,焦油较少,燃

气成分稳定,后处

理过程简单。

焦油含量少, 产气量

大,气体热值比固定床

气化炉高40%左右。后

处理简单。

设备实用性、单炉生产能力、结构复杂程度、制造维修费用生产强度小。

结构简单、加

工制造容易

生产强度小

结构简单,

容易实现连

续加料。

生产强度是固定床

的4倍,但受气流

速度的限制。故障

处理容易,维修费

用低

生产强度是固定床的

8-10倍,流化床的2倍,

单位容积的生产能力

最大。故障处理容易,

维修费用低。

与发电系统的匹配性工作安全、稳

定。

安全、稳定。操作安全稳定。负

荷调节幅度受气速

的限制。

负荷适应能力强,启

动、停车容易,调节范

围大,运行平稳。

从实际应用上考虑,固定床气化炉比较合适于小型、间隙性运行的气化发电系统,它的最大优点是原料不用预处理,而具设备结构简

单紧凑,燃气中含灰量较低,净化可以采用简单的过滤方式,但它最大的缺点是固定床不便于放大,难以实现工业化,发电成本一般较高。另外,固定床由于加料和排灰问题,不便于设计为连续运行的方式,对气化发电系统的连续运行不利,而且燃气质量容易波动,发电质量不稳定,这些方面都限制了固定床气化技术在气化发电系统中的大量应用,是小型生物质气化发电系统实现产业化的最大技术难题。

各种流化床气化技术,包括鼓轮床、循环流化床、双流化床等。是比较合造于气化发电工艺的气化技术,首先它运行稳定,包括燃气质量,加料与排渣等非常稳定,而且流化床的运行连续可调,最重要的一点是它便于放大,适于生物质气化发电系统的工业应用。当然,流化床也有两个明显的缺点,一是原料需进行预处理,使原料满足流化床与加料的要求;二是流化床气化产生燃气中飞灰含量较高,不便于后续的燃气净化处理,这两方面都是目前生物质流化床工业应用正在研究解决主要内容。

图1-3 流化床气化器

生物质流化床气化工艺有三种典型的形式,即鼓泡床气化,循环流化床气化及双床气化,(图1-3~图1-4),三种流化床气化炉中以循

环流气化速度最快。它适用于较小的生物质颗料,在大部人情况下它可以不必加流化床热载体,所以它运行最简单,但它的炭回流难以控制,在炭回流较少的情况下容易变成低速率的载流床。鼓泡床流化速度较慢,比较合适于颗粒较大的生物质原料,而且一般必须增加热截体。双床系统是鼓泡床和循环流化床的结合,它把燃烧和气化过程分开,燃烧床采用鼓泡床,气化床采用循环流化床,两床之间靠热载体进行传热,所以控制好热截体的循环速度和加热温度是双床系统最关键也是最难的技术。总的来说流化床气化由于存在着飞灰和夹带炭颗严重,运行费用较大等问题,它不适合于小型气化发电系统,只适合于大中型气化发电系统,所以研究小型的流化床气化技术在生物质能利用中很难有实际意义。

图1-4 双流化床气化器

流化床气化炉的放大设计是大中型生物质气化发电系统应用必解决的关键技术之一,由于一般气化过程采用空气作气化分质,所以流化床气化炉的下部一般是燃烧的热空气中上部为燃气混合气、两都的气体体积变化较大,为了保证流休床运行在合理的流化速度范围,

一般设计时采用下部小,上部大的变戴面结构。(如图1-5)

图1-5流化床气化炉结构示意图

常压流化床的放大有一定的限制,当气化发电系统的发电规模大于100MW以后,由于流化床气化设备的体积过于庞大,加工气化调谐和增压燃气轮机发电效率较低,常压流化床已不能满足气化发电技术的要求,所以高压气化技术是气化发电技术大型化和规模化发展的必然趋势。表7-3是瑞典TPS公司对常压及增加流化床(10-15atm)的理论计算结果比较,比较发现,当循环流化床的出力达150MW以后,常压流化床的直径已达5500mm,而增压流化床气化炉直径才2300mm,所以此时采用高压流化床气化技术又非常必要,需要说明的是,由于生物质颗粒度的差别,对大部妥粉碎后的生物质,实际设计选用的参数要比表1-3的结果保守得到。例如对粉碎后的秸杆或一般木屑,20MW的循环流化床直径已达3000mm,而不是理论计算的

2001mm,从这个角度出发,高压气化技术对大型生物质气化发电系统显得更为重要。

表1-3常压、高压流化床理论直径比数

燃气出力20MW 50MW 150MW

常压流化床2100mm 300mm 5500mm

高压流化床(atm)1200mm 160mm 2300mm

3生物质焦油裂解技术

3.1生物质焦油的特性

生物质气化的目标是得到尽可能多的可燃气体产物,但在气化过程中,焦炭和焦油都是不可避免的副产物。其中由于焦油在高温时呈气态,与可燃气体完全混合,而在低温时(一般低于200℃)凝结为液态,所以其分离和处理更为困难,特别对于燃气需要降温利用的情况(如燃气用于家庭或内燃机发电时),问题更加突出。

焦油的存在对气化有多方面的不利影响,首先它降低了气化效率,气化中焦油产物的能量一般占总能量的5~15%,这部分能量是在低温时难以与可燃气体一道被利用,大部分被浪费,其次焦油在低温时凝结为液态,容易和水、焦炭等结合在一起,堵塞送气管道,使气化设备运行发生困难。另外,凝结为细小液滴的焦油比气体难以燃烬,在燃烧时容易产生炭黑等颗粒。对燃气利用设备,如内燃机、燃气轮机等损害相当严重,这就大大降低了气化燃气的利用价值。所以针对气化过程产生的焦油,采取办法把它转化为可燃气,既提高气化效率,又降低燃气中焦油的含量,提高可燃气体的利用价值,对发展和推广生物质气化发电技术具有决定性的意义。

3.2 焦油的特点

在生物质热转换中,焦油的数量主要决定于转换温度和气相停留时间,与加热速率也密切相关。对一般生物质而言,在500℃左右时焦油产物最多,高于或低于这一温度焦油都相应减少(见图1-6)。而在同一温度下,气相停留时间越长,意味着焦油裂解越充分。所以随着气相停留时间的增加,焦油产量会相应地减少(见图1-7)。

图1-6 生物质热解时在不同温度下的焦油产量

焦油的成份非常复杂,可以分析到的成份有100多种,另外还有很多成份难以确定,而主要成份不少于20种,大部分是苯的衍生物及多环芳烃,其中含量大于5%的大约有7种,它们是:benzene(苯),naphthalene(萘),toluene(甲苯),xylene(二甲苯),styrene(苯乙烯),phernol(酚)和indene(茚),其它成份含量一般都小于5%,而且在高温下很多成份会被分解。所以随着温度的升高,焦油含量中成份的数量越来越少(见图1-8),因而在不同条件下(温度、停留时间、加热速率)焦油的数量和各种成份的含量都是变化的,任何分析

