氣化發電的工作原理及工藝流程

　　1.1氣化發電工作原理

　　生物質氣化發電技術的基本原理是把生物質轉化為可燃氣，再利用可燃氣推動燃氣發電設備進行發電。它既能解決生物質難于燃用而又分布分散的缺點，又可以充分發揮燃氣發電技術設備緊湊而污染少的優點，所以是生物質能最有效最潔凈的利用方法之一。

　　氣化發電過程包括三個方面，一是生物質氣化，把固體生物質轉化為氣體燃料；二是氣體凈化，氣化出來的燃氣都帶有一定的雜質，包括灰份、焦炭和焦油等，需經過凈化系統把雜質除去，以保證燃氣發電設備的正常運行；三是燃氣發電，利用燃氣輪機或燃氣內燃機進行發電，有的工藝為了提高發電效率，發電過程可以增加余熱鍋爐和蒸汽輪機。

　　生物質氣化發電技術是生物質能利用中有別于其他可再生能源的獨特方式，具有三個方面特點：一是技術有充分的靈活性，由于生物質氣化發電可以采用內燃機，也可以采用燃氣輪機，甚至結合余熱鍋爐和蒸汽發電系統，所以生物質氣化發電可以根據規模的大小選用合適的發電設備，保證在任何規模下都有合理的發電效率。這一技術的靈活性能很好地滿足生物質分散利用的特點；二是具有較好的潔凈性，生物質本身屬可再生能源，可以有效地減少CO2、SO2等有害氣體的排放。而氣化過程一般溫度較低（大約在700-900oC），NOx的生成量很少，所以能有效控制NOx的排放；三是經濟性，生物質氣化發電技術的靈活性，可以保證該技術在小規模下有效好的經濟性，同時燃氣發電過程簡單，設備緊湊，也使生物質氣化發電技術比其他可再生能源發電技術投資更小，所以總的來說，生物質氣化發電技術是所有可再生能源技術中最經濟的發電技術，綜合的發電成本已接近小型常規能源的發電水平。

　　生物質固定床床氣化發電裝置主要由進料機構，燃氣發生裝置，燃氣凈化裝置，燃氣發電機組、控制裝置及廢水處理設備六部分組成：

　　進料機構：進料機構有多種，根據場地大小不同分別為螺旋加料器，皮帶上料機，和提斗上料機動力設備是電磁調速電機。加料器既便于連續均勻進料，電磁調速電機則可任意調節生物質進料量。

　　燃氣發生裝置： 氣化裝置可采用固定床氣化爐或其他可連續運行的氣化爐，氣化爐和排渣螺旋構成。生物質在氣化爐中經低溫熱解氣化生成可燃氣體，氣化后剩余的灰份則由排渣螺旋及時排出爐外。

　　燃氣凈化裝置： 燃氣需經凈化處理后才能用于發電，燃氣凈化包括除塵、除灰和除焦油等過程。為了保證凈化效果，該裝置可采用多級除塵技術：例如慣性除塵器、旋風分離器、文氏管除塵器、冷凝器等，經過多級除塵，燃氣中的固體顆粒和微細粉塵基本被清洗干凈，除塵效果較為徹底；燃氣中的焦油采用吸附和水洗的辦法進行清除，主要設備是兩個串聯起來的噴淋洗氣塔。

　　燃氣發電裝置：可采用燃氣發電機組或燃氣輪機。由于目前國內燃氣內燃機的最大功率只有500kW,故大于500kW發電機系統可由多臺500kW的發電機并聯而組成。燃氣輪機必須根據燃氣的要求進行相應的改造，目前該項技術國內還未開展，國外技術也不成熟，所以成本較高。

　　控制裝置：由電控柜，熱電偶及溫度顯示表，壓力表及風量控制閥所構成。在用戶需要實業可增加相應的工業電腦監控系統。

　　廢水處理設備：采用過濾吸附、生物處理或化學、電凝聚等辦法處理廢水，處理后的廢水可以循環使用。

　　1.2生物質氣化發電技術的分類

　　生物質氣化發電系統由于采用氣化技術和燃氣發電技術的不同，其系統構成和工藝過程有很大的差別。從氣化形式上看，生物質氣化過程可以分成為固定床和流化床兩大類，固定床氣化包括上吸式氣化、下吸式氣化和橫吸層氣化三種，現在這三種形式的氣化發電系統都有代表性的產品。流化床氣化包括鼓泡床氣化、循環流化床氣化及雙流化床氣化三種。這三種氣化發電工藝目前都有研究，其中研究和應用最多是循環流化床氣化發電系統。從燃氣發電過程上看，氣化發電可分為內燃機發電系統，燃氣輪機發電系統及燃氣—蒸汽聯合循環發電系統。內燃機發電系統以簡單的燃氣內燃機組為主，可單獨燃用低熱值燃氣，也可以燃氣、油兩用，它的特點是設備緊湊，系統簡單、技術較成熟、可靠；燃氣輪機發電系統采用低熱值燃氣輪機，燃氣需增壓，否則發電效率較低，由于燃氣輪機對燃氣質量要求高，并且需有較高的自動化控制水平和燃氣輪機改造技術，所以一般單獨采用燃氣輪機的生物質氣化發電系統較少。燃氣—蒸汽聯合循環發電系統是在內燃機、燃氣輪機發電的基礎上增加余熱蒸汽的聯合循環，該種系統可以有效地提高發電效率。一般來說，燃氣—蒸汽聯系循環的生物質氣化發電系統采用的是燃氣輪發電設備，而且最好的氣化方式是高壓氣化，構成的系統稱為生物質整體氣化聯合循環（B/IGCC）。它的一般系統效率可以達40%以上，是目前發達國家重點研究的內容。

