推广生物质气化发电 实践节能减排

文 杨杉杉 孟海泳 重庆大学动力工程学院

推广生物质气化发电 实践节能减排

文/杨杉杉 孟海泳 重庆大学动力工程学院

随着能源危机的加剧，以及国家节能减排工作的不断推进，越来越多的企业开始采取新的节能措施。利用生物质气化技术，将生物质转化成可燃气体，然后利用燃气轮机进行发电，也成为企业实现节能减排的一个重要举措。

1 生物质气化发电的应用现状

生物质资源是一种可再生资源，归纳起来主要包括四部分：农业废弃物、工业废弃物、生活垃圾和人畜粪便。生物质能属于清洁的能源，其数量非常之大，每年可利用的生物质能总量估计可达7亿t标准煤以上。所以，它是可以作为常规能源的替代物来发电的。

生物质发电一般有两种形式，一是生物质直接发电，这种发电虽然技术成熟但是需要生物质大量的聚集在一起，运输成本很高，目前在我国应用较少；二是生物质气化发电，这种方式是把生物质变成可燃气体，然后利用燃气机进行发电，它一般包括三个过程：首先是生物质在气化炉内的产气过程，第二个过程是产生燃气的净化阶段，第三个才是生物质气化气的燃烧发电阶段。

生物质气化发电具有众多的优点，所以国内外许多国家都投入了大量精力、物力进行开发研究。我国对于生物质气化发电技术的研究是从上世纪60年代开始的，通过国家科技部的“九五”、“十五”攻关和“863”等重点计划，目前我国已取得很大的进展，生物质气化发电在“十五”期间系统已经完全国产化。目前国内外比较典型的生物质系统是TPS生物质的IGCC系统和Battelle生物质IGCC发电系统（详见图1、图2）。

图1系统工作流程是：第一个循环流化床（气化器）用来进行生物质气化，第二个循环流化床（裂解器）用来把焦油催化裂解为较小的分子。第一个循环流化床产生的反应气体，通过裂解器，然后再被冷却后通过过滤器和净化系统除尘，再经增压机压缩后进入燃烧室进行燃烧，推动燃气轮机做功发电，燃气轮机后的气体继续通过余热锅炉回收热量，再次通过蒸汽轮机发电，从而形成一个联合循环。

图2系统是由一个气化器和一个燃烧器组成，气化生成的气体通过分离器的作用把分离出的碳放进燃烧器继续燃烧，燃烧器提供气化所需的热量，两者之间的热量交换通过中间的砂粒完成。气化生成的气体通过热气调节器、空气加热器调节气体温度，然后再通过净化系统除去焦油灰尘等杂质变成合格的产品气，而后引入燃烧室，推动燃气轮机做功发电，然后再利用余热锅炉回收烟气热量推动蒸汽轮机做功，实现联合循环。

2 生物质气化发电的技术现状

2.1 生物质气化技术

生物质气化所需要的气化剂可以是空气、纯氧气、水蒸气、氢气或水蒸汽和空气混合物，也可以不需要气化剂在缺氧或少氧的条件下进行干馏。这些气化方法所得到的燃气热值是不一样的，而且技术难度也是不一样的，可以针对不同的生物质采用不同的气化方法。

生物质气化炉一般分为两种：固定床气化炉和流化床气化炉。固定床气化炉又可以根据气体和生物质物料运动方向的不同分为：下吸式固定床气化炉、上吸式固定床气化炉、横吸式固定床气化炉和开心式固定床气化炉。流化床气化炉根据生物质颗粒的大小又可以分为：内循环锥行鼓泡流化床和循环流化床。流化床与固定床比较来看，其优点是混合快、反应速度快、生产稳定并且燃料适应性大，缺点在于技术复杂，运行成本造价高。

2.2 生物质净化技术

生物质气化气中含有大量的焦油，如果不把它除去，将对燃气发电机组产生严重的影响。目前除焦技术中有两大类方法，一个是使焦油相变，从气相变为液相，也称为物理除焦，它又可以分为干法除焦和湿法除焦，干法除焦一般是通过层层过滤配合静电除焦而使用的，湿法除焦一般是用水喷淋或吹泡，将燃气中的焦油带走。另一种是让焦油裂解为分子量较小的气体，称为化学除焦，它一般也有两种方法：热裂解和催化裂解。热裂解虽然能得到较高的转化率，但是却要求气化炉有很好的保温，还耗费较多的能量。催化裂解是通过加入催化剂的方法使焦油裂解，它是目前最先进的除焦方法。

3 生物质气化发应用中的问题

焦油处理技术和生物质气化发电技术密切相关，焦油会堵塞管路、燃气孔等，还会污染汽缸，通过水洗焦油法除焦，还会引起二次污染。采用催化裂解虽然效果较好，但是催化剂的使用条件又有严格的限制，所以进一步研发经济实用的除焦方法是一项有意义的课题。

生物质分布比较广泛，但是针对不同的生物质，其能量密度，所含成分都不相同，从而给电厂发电带来了困难，为了提高整个发电的经济性，需要我们进一步研究不同的生物质材料采用何种气化炉气化效率最高。

4 应用前景

综上所述，随着我国经济的发展，电力需求量的迅猛增加，资源和环境的双重要求，都迫使天然气发电成为今后天然气利用的重要发展方向。利用生物质气化通过燃气轮机进行发电，不仅能够减少温室效应，还能减少有害气体对环境的污染，重要的是在目前能源紧缺的情况下，是生物质资源的可再生性给人们带来新的希望。相信在不久的将来，随着国家政策的大力支持和燃气发电技术的不断提高，燃气发电将会得到更大更快的发展，给社会带来更大的贡献。