结果只能针对于特定的条件而言。

图1-7 停留时间对气化产物的影响

图1-8焦油种类与温度的关系

根据这些特点,我们应在气化过程中尽可能提高温度和气相停留时间,减少焦油的产量和种类,以达到在气化时控制焦油的产生,减少气体净化的难度。

3.3 生物质焦油催化裂解

3.3.1焦油催化裂解的原理

尽管在生物质气化过程中采取各种措施控制焦油的产生,但实际上气体中焦油的含量仍远远超出应用允许的程度,所以对气体中的焦油进行处理,是有效利用燃气必不可少的过程,其中焦油的催化裂解是最有效、最先进的办法。以往简单的水洗或过滤等办法,只是把焦油从气体中分离出来,然后作为废物排放,既浪费了焦油本身的能量,又会产生大量的污染。而焦油热裂解却可把焦油分解为永久性气体,与可燃气一起被利用。所以它既减少了焦油含量,又利用了焦油中的能量。但热裂解需要很高的温度(1000℃~1200℃),所以实现较困难。催化裂解利用催化剂的作用,把焦油裂解的温度大大降低(约750℃~℃900),并提高裂解的效率,使焦油在很短时间内裂解率达99%以上。

化学式描述裂解的转化过程。但不管何种成份,裂解的最终产物与气化气体的成份相似,所以焦油裂解对气化气体质量没有明显影响,只是数量有所增加。对大部分焦油成份来说,水蒸汽在裂解过程中有关键的作用,因为它能和某些焦油成份发生反应,生成CO和H2等气体,既减少炭黑的产生,又提高可燃气的产量。例如,萘在催化裂解时,发生下述反应[3]:

C10H8+10H2O 10CO+14H2

C10H8+20H2O 10CO2+24H2

C10H8+10H2O 2CO+4CO2+6H2+4CH4

由此可知,水蒸汽非常有利于焦油裂解和可燃气体的产生。

3.3.2 催化剂的特点及选择

生物质焦油催化裂解原理与石油的催化裂解相似,所以关于催化剂的选用可从石油工业中得到启发。但由于焦油催化裂解的附加值小,其成本要求很低才有实际意义。所以人们除利用石油工业的催化剂外,还大量研究了低成本的材料,如石灰石,石英砂和白云石等天然产物。

大量的实验表明,很多材料对焦油裂解都有催化作用,其中效果较好又有应用前景的典型材料主要有三种,即木炭、白云石、镍基催化剂,它们的主要性能列于表1-4中。

表1-4 典型催化剂的主要特点

名称反应温度接触时间转化效率特点

镍基催化剂750℃~1.0s 97 % (1) 反应温度低,转换效果好[4]

(2) 材料较贵,成本较高

木炭800℃

900℃~0.5s

~0.5s

91 %

99.5%

(1) 木炭为气化自身产物,成本低

(2) 随着反应进行,木炭本身减少

白云石* 800℃

900℃~0.5s

~0.5s

95 %

99.8 %

转换效率高,材料分布广泛,

成本低

*白云石的主要成份为CaCO3和MgCO3,不同地方出产的白云石成份略有不同。

从上面三种典型催化结果比较可知,镍基催化剂的效果最好,在750℃时即有很高的裂解率,而其他材料在750℃裂解的效果还不

理想,但由于镍基催化剂较昂贵,成本较高,一般生物质气化技术难以应用,所以只能在气体需要精制或合成汽油的工艺中使用。木炭的催化作用实际上在下吸式气化炉中即有明显的效果,但由于木炭在裂解焦油的同时参与反应,所以消耗很大(在1000℃时达0.1kg/Nm3),对大型生物质气化来说木炭作催化剂不现实,但木炭的催化作用对气化炉的设计及小型气化炉有一定的指导意义。

白云石(dolomite)是目前为止研究得最多和最成功的催化剂],虽然各地白云石的成份略有变化,但都有催化效果,一般当白云石中CaCO3 / MgCO3在1~1.5时效果较好。白云石作为焦油裂解催化剂的主要优点是催化效率高,成本低,所以具有很好的实用价值。

3.3.3焦油催化裂解的工艺条件

焦油催化裂解除要求合适的催化剂外,还必须有严格的工艺条件。和其他催化过程一样,影响催化效果最重要因素有温度和接触时间,所以其工艺条件也是根据这方面的要求来确定的。下面以白云石为例,分析这些工艺条件的特点

1)温度:任何催化过程必须在合适的温度下才能进行,白云石对焦油的裂解在800℃以上即有很高的裂解率,而在900℃左右即可得到理想的效果(见图7-9),这一温度和生物质气化的温度相近[6],所以比较容易实现,这也是白云石被广泛使用的主要原因之一。

2)接触时间:焦油和催化剂的接触时间是决定催化效果的另一重要因素。由于接触时间又是由气相停留时间和催化剂的比表面积决定的,所以气相停留时间和白云石和颗粒大小成为催化裂解的重要工

艺条件。在同一条件下,气相停留时间越长,裂解效果越好(见图1-9和见图1-10)。

图1-9白云石中裂解床温度和床高与焦油含量的关系

图1-10白云石裂解床焦油转化率与停留时间的关系

对于不同的接触方式,气相停留时间的要求不同,例如,在800℃

时,对dp 5mm的固定床,气相停留时间一般要求在0.5s左右,而对于dp 1.5mm的流化床,气相停留时间仅需0.1~0.25s即可[7]。同样的白云石的直径越小,催化效果越好(见图1-11),但颗粒直径太小,对固定床来说,阻力太大,而对流化床来说飞灰损失太严重,所以白云石的直径有一合适范围,一般dp为2.0~7.0mm为好。

图1-11白云石直径对焦油裂解旅的影响

3.3.4实现催化裂解工艺要求的关键

对理想的白云石催化剂,裂解焦油的首要条件是足够高的温度(800℃以上),这一温度与流化床气化炉的运行温度相似。有关的实验表明,把白云石直接加入流化床气化炉中对焦油有一定的控制效果,但并不能完全解决问题。这主要是由于气化炉中焦油与催化剂的接触并不充分(因为焦油的产生主要在加料口位置,但即使循环流化床,加料口以上的催化剂数量也不可能很多)。所以为了达到预期效

