文 楊杉杉 孟海泳 重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院

推廣生物質(zhì)氣化發(fā)電 實(shí)踐節(jié)能減排

文/楊杉杉 孟海泳 重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院

隨著能源危機(jī)的加劇，以及國家節(jié)能減排工作的不斷推進(jìn)，越來越多的企業(yè)開始采取新的節(jié)能措施。利用生物質(zhì)氣化技術(shù)，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w，然后利用燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電，也成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一個(gè)重要舉措。

1 生物質(zhì)氣化發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀

生物質(zhì)資源是一種可再生資源，歸納起來主要包括四部分：農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)廢棄物、生活垃圾和人畜糞便。生物質(zhì)能屬于清潔的能源，其數(shù)量非常之大，每年可利用的生物質(zhì)能總量估計(jì)可達(dá)7億t標(biāo)準(zhǔn)煤以上。所以，它是可以作為常規(guī)能源的替代物來發(fā)電的。

生物質(zhì)發(fā)電一般有兩種形式，一是生物質(zhì)直接發(fā)電，這種發(fā)電雖然技術(shù)成熟但是需要生物質(zhì)大量的聚集在一起，運(yùn)輸成本很高，目前在我國應(yīng)用較少；二是生物質(zhì)氣化發(fā)電，這種方式是把生物質(zhì)變成可燃?xì)怏w，然后利用燃?xì)鈾C(jī)進(jìn)行發(fā)電，它一般包括三個(gè)過程：首先是生物質(zhì)在氣化爐內(nèi)的產(chǎn)氣過程，第二個(gè)過程是產(chǎn)生燃?xì)獾膬艋A段，第三個(gè)才是生物質(zhì)氣化氣的燃燒發(fā)電階段。

生物質(zhì)氣化發(fā)電具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，所以國內(nèi)外許多國家都投入了大量精力、物力進(jìn)行開發(fā)研究。我國對(duì)于生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的研究是從上世紀(jì)60年代開始的，通過國家科技部的“九五”、“十五”攻關(guān)和“863”等重點(diǎn)計(jì)劃，目前我國已取得很大的進(jìn)展，生物質(zhì)氣化發(fā)電在“十五”期間系統(tǒng)已經(jīng)完全國產(chǎn)化。目前國內(nèi)外比較典型的生物質(zhì)系統(tǒng)是TPS生物質(zhì)的IGCC系統(tǒng)和Battelle生物質(zhì)IGCC發(fā)電系統(tǒng)（詳見圖1、圖2）。

圖1系統(tǒng)工作流程是：第一個(gè)循環(huán)流化床（氣化器）用來進(jìn)行生物質(zhì)氣化，第二個(gè)循環(huán)流化床（裂解器）用來把焦油催化裂解為較小的分子。第一個(gè)循環(huán)流化床產(chǎn)生的反應(yīng)氣體，通過裂解器，然后再被冷卻后通過過濾器和凈化系統(tǒng)除塵，再經(jīng)增壓機(jī)壓縮后進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燃燒，推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功發(fā)電，燃?xì)廨啓C(jī)后的氣體繼續(xù)通過余熱鍋爐回收熱量，再次通過蒸汽輪機(jī)發(fā)電，從而形成一個(gè)聯(lián)合循環(huán)。

圖2系統(tǒng)是由一個(gè)氣化器和一個(gè)燃燒器組成，氣化生成的氣體通過分離器的作用把分離出的碳放進(jìn)燃燒器繼續(xù)燃燒，燃燒器提供氣化所需的熱量，兩者之間的熱量交換通過中間的砂粒完成。氣化生成的氣體通過熱氣調(diào)節(jié)器、空氣加熱器調(diào)節(jié)氣體溫度，然后再通過凈化系統(tǒng)除去焦油灰塵等雜質(zhì)變成合格的產(chǎn)品氣，而后引入燃燒室，推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功發(fā)電，然后再利用余熱鍋爐回收煙氣熱量推動(dòng)蒸汽輪機(jī)做功，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)。