　　傳統的B/IGCC技術包括生物質氣化，氣體凈化，燃氣輪機發電及蒸汽輪機發電。由于生物質燃氣熱值低（約1200kcal/m3），爐子出口氣體溫度較高（800℃以上），要使IGCC具有較高的效率，必須具備兩個條件，一是燃氣進入燃氣輪機之前不能降溫，二是燃氣必須是高壓的。這就要求系統必須采用生物質高壓氣化和燃氣高溫凈化兩種技術才能使IGCC的總體效率達到較高水平（>40%），否則，如果采用一般的常壓氣化和燃氣降溫凈化，由于氣化效率和帶壓縮的燃氣輪機效率都較低，氣體的整體效率一般都低于35%。

　　它的基本原理是生物質氣化后，燃氣不需經過除焦，直接在燃燒器中燃燒，燃燒后的煙氣用來加熱高壓的空氣，最后由高溫高壓空氣推動燃氣輪機發電，該技術路線的最大優點是避開了高溫除塵及除焦兩大難題，但最大的難題是高溫空氣供熱設備的材料和工藝問題。由于該項目的設備可靠性和造價問題，目前還很難進入實際應用

　　從發電規模上分，生物質氣化發電系統可分為小型、中型、大型三種，小型氣化發電系統簡單靈活，主要功能為農村照明或作為中小企業的自備發電機組，它所需的生物質數量較多少，種類單一，所以可以根據不同生物質形狀選用合適的氣化設備，一般發電功率，<6mw。

　　中型生物質氣化發電系統主要作為大中型企業的自備電站或小型上網電站，它可以適用于一種或多種不同的生物質，所需的生物質數量較多。需要粉碎、烘干等預處理，所采用的氣化方式主要以流化床氣化為主，中型生物質氣化發電系統用途廣泛，適用性強，是當前生物質氣化技術的主要方式，功率規模一般在500~3000KW之間。

　　大型生物質氣化發電系統主要功能是作為上網電站，它可以適用的生物質較為廣泛，所需的生物質數量巨大，必須配套專門的生物質供應中心和預處理中心，是今后生物質利用的主要方面。大型生物質氣化發電系統功率一般在5000KW以上，雖然與常規能源比仍顯得非常小，但在生物質能發展成熟后，它將是今后替代常規能源電力的主要方式之一。

　　表1-1各種生物質氣化發電技術的特點

　　針對目前我國具體實際，采用氣體內燃機代替燃氣輪機，其它部分基本相同的生物質氣化發電過程，不失為解決我國生物質氣化發電規?；l展的有效手段。一方面，采用氣體內燃機可降低對燃氣雜質的要求（焦油與雜質含量﹤100mg/N m3即可），可以大大減少技術難度。另一方面，避免了調控相當復雜的燃氣輪機系統，大大降低系統的成本。從技術性能上看，這種氣化及聯合循環發電在常壓氣化下整體發電效率可達28%—30%左右，只比傳統的低壓IGCC降低3%—5%。但由于系統簡單，技術難度小，更重要的是，這種技術方案更適合于我國目前的工業水平，設備可以全部國產化，適合于發展分散的、獨立的生物質能源利用體系，可以形成我國自己的產業，在發展中國家大范圍處理生物質中有更廣闊的應用前景。

　　2生物質氣化發電的關鍵技術

　　2.1生物質氣化工藝的設計與選用

　　生物質的氣化有各種各樣的氣化工藝過程。從理論上講，任何一種氣化工藝都可以構成生物質氣化發電系統。但從氣化發電的質量和經濟性出發，生物質氣化發電要求達到發電頻率穩定、發電負荷連續可調兩個基本要求，所以對氣化設備而言，它必須達到燃氣質量穩定，燃氣產量可調，而且必須參連續運行。在這些前提下，氣化能量轉換效率的高低是氣化發電系統運行成本的才是關鍵所在。

　　氣化形式選定以后，從系統匹配的角度考慮，氣化設備應滿足以下要求：

　?。?）產氣盡可能干凈，以減少后處理系統的復雜性，使焦油含量達到內燃機允許的程度。如果后續凈化系統選用催化裂解工藝，還要盡可能使原始氣中的焦油具有易于催化裂解的特點；

　?。?）產氣熱值要高而且穩定，以提高內燃機的輸出功率，增大整個系統的效率；

　?。?）設計氣化爐本體及加料排渣系統，應充分考慮原料特性，實現連續運行；

　　（4）充分利用余熱，提高能量利用率。

　　表1-2是各種氣化爐的特性，是氣化發電系統選擇氣化爐形式和控制運行參數的制約條件。

　　表1-2幾種氣化形式對氣化發電系統性能的影響

　　從實際應用上考慮，固定床氣化爐比較合適于小型5MW以內的、間隙性運行的氣化發電系統，它的最大優點是原料不用預處理，而具設備結構簡單緊湊，燃氣中含灰量較低，凈化可以采用簡單的過濾方式適用于小型生物質氣化發電系統。

　　海琦生物質氣化技術經過近20年的沉淀，憑借著多年與海外科研機構的學術交流，豐富的實踐工程經驗?，F在針對固定床氣化爐對接鍋爐，生物質氣化發電，垃圾氣化發電等多種氣化供熱發電等技術，已經掌握最前沿的核心技術。歡迎各界人士到我公司實地考察共同學習共同進步。