生物质气化发电原理

一、概况 生物质气化发电技术,简单地说,就是将各种低热值固体生物质能源资源(如农林业废弃物、生活有机垃圾等)通过气化转换为燃气,再提供发电机组发电的技术。寻求利用生物质气化发电的方法,既可以解决可再生能源的有效利用,又可以解决各种有机废弃物的环境污染。正是基于以上原因,生物质气化发电技术得到了越来越多的研究和应用,并日趋完善。 生物质气化发电,可归纳为下列几种方式: 从上图可以看出,生物质气化发电可通过三种途径实现:生物质气化产生燃气作为燃料直接进入燃气锅炉生产蒸汽,再驱动蒸汽轮机发电;也可将净化后的燃气送给燃气轮机燃烧发电;还可以将净化后的燃气送入内燃机直接发电。在发电和投资规模上,它们分别对应于大规模、中等规模和小规模的发电。 今天,在商业上最为成功的生物质气化内燃发电技术,由于具有装机容量小、布置灵活、投资少、结构紧凑、技术可靠、运行费用低廉、经济效益显著、操作维护简单和对燃气质量要求较低等特点,而得到广泛的推广与应用。 二、生物质气化内燃发电系统主要组成部分 生物质气化内燃发电系统主要由气化炉、燃气净化系统和内燃发电机等组成: 气化炉是将生物质能由固态转化为燃气的装置。生物质在气化炉内通过控制空气供应量,而进行不完全燃烧,实现低值生物质能由固体向气态的转化,生成包含氢气(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、多碳烃(C n H m)等可燃成 分的燃气,完成生物质的气化过程。

气化产生的燃气出口温度随气化炉型式的不同,在350℃~650℃之间,并且燃气中含有未完全裂解的焦油及灰尘等杂质,为满足内燃机长期可靠工作的要求,需要对燃气进行冷却和净化处理,使燃气温度降到40℃以下、焦油灰尘含量控制在50mg/Nm3以内,燃气经过净化后,再进入内燃机发电。 在内燃机内,燃气混合空气燃烧做功,驱动主轴高速转动,主轴再带动发电机进行发电。 生物质气化内燃发电就是通过以上过程,将各种废弃物化废为宝,转化为优质电能,解决废弃物的污染和能源的合理利用问题。 三、本公司生物质气化内燃发电系统介绍 生物质气化内燃发电装置装机容量有160kW、200kW、400kW、600kW、800kW、1000kW等规格,最大输出功率可在1.4MW以上。 在200kW及以下发电规模情况下,气化炉一般采用下吸式固定床气化炉,典型的下吸式固定床气化发电装置如下图所示: 气化炉为下吸式固定床气化炉,可连续加料,连续出灰。料口在气化炉顶部,原料可从高位料仓放入,也可通过加料机提升进入气化炉内,灰渣由出渣机排出。

生物质能发电技术与装备

生物质能发电技术与装备 序言 能源是国民经济重要的基础产业,是人类生产和生活必需的基本物质保障。目前,能源供应主要依靠煤炭、石油和天然气等化石能源,化石能源资源的有限性和化石能源开发利用过程中引起的环境问题,对经济和社会的可持续发展产生了严重的制约。我国已成为能源生产和消费大国,在全国建设小康社会的进程中,如何改善能源结构,保障能源安全,减少环境污染,促进经济和社会的可持续发展,是我国面临的一个重大战略问题。 生物质是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能,每年净光合作用产生的生物质约1700亿吨,其能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍,而作为能源的利用量还不到其总量的1%。这些未加以利用的生物质,为完成自然界的碳循环,其绝大部分由自然腐节将能量和碳素释放,放回自然界中。另一方面,由于过度消费化石燃料,过快、过早地消耗了这些有限的资源,释放出大量的多余能量和碳素,打破了自然界的能量和碳平衡,更加剧了环境和全球气候恶化。 通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源,生产各种清洁燃料,替代煤炭、石油和天然气等燃料生产电力,从而减少对矿物能源的依赖,保护国家能源资源,减轻能源消费给环境造成的污染。目前,世界各国,尤其是发达国家,都在致力于开发高效、无污染的生物智能利用技术,以达到保护矿产资源,保障国家能源安全,实现CO2减排,保持国家经济可持续发展的目的。 一、生物质 生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。 二、生物质能 生物质能(biomass energy ),就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳,所以从广义上讲,生物质能是太阳能的一种表现形式。目前,很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、

500kw生物质气化发电项目方案

德博科技 500KW生物质气化发电 项目方案 项目名称:500K W生物质气化发电项目 设计方:合肥德博生物能源科技有限公司

德博科技 500KW生物质气化发电项目初步设计方案 方案设计:合肥德博生物能源科技有限公司 一、行业概要 1、合肥德博生物能源科技有限公司情况简介 (1)“以人为本、以德经营”的理念 多年来,德博公司坚持“以人为本、以德经营”的理念。在内部,公司为各类人才创造良好的工作和生活环境,使得人尽其才,才尽其用;在外部对待客户方面,公司诚信经营,伴随着项目的合作,公司“绿色、节能、环保”的理念得以推广,减少了常规能源消耗带来的环境污染和资源消耗,实现民众道德的提升,为子孙后代留下碧水蓝天。 (2)充足的人才队伍 本单位现有固定员工60多人,其中用于新技术研发和产品设计的人员15人,其中博士生3人,硕士生5人,专业技术人员7人。用于开拓国内外市场和信息集成的人员5人,本科及以上学历占93%。 (3)资深的专家团队 自建立之初,德博人就深刻理解到“科技就是第一生产力”的真谛,通过项目研发、共同申请科技课题等多种形式,与中国科学院工程热物理所、南京林业大学、中国科学技术大学等多家权威研究机构

德博科技 进行了紧密合作,同时邀请多位生物质能业内资深专家作为本单位的专家团队,为德博公司的发展提供技术指导和支持。 (4)在同行业之间位置 公司锐意进取,着眼于精品工程和创新项目,目前在国内已有40多套成功案例,并凭借雄厚的技术优势,产品远销东南亚及欧洲等发达国家。德博公司在生物质能业界开创了多个“第一”:第一个利用生物质燃气为锅炉燃烧提供燃气项目;第一个生物质燃气替代窑炉煤气项目;第一个生物质燃气用于物料干燥项目;第一个高速生物质循环流化床气化项目;第一个生物质燃气与煤粉混燃项目;第一个循环流化床劣质煤气化项目;第一个循环流化床污泥焚烧项目;第一个循环流化床垃圾气化项目等,是目前中国最大的生物质气化炉下吸式固定床和高速循环流化床的研发者。在潜心研究生物质气化燃气综合利用的同时,公司对生物质气化过程中的延伸产品也做了大量科研,成果丰硕,先后利用下吸式固定床气化工艺提取生物质醋液(醋液)和控制炉料的碳化率达到含有50%-60%左右的生物质炭。生物质醋液用途广泛,一般用于杀菌、消毒,可代替农药,同时在日韩等发达国家可对醋液进行进一步深加工,产生代替化学物质的醋酸成分应用于化妆品等领域,经济价值得到更大的提升;生物质碳可作为钢铁厂的保温材料,也可以用作水泥添加剂及提取活性碳,目前市场价在600-1500元每吨。这些延伸产品的运用使生物质产业链得到进一步的