2 生物質(zhì)氣化發(fā)電的技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 生物質(zhì)氣化技術(shù)

生物質(zhì)氣化所需要的氣化劑可以是空氣、純氧氣、水蒸氣、氫氣或水蒸汽和空氣混合物，也可以不需要?dú)饣瘎┰谌毖趸蛏傺醯臈l件下進(jìn)行干餾。這些氣化方法所得到的燃?xì)鉄嶂凳遣灰粯拥模壹夹g(shù)難度也是不一樣的，可以針對(duì)不同的生物質(zhì)采用不同的氣化方法。

生物質(zhì)氣化爐一般分為兩種：固定床氣化爐和流化床氣化爐。固定床氣化爐又可以根據(jù)氣體和生物質(zhì)物料運(yùn)動(dòng)方向的不同分為：下吸式固定床氣化爐、上吸式固定床氣化爐、橫吸式固定床氣化爐和開心式固定床氣化爐。流化床氣化爐根據(jù)生物質(zhì)顆粒的大小又可以分為：內(nèi)循環(huán)錐行鼓泡流化床和循環(huán)流化床。流化床與固定床比較來看，其優(yōu)點(diǎn)是混合快、反應(yīng)速度快、生產(chǎn)穩(wěn)定并且燃料適應(yīng)性大，缺點(diǎn)在于技術(shù)復(fù)雜，運(yùn)行成本造價(jià)高。

2.2 生物質(zhì)凈化技術(shù)

生物質(zhì)氣化氣中含有大量的焦油，如果不把它除去，將對(duì)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。目前除焦技術(shù)中有兩大類方法，一個(gè)是使焦油相變，從氣相變?yōu)橐合?，也稱為物理除焦，它又可以分為干法除焦和濕法除焦，干法除焦一般是通過層層過濾配合靜電除焦而使用的，濕法除焦一般是用水噴淋或吹泡，將燃?xì)庵械慕褂蛶ё?。另一種是讓焦油裂解為分子量較小的氣體，稱為化學(xué)除焦，它一般也有兩種方法：熱裂解和催化裂解。熱裂解雖然能得到較高的轉(zhuǎn)化率，但是卻要求氣化爐有很好的保溫，還耗費(fèi)較多的能量。催化裂解是通過加入催化劑的方法使焦油裂解，它是目前最先進(jìn)的除焦方法。

3 生物質(zhì)氣化發(fā)應(yīng)用中的問題

焦油處理技術(shù)和生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)密切相關(guān)，焦油會(huì)堵塞管路、燃?xì)饪椎?，還會(huì)污染汽缸，通過水洗焦油法除焦，還會(huì)引起二次污染。采用催化裂解雖然效果較好，但是催化劑的使用條件又有嚴(yán)格的限制，所以進(jìn)一步研發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的除焦方法是一項(xiàng)有意義的課題。

生物質(zhì)分布比較廣泛，但是針對(duì)不同的生物質(zhì)，其能量密度，所含成分都不相同，從而給電廠發(fā)電帶來了困難，為了提高整個(gè)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性，需要我們進(jìn)一步研究不同的生物質(zhì)材料采用何種氣化爐氣化效率最高。

4 應(yīng)用前景

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力需求量的迅猛增加，資源和環(huán)境的雙重要求，都迫使天然氣發(fā)電成為今后天然氣利用的重要發(fā)展方向。利用生物質(zhì)氣化通過燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電，不僅能夠減少溫室效應(yīng)，還能減少有害氣體對(duì)環(huán)境的污染，重要的是在目前能源緊缺的情況下，是生物質(zhì)資源的可再生性給人們帶來新的希望。相信在不久的將來，隨著國家政策的大力支持和燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)的不斷提高，燃?xì)獍l(fā)電將會(huì)得到更大更快的發(fā)展，給社會(huì)帶來更大的貢獻(xiàn)。