生物质气化发电技术

生物质气化发电技术 1.气化发电的工作原理及工艺流程 1.1气化发电工作原理 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又分布分散的缺点,又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点,所以是生物质能最有效最洁净的利用方法之一。 气化发电过程包括三个方面,一是生物质气化,把固体生物质转化为气体燃料;二是气体净化,气化出来的燃气都带有一定的杂质,包括灰份、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。 生物质气化发电技术是生物质能利用中有别于其他可再生能源的独特方式,具有三个方面特点:一是技术有充分的灵活性,由于生物质气化发电可以采用内燃机,也可以采用燃气轮机,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;二是具有较好的洁净性,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(大约在700-900oC),NOx

的生成量很少,所以能有效控制NOx的排放;三是经济性,生物质气化发电技术的灵活性,可以保证该技术在小规模下有效好的经济性,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,所以总的来说,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,综合的发电成本已接近小型常规能源的发电水平。典型的生物质气化发电工艺流程如图1-1所示。 图1-1气化发电系统流程图 生物质循环流化床气化发电装置主要由进料机构,燃气发生装置,燃气净化装置,燃气发电机组、控制装置及废水处理设备六部分组成: 进料机构:进料机构采用螺旋加料器,动力设备是电磁调速电机。螺旋加料器既便于连续均匀进料,又能有效地将气化炉同外部隔绝密封起来,使气化所需空气只由进风机控制进入气化炉,电磁调速电机则可任意调节生物质进料量。

生物质气化发电技术的现状及发展趋势_欧训民

清洁能源与新能源 生物质气化发电技术的现状及发展趋势 欧训民 (清华大学能源环境经济研究所,北京100084) 摘 要:简要介绍了国内外生物质气化发电技术的研究现状及发展趋势。生物质气化发电技术在发达国家已受到广泛重视,生物质联合循环发电技术(BIGCC)利用外燃机燃用生物质气,可避免高温气化气的除尘除焦难题,是一种比较先进的生物质能利用技术。根据我国国情,引进大型BIGCC 并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之一。 关键词:生物质;气化;生物质联合循环发电;外燃机 中图分类号:T M 619;X 382 文献标志码:A 文章编号:1005-7439(2009)02-0084-02 Status Quo and Developing Trend of the Biomass Gasification Power Generation Technology OU Xun -min (Institute of Energ y and Enviro nmental Economy ,T sing hua U niv ersity ,Beijing 100084,China) Abstract:Br iefly discusses the bio mass g asificatio n po wer generat ion techno log y (BGP GT )r esear ch and development status and tr ends.BGPG T is widely g iven pubic attention in the develo ped countries.Biomass Integ rated Generation of Combined Cycle (BIG CC)is an advanced biomass energ y utilizatio n techno log y w ith the applicat ion of O ut er Combustion Eng ine (OCE)pr oducing biomass gas and avoiding the coke pro blem due to hig h -temper atur e gasificat ion.Accor ding to China p situation,t o dev elop big BIGCC and substituted Inner Combustio n Eng ine (ICE)fo r turbine is a promising and effectiv e means for the la rg e -scale development of bio mass g asificatio n po wer generatio n. Keywords:bio mass;gasification;co mbined cycle bio mass pow er g ener ation;o uter combustion eng ines 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]。 生物质发电技术在发达国家已受到广泛重视, 特别是瑞典、丹麦、芬兰、奥地利、挪威和法国等国政府近年来大力推动生物质能的发展,生物质能在总能源消耗中所占的比例迅速增加。例如瑞典和丹麦目前正在实施利用生物质进行热电联产的计划,希 基金项目:国家自然科学基金重大国际(地区)合作研究项目/能源利用CO 2减排技术路线评价模型与战略研究"(编号:50246003)资助。 望进一步提高生物质能的转换效率,把生物质能转换为高品位电能并满足供热的需求。芬兰是世界上 利用林业废料、造纸废弃物等生物质发电最成功的国家之一,福斯特威勒公司是芬兰最大的能源公司,所生产的发电设备主要利用木材加工业、造纸业的废弃物为燃料,废弃物的最高含水量可达60%,机组的热效率可达88%[2],所制造的燃烧生物质的循环流化床锅炉技术先进,可提供的生物质发电机组功率为3~47MW 。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,生物质能在可再生能源总利用量中的比例由原来的3%增加到最近的25%,已拥有装机容量为1~2M W 的区域供热站90座[3]。在比利时,有100多年历史的布罗赛尔温克能源技术公司是生物质热电联产专用锅炉的生产企业,也是世界上最早采用生物质为燃料的锅炉 # 84#第30卷第2期2009年4月 能源技术 ENERGY TECH NOLOGY V ol.30 N o.2Apr il. 2009

生物质能发电简述

生物质能发电工艺简述编写:王旭

一、发展生物质能意义 人类在经济持续发展过程中正面临着人口、资源和环境的巨大压力。能源的开发、利用与这三大因素密切相关。这一问题的核心是如何使能源、社会、经济、环境协调和可持续发展。目前,世界上使用的能源主要为矿物能源,其中包括煤炭、石油、天燃气。矿物能源的不断开发将最终导致能源短缺,矿物能源的大量使用也造成全球环境污染严重等问题。 生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。国外生物质能研究开发工作主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如加拿大、丹麦、荷兰、德国、法国、芬兰等国,多年来一直在进行各自的研究与开发,并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系,拥有各自的技术优势。 我国生物质能研究开发工作,起步较晚。随着经济的发展,开始重视生物质能利用研究工作,从八十年代起,将生物质能研究开发列入国家攻关计划,并投入大量的财力和人力。已经建立起一支专业研究开发队伍,并取得了一批高水平的研究成果,初步形成了我国的生物质能产业。 我国现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷,理论上生物质资源可达65亿吨/年以上。以平均热值为15,000kJ/kg计算,折合理论资源最为32.5亿吨标准煤,相当于我国目前年总能耗的3倍以上。

生物质能是一个重要的能源,预计到下世纪,世界能源消费的40%来自生物质能,我国农村能源的70%是生物质,我国有丰富的生物质能资源,仅农村秸杆每年总量达6亿多吨。随着经济的发展,人们生活水平的提高,环境保护意识的加强,对生物质能的合理、高效开发利用,必然愈来愈受到人们的重视。因此,科学地利用生物质能,加强其应用技术的研究,具有十分重要的意义。 二、生物质能发电工艺 生物质发电在发达国家己受到广泛重视,在奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典等欧洲国家和北美,生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。目前国内外生物质能发电主要工艺分三类:生物质锅炉直接燃烧发电、生物质~煤混合燃烧发电和生物质气化发电。 1. 生物质锅炉直接燃烧发电 目前国内外广泛应用的秸秆直燃技术为振动炉排直接燃烧炉,该技术在国外已经有成熟经验,并已大量投产。目前国内一些锅炉厂家也拥有这项技术,但还处于起步阶段没有投产经验。 振动炉排秸秆直燃炉的工艺流程:粗处理后的燃料经给料机送入炉堂,燃料自然落入炉排前部,在此处由于高温烟气和一次风的作用逐步预热、干燥、着火、燃烧。燃料边燃烧边向炉排后部运动,直至燃尽,最后灰渣落入炉后的除渣口。 直燃炉易存在的问题:由于秸秆灰中碱金属和氯的含量

生物质气化发电项目建议书

徐州绿洁能源科技有限公司24MW生物质气化发电项目 项目建议书 2015年4月

1、概述 1.1项目背景 1.1.1项目名称 24MW生物质气化发电项目 1.1.2承办单位 徐州绿洁能源科技有限公司 1.1.3项目建设背景、意义 能源是人类社会存在与发展的物质基础,是维持和发展社会经济、人类生活及物质文明的最基本因素,人们的各种生产活动和日常生活都离不开能源。随着人类社会的发展,能源消耗量不断增加。尤其是近一百年来,产业革命后工业的大发展及全世界人口的增长,使得人类对能源的消耗量急剧增长。 人类目前使用的主要化石能源有煤炭、石油、天然气三种,据国际能源机构统计,地球上这三种能源供人类开采的年限分别只有240年、40年和50年。我国煤炭的剩余可开采储量仅为1390亿吨标准煤。按照目前的开采速度只能维持83年。目前我国石油的进口依存度也已超过40%。 今天,人类正面临着经济增长和环境保护双重压力,能源问题是当今世界各国共同面临的关系国家安全和经济社会可持续发展的中心议题。生物质能作为世界一次能源消费中的第四大能源资源,是唯一可存储和运输的可再生能源,在人类未来的能源系统中将占重要地位。 生物质能是由植物与太阳的光合作用而贮存于地球上植物中的太阳能。据估算,植物每年贮存的能量相当于世界主要燃料消耗的10倍,而现在作为

能源的利用量还不到其总量的1%。生物质能与化石能源均属一次能源。在现代社会中实际使用的多为二次能源,如“过程性能源”——电能,“含能体能源”——柴油和汽油等。因此在开发利用生物质能的过程中,生物质高效率、低成本地转化为二次能源是生物质现代化利用的核心。改变我国现有的能源生产消费模式,利用生物质能转换技术,生产各种清洁能源,以替代煤炭、石油、天然气等化石能源,建立可持续发展的能源系统,对于保障我国未来能源安全、促进我国经济发展和环境保护具有十分重要的现实意义和战略意义。 1.1.4项目建设的必要性 (1)本项目建设对于缓解我国目前的能源供需矛盾是必要的 随着经济发展和人口增长,我国能源消费量不断增长。按目前的开采速度,我国剩余煤炭储量仅能开采83年。我国石油储量仅占世界储量的2%,如按2000年年开采量计算,到2020年我国石油资源将枯竭。而2020年我国石油需求将达3.6亿吨。这势必对我国能源安全造成影响,成为制约我国经济社会发展的巨大障碍。本项目建设每年将节省8万吨标准煤,部分副产品可替代石油产品。 (2)本项目建设对缓解我国电力供应紧张状况是十分必要的 我国在电力供应方面存在较大缺口,要实现2020年国民经济翻两番的目标,保障可靠的电力供应是必备条件。因地制宜地利用当地生物质能资源,建立分散独立的离网或并网电站,有助于保证电力供应,保障电网电力供应安全。本项目建设将有效缓解沛县周边地区用电紧张状况。 (3)本项目建设对于环境保护是必要的 生物质能属清洁能源,对减少温室气体及其它有害气体排放和国家环境

生物质气化发电

生物质气化发电

一生物质气化合成气与煤混合燃烧发电技术 间接混合燃烧是先把生物质气化为清洁的可燃气体,然后与煤粉混燃。 在欧洲,生物质与煤间接混合燃烧技术目前已进入商业化运行,技术上被认为是相当成熟。例如,位于奥地利Styria的Zeltweg电厂,采用循环流化床技术,以空气为气化剂气化木柴,产生可燃气体输入锅炉的燃烧室和烟煤一起燃烧,超过5000t 的生物质被气化和燃烧,目前系统运行效果良好。此外,芬兰的Lahti电站与荷兰的Amer电站的9号机组,均是生物质与煤间接混燃技术成功运用的案例。 目前国内已建的生物质电厂主要以生物质直接燃烧发电和并联燃烧发电为主。气化混燃电厂大多还处在示范工程研究阶段。在气化混燃电厂中,从气化炉中产出的生物质气是由N2、CO、CO2、CH4、C2H2-6、H2 和H2O 组成的混合气体,其中N2 占到50%。生物质气的热值决定于给料的水分含量。 与其它混燃技术相比,生物质间接混燃具有生物质燃料适用范围广的优点,同时基于气化的混燃能够避免直燃过程中燃料处理、燃料输送等带来的问题、还可缓解锅炉结渣等问题。另外,采用这种方法,使得煤灰和生物质灰分开了,煤灰成分不受影响。 生物质与煤间接混燃技术可以应用于现有不同容量的电站燃煤锅炉,并且对现有锅炉的改动很小,运行灵活性较高。目前,我国的生物质储量巨大,国内许多小型火电厂效率低、污染严重,可以通过增加生物质气化系统实现生物质气与煤混合燃烧,既可以大规模地处理富余的生物质资源,又可以与我国现有的小型燃煤电站的改造结合起来,非常符合我国的国情。 二国内外生物质整体气化联合循环发电 2.1国外生物质整体气化联合循环发电示范项目介绍 2.1.1 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:①气化反应器,在其中生物质转化成中热值气体和残炭;②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

生物质气化发电技术分析

分数: ___________ 任课教师签字:___________ 华北电力大学研究生作业 学年学期:2011/2012学年第二学期 课程名称:seminar课程 学生姓名: 学号: 提交时间:2012年7月2日

生物质气化发电技术分析 一、生物质发电的意义 众所周知,当今世界的发展离不开能源,而作为当今世界主要能源的化石燃料,如石油、煤炭、天然气等,它们在地球上的储量是有限的,而且它们属于不可再生能源,随着人类对能源需求的不断增长,化石燃料正在不断减少。人类最近几百年对化石燃料的不断消耗,虽然使人类实现了前所未有的快速发展,而另一方面,自然环境也遭到了前所未有的破坏。这就要求我们尽快找到一种无污染、可再生的新型能源来替代传统的化石能源。 我国是世界上人口最多的国家,经济发展面临资源和环境的双重压力。以煤为主的能源结构是造成环境污染严重的主要原因。随着经济的发展,我国的能源需求将快速增长,能源、环境和经济三者之间的矛盾也将更加突出,因此,加大能源结构调整力度,大力推广和应用包括生物质能在内的各种可再生能源和新能源意义十分重大。 生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,他是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。就其能源当量而言,在世界能源消费中,生物质能占总能耗的14%,但在发展中国家占40%以上[1]。据预测,到2050年,生物质能用量将占全球燃料直接用量的38%,发电量占全球总电量的17%[2]。因此,许多发达国家和一些发展中国家将生物质看作是对环境和社会有益的能源资源,加快了生物质能源的产品化进程。 我国生物质能源极为丰富,全国农作物秸秆年产生量约6亿吨,大约3亿吨可作为燃料使用,折合约1.5亿吨标准煤,林木枝桠和林业废弃物年可获得量约9亿吨,大约3亿吨可作为能源利用,折合约2亿吨标准煤,目前我国生物质资源可转换为能源的潜力约5亿吨标准煤[1]。在我国大力发展生物质发电,可有效解决秸秆焚烧造成的大气污染,减少温室气体排放,解决城镇生活垃圾处理问题,还可以带动能源林产业,以及大型禽畜养殖业的发展,将有助于防止土壤沙化和水土流失,促进生态的良性循环。 二、生物质能概况 生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体,即一

生物质气化技术比较及其气化发电技术研究进展

生物质气化技术比较及其气化发电技术研究进展 摘要:生物质能是一种理想的可再生能源,由于其在燃烧过程中二氧化碳净排放量近似于零,可有效地减少温室效应,因而越来越受到世界各国的关注。首先对生物质能的概念及其转化方式进行了简单介绍,着重介绍了生物质气化技术在国内外的研究及应用发展现状,通过对固定床气化炉和流化床气化炉的技术性能的对比,提出了研究开发经济上可行、效率较高的生物质发电系统,是我国今后有效利用生物质能的发展方向。 关键词:生物质;气化;固定床;流化床 Comparison with biomass gasification technology and development of gasification power generation technology MI Tie1, TANG Rujiang1, CHEN Hanping1, LIU Dechang1, WU Chuangzhi2, CHANG Jie2 (1. Coal Combustion National Key Lab, Huazhong University of science & technology, Wuhan 430074, China; 2. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China) Abstract: Biomass energy is an ideal renewable energy source. More and more countries pay attention on it because its CO2 discharge colse zero, it can effectively reduce greenhouse effect. This article briefly introduces the conception and transform mode of biomass energy; emphasis introduces the technology at home and abroad and its state of the art. Through the contrast between technical performance of fixed bed gasification furnace and fluidized bed gasification furnace, puts forward the economic feasible and high efficiency biomass power system, this is the developing direction of biomass energy effectively utilization in our country. Keywords: biomass; gasification; fixed bed; fluidized bed 0 前言 生物质是一种可再生能源,具有以下特点:①可再生性;②低污染性;③广泛的分布性。利用生物质作为替代能源,对改善大气酸雨环境,减少大气中二氧化碳含量,从而减少“温室效应”都有着积极的意义。 20世纪70年代,Ghaly et al.[1]首次提出了将气化技术用于生物质这种含能密度低的燃料,使气化技术成为生物质转化过程最新的技术之一。生物质原料挥发分高达70%以上,生物质受热后,在相对较低的温度下就可使大量的挥发分物质析出。因此,气化技术非常适用于生物质原料的转化。生物质气化生成的高品位的燃料气既可供生产、生活直接燃用,也可通过内燃机或燃气轮机发电,进行热电联产联供。生物质气化反应温度低,可避免生物质燃料燃烧过程中发生灰的结渣、团聚等运行难题。 从不同的角度对生物质气化技术进行分类[2]。根据燃气生产机理可分为热解气化和反应性气化,其中后者又可根据反应气氛的不同细分为空气气化、水蒸气气化、氧气气化、氢气气化;根据采用的气化反应炉的不同又可分为固定床气化、流化床气化和气流床气化。另外,还可以根据气化反应压力的不同来对气化技术进行分类。在气化过程中使用不同的气化剂、采取不同过程运行条件,可以得到三种不同热值的气化产品气:低热值——46MJ/m3 (使

生物质气化发电

生物质气化发电 生物质气化发电技术 1 前言 一切有生命的可以生长的有机物质统称为生物质,它包括植物、动物和微生物。各种生物质之间存在着相互依赖和相互作用的关系。生物质能源简称生物质能,它是蕴藏在生物质中的能量。生物质能是一种可再生能源,具有以下特点:(1) 可再生性;(2) 低污染性;(3) 广泛的分布性。利用生物质作为替代能源,对改善大气酸雨环境,减少大气中二氧化碳含量,从而减少“温室效应”都有着积极的意义。 20世纪70年代,Ghaly et al.首次提出了将气化技术用于生物质这种含能密 度低的燃料,使气化技术成为生物质转化过程最新的技术之一。生物质原料挥发分高达70,以上,生物质受热后,在相对较低的温度下就可使大量的挥发分物质析出。因此,气化技术非常适用于生物质原料的转化。生物质气化生成的高品位的燃料气既可供生产、生活直接燃用,也可通过内燃机或燃气轮机发电,进行热电联产联供。生物质气化反应温度低,可避免生物质燃料燃烧过程中发生灰的结渣、团聚等运行难题。 可以从不同的角度对生物质气化技术进行分类,根据燃气生产机理可分为热解气化和反应性气化;根据采用的气化反应炉的不同又可分为固定床气化和流化床气化。另外,还可以根据气化反应压力的不同来对气化技术进行分类。在气化过程中使用不同的气化剂、采取不同过程运行条件,可以得到三种不同热值的气33化产品气:低热值—4,6MJ/m (使用空气和蒸汽/空气);中热值—12,18MJ/m 3(使用氧气和蒸汽);高热值—40MJ/m (使用氢气)。 2 生物质气化发电技术发展现状

2.1 生物质气化发电技术在国外的发展及现状 1 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的3%增到目前的25%,已拥有装机容量为1,2MW的区域供热站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。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。 生物质气化的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。传统的生物质气化联合发电技术(BIGCC)包括生物质气化、气体净化、3燃气轮机发电及蒸汽轮机发电。由于生物质燃气热值低(约5.02MJ/m),炉子出口气体温度较高(800?以上),要使BIGCC达到较高效率,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%)。目前欧美一些发达国家正开展这方面研究,如美国的Battelle (6MW) 和夏威夷(6MW)项目、英国(8MW)、瑞典(加压生物质气化发电4MW)、芬兰(6MW)以及欧盟建设3个7,12MW生物质气化发电IGCC示范项目,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,限制了其应用推广。以意大利12MW 的BIGCC示范项目为例,发电效率约为31.7%,但建设成本高达25000

新能源之生物质能

新能源之生物质能 电子学院A0931 内容摘要:能源作为一种最重要的地球资源,是生产力的核心,是经济增长 的发展的前提,是解决环境问题的先决条件。而生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。 关键词:生物质能资源能源 生物质能(biomass energy ),就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳,所以从广义上讲,它是太阳能的一种表现形式。目前,很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中,它是由由太阳能转化而来的。 1.生物质能的特点 1)可再生性 生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用; 2)低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少;生物质作为燃料时,由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零,可有效地减轻温室效应; 3)广泛分布性 缺乏煤炭的地域,可充分利用生物质能; 4)生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000~1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。 2.生物质能的分类 依据来源的不同,可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。

生物质气化发电原理

一、概况 生物质气化发电技术,简单地说,就就是将各种低热值固体生物质能源资源(如农林业废弃物、生活有机垃圾等)通过气化转换为燃气,再提供发电机组发电的技术。寻求利用生物质气化发电的方法,既可以解决可再生能源的有效利用,又可以解决各种有机废弃物的环境污染。正就是基于以上原因,生物质气化发电技术得到了越来越多的研究与应用,并日趋完善。 生物质气化发电,可归纳为下列几种方式: 从上图可以瞧出,生物质气化发电可通过三种途径实现:生物质气化产生燃气作为燃料直接进入燃气锅炉生产蒸汽,再驱动蒸汽轮机发电;也可将净化后的燃气送给燃气轮机燃烧发电;还可以将净化后的燃气送入内燃机直接发电。在发电与投资规模上,它们分别对应于大规模、中等规模与小规模的发电。 今天,在商业上最为成功的生物质气化内燃发电技术,由于具有装机容量小、布置灵活、投资少、结构紧凑、技术可靠、运行费用低廉、经济效益显著、操作维护简单与对燃气质量要求较低等特点,而得到广泛的推广与应用。 二、生物质气化内燃发电系统主要组成部分 生物质气化内燃发电系统主要由气化炉、燃气净化系统与内燃发电机等组成: 气化炉就是将生物质能由固态转化为燃气的装置。生物质在气化炉内通过控制空气供应量,而进行不完全燃烧,实现低值生物质能由固体向气态的转化,生成包含氢气(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、多碳烃(C n H m)等可燃成分的燃气,完成生物质的气化过程。

气化产生的燃气出口温度随气化炉型式的不同,在350℃~650℃之间,并且燃气中含有未完全裂解的焦油及灰尘等杂质,为满足内燃机长期可靠工作的要求,需要对燃气进行冷却与净化处理,使燃气温度降到40℃以下、焦油灰尘含量控制在50mg/Nm3以内,燃气经过净化后,再进入内燃机发电。 在内燃机内,燃气混合空气燃烧做功,驱动主轴高速转动,主轴再带动发电机进行发电。 生物质气化内燃发电就就是通过以上过程,将各种废弃物化废为宝,转化为优质电能,解决废弃物的污染与能源的合理利用问题。 三、本公司生物质气化内燃发电系统介绍 生物质气化内燃发电装置装机容量有160kW、200kW、400kW、600kW、800kW、1000kW等规格,最大输出功率可在1、4MW以上。 在200kW及以下发电规模情况下,气化炉一般采用下吸式固定床气化炉,典型的下吸式固定床气化发电装置如下图所示: 气化炉为下吸式固定床气化炉,可连续加料,连续出灰。料口在气化炉顶部,原料可从高位料仓放入,也可通过加料机提升进入气化炉内,灰渣由出渣机排出。

生物质发电锅炉的研究进展

生物质发电锅炉的研究进展 摘要:本文主要针对生物质发电锅炉展开分析,思考了生物质发电锅炉的研究 进展,以及目前研究过程中的重点的课题,并对今后的研究进行了进一步的探讨,可供参考。 关键词:生物质发电;锅炉;研究 前言 为了提升生物质发电锅炉的研究效果,必须要对今后的研究进行分析,也要 对当前研究的实际情况进行总结,才能够更好的为今后的研究工作提供一些有益 的参考。 1、生物质发电工程概念及特点 1.1生物质发电工程概念 生物质发电工程主要为农林生物质直接燃烧和气化发电、生活垃圾(含污泥)焚烧发电和垃圾填埋气发电及沼气发电工程。 本篇主要讨论、分析以农林生物质直接燃烧的生物质发电工程。 1.2燃料特性分析 农林生物质的种类包括农作物的秸秆、壳、根,木屑、树枝、树皮、边角木料,甘蔗渣等。秸秆一般为燃料的主要成份,根据燃料特性,秸秆分为硬质秸秆、软质秸秆。 硬质秸秆:棉花、大豆等茎干相对坚硬的农作物秸秆及树枝、木材加工下脚 料的统称。 软质秸秆:玉米、小麦、水稻、高粱、甘蔗等茎干相对柔软的农作物秸秆的 统称。 1.3特点 生物质发电工程燃料为废弃作物秸秆及木材下脚料等,属可再生能源,利用 秸秆、木材下脚料等发电,可减少煤、油等常规能源消耗,节省了资源,又避免 焚烧污染环境。 产生的灰渣可作为一种优质肥料还田或复合肥厂生产原料,100%综合利用, 不需设置灰渣场,节省土地,减少水土流失,节省工程造价。 减排二氧化碳,按每度供电减排0.997kgCO2,按1×30MW高温高压凝汽式汽轮发电机组,配1台130t/h高温高压生物质锅炉的工程,年二氧化碳减排量约171528t,对减轻大气温室效应,缓解全球气候变暖和气候变化起到了促进作用。 2、我国生物质能气化发电的基本状况 能源紧张已经成为世界各地普遍存在的问题,利用生物质能气化发电技术的 研究与开发,已经受到到世界各国政府与科学家的普遍关注。我国发展生物质能 气化技术,为农村地区提供生活和生产用能,不仅有利于这些地区脱贫致富,实 现小康社会的奋斗目标,也有助于建立可持续的再生能源系统,促进国家节能减 排和国民经济的健康发展。尽管我国对生物质能气化发电的研究和应用起步较晚,存在气化发电项目运行成本偏高、装机规模小、独立运行稳定性和安全性差、经 济效益低等问题,但是如果能整合可用资源扩大项目规模,政府能够出台发电上 网的准入措施,制定合理上网电价和加大环境的监管力度,生物质能气化发电必 将会有很好的发展前景。

生物质气化发电

2010-2015年中国生物质能发电产业投资分析及前景预测报告https://www.360docs.net/doc/6410990468.html,/reports/2006216shengwuzhinengfadian.htm 生物质发电主要是利用农业、林业和工业废弃物为原料,也可以将城市垃圾为原料,采取直接燃烧或气化的发电方式。 近年来中国能源、电力供求趋紧,国内外发电行业对资源丰富、可再生性强、有利于改善环境和可持续发展的生物质资源的开发利用给予了极大的关注。于是生物质能发电行业应运而生。 世界生物质发电起源于20世纪70年代,当时,世界性的石油危机爆发后,丹麦开始积极开发清洁的可再生能源,大力推行秸秆等生物质发电。自1990年以来,生物质发电在欧美许多国家开始大发展。 中国是一个农业大国,生物质资源十分丰富。中国拥有充足的可发展能源作物,同时还包括各种荒地、荒草地、盐碱地、沼泽地等。如加以有效利用,开发潜力将十分巨大。 为推动生物质发电技术的发展,2003年以来,国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东3个秸秆发电示范项目,颁布了《可再生能源法》,并实施了生物质发电优惠上网电价等有关配套政策,从而使生物质发电,特别是秸秆发电迅速发展。 最近几年来,国家电网公司、五大发电集团等大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与中国生物质发电产业的建设运营。截至2007年底,国家和各省发改委已核准项目87个,总装机规模220万千瓦。全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个,在建项目30多个。到2008年底,我国生物质能发电总装机为315万千瓦。可以看出,中国生物质发电产业的发展正在渐入佳境。 开发利用可再生能源,对于保障能源安全、保护生态环境、实现可持续发展具有重要意义。国家已经决定,将安排资金支持可再生能源的技术研发、设备制造及检测认证等产业服务体系建设。总的说来,生物质能发电行业有着广阔的发展前景。 中投顾问发布的《2010-2015年中国生物质能发电产业投资分析及前景预测报告》共七章。首先介绍了生物质能的概念、特性、种类形态和国内外生物质能的开发利用情况等,接着分析了国际国内生物质能发电行业的现状,然后介绍了生物质能发电技术及中国生物质能发电项目的建设运行情况。随后,报告分别对秸秆发电、沼气发电、生物质气化发电及其他类型生物质发电做了具体细致地分析,最后介绍了三家重点生物质能发电企业的运营状况。您若想对生物质能发电行业有个系统的了解或者想投资生物质能发电,本报告将是您不可或缺的重要工具。 中国生物质能源与生物质利用现状与展望https://www.360docs.net/doc/6410990468.html,/view/2b7c026527d 3240c8447ef0f.html 中国农业生物质能的资源现状及发展潜力分析 https://www.360docs.net/doc/6410990468.html,/info/scfx/20090708/1319426006.html 2009-07-08 一、中国农业生物质能的资源现状及发展潜力 中国农业生物质能资源主要包括农作物秸秆、畜禽粪便、农产品加工副产品和能源作物等,发展潜力巨大,空间广阔。 1、农作物秸秆 中国的农作物秸秆主要分布在河北、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、江苏、河南、山东、湖北、湖南、江西、安徽、四川、云南等粮食主产区,单位国土面积秸秆资源量高的省份依次为山东、河南、江苏、安徽、河北、上海、吉林、湖北等省。

生物质发电锅炉设备原理

DP生物质直燃发电锅炉岛设备原理 第一章生物质的概述 (2) 一、生物质的定义 (2) 二、生物质的种类 (2) 四、生物质的利用转化方式 (3) 五、生物质转化为电能的主要方式 (4) 六、生物质的燃烧过程 (4) 第二章 DP生物质直燃发电锅炉岛 (7) 第一节概述 (7) 一、生物质电厂图示 (7) 二、DP生物质锅炉设计 (8) 1.总体设计 (8) 第二节燃烧系统 (19) 一、燃烧室及水冷壁 (19) 二、水冷炉排 (20) 第三节汽水系统 (23) 一、汽水系统的流程 (23) 二、汽包 (24) 三、水冷壁系统 (25) 四、过热器 (26) 五、省煤器和烟气冷却器 (27) 六、空气预热器 (27) 第五节给料系统 (28) 一、系统组成 (28) 二、系统的控制方式 (31) 三、系统运行方式 (31) 第七节灰渣系统 (32) 一、作用 (32) 二、结构 (32) 三、工作原理 (33) 第三章 DP锅炉燃烧过程和燃烧调整的方法 (34) 一、生物质在振动炉排上的燃烧过程 (34) 二、生物质在炉排上完全燃烧的条件 (34) 三、振动炉排锅炉的燃烧调整方法 (35) 第四章 DP锅炉存在的问题 (37) 一、高温腐蚀 (37) 二、低温腐蚀 (38) 三、积灰 (38)

第一章生物质的概述 一、生物质的定义 广义的生物质能包括一切由植物光合作用转化和固定下来的太阳能,生物质作为生物质能的载体有许多种定义,美国能源部(DOE)把生物质定义为:生物质是来源于植物和动物的有机物质。 二、生物质的种类 通常用作能量转化的生物质可以分为四大类:木材残余物(涵盖所有来源于木材和木材产品的物质,主要包括:燃料木材、木炭、废弃木材和森林的残余物)、农业废弃物(所有与种植业和庄稼处理过程有关的废弃物。例如:稻谷壳、秸秆和动物的粪便)、能源庄稼(专门用于能量生产的庄稼。如:甘蔗杆和木薯)和城市固体垃圾(MSW)。 三、生物质的特点 生物质的组成成分包括:纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、单糖、淀粉、水分、灰分和其它化合物。每一种组分的含量比例是由生物质种类、生长时期和生长条件等因素决定的。与化石燃料相比,生物质具有以下特点: 1.生物质是一种二氧化碳零排放的能源资源(利用转化过程中排放的二氧化碳量等于生长过程中吸收的量),可以在提供能源的同时而不增加二氧化碳排放量; 2.生物质的硫、氮和灰分含量少,在利用转化过程中可以减少硫化物、氮化物和粉尘的排放; 3.生物质的挥发份含量大(折算挥发份约为烟煤的六倍以上),氧含

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