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生物质气化耦合燃煤发电技术的应用

摘要：生物质气化耦合燃煤发电技术是生物质资源利用的重要发展方向。根据生物质气化耦合燃煤发电技术的原理，进行生物质气化耦合燃煤发电的实际应用，研究该技术在应用过程中存在的一些问题及对策，说明生物质气化耦合燃煤发电是生物质高效和经济的应用途径之一。

生物质能是绿色植物通过光合作用而储存的可再生能源，杂草、农作物秸秆、农作物加工残余、林业加工废料和林业生产废弃物等都属于常见的生物质能。生物质能是可再生能源中唯一可运输、能储存、可持续利用的能源，其种类丰富、分布广泛，获取技术难度及成本低。我国生物质能储量巨大、分布广泛，2017年我国农林生物质发电共计处理农林废弃物约5400万t，节约标煤1200万t，减排二氧化碳3250万t。生物质能是理想的气化原料，生物质气化为可燃气体使生物质能的利用更加方便、清洁和高效。

1生物质气化耦合燃煤发电技术原理

1.1生物质气化耦合燃煤发电技术原理

生物质气化耦合燃煤发电是通过热化学处理过程把生物质转化为可燃气体，热化学处理过程在气化炉内完成。生物质原料经过预处理后，进入气化炉内被加热和干燥，随加热温度的不断升高，原料内部的挥发分开始析出，挥发分与气化介质(空气、氧气、水蒸气)发生燃烧反应，持续释放热量并维持干燥、热解和还原反应的连续进行[1]，氧化反应生成的气体主要含有CO、H2、CH4和CmHn等可燃气体，热值为4~6MJ/Nm3，除去焦油及杂质后得到纯净的可燃气体。气化过程改变了原有生物质的形态，得到高纯度的可燃气体，提高了生物质能量转换过程的效率，且得到炭粉、焦油和木醋液等副产品，可以综合循环利用[2]。

1.2生物质气化耦合燃煤发电工艺及气化炉

生物质气化耦合燃煤发电工艺流程主要由进料系统、气化反应器（气化炉）、气体净化系统和后续气体处理系统组成。其中进料系统包括气化介质供应、生物质进料及其控制系统，净化系统可除去可燃气体中的固体颗粒、焦油及冷凝物等杂质，后处理系统为转化利用设备，可发电、集中供气和供暖等。生物质气化工艺流程如图1所示。

气化炉是生物质气化耦合燃煤发电的核心设备，常见的气化炉有流化床、固定床及携带床3种，其中固定床和流化床[3]比较常见，固定床适用于小型气化系统，大中型气化系统多采用流化床技术。

根据固定床炉内气体流动方向的不同，将固定床分为四种炉型：下吸式、上吸式、横吸式和开心式气化炉[4]，固定床气化炉工作原理如图2所示。下吸式气化炉结构较简单、工作稳定，可随时开盖添料，出炉可燃气焦油杂质含量较少，该气化炉主要应用在发电方面，目前中国和印度使用较多。燃气在上吸式气化炉内经过热解层和干燥层时进行热量的多向传递，并进行物料的热分解和干燥，降低了燃气自身的温度，此种气化炉结构简单、运行方便、气化效率高、气体热值高、含尘量低。横吸式气化炉内，通过单管进风喷嘴高速吹入空气，形成一个高温燃烧区(达2000t)，此类型的气化炉生产强度高，适合气化较难燃烧的生物质物料。生物质物料和空气自开心式气化炉炉顶进入，反应温度沿反应截面分布均匀，由于气、固两相同向流动，有利于焦油的裂解，生物质燃气中焦油含量较低，该炉型生产强度在几种固定床中居首位。

流化床气化炉使用的生物质物料中常带有惰性颗粒，物料与气化剂充分接触，受热均匀，在炉内呈“沸腾”状态。流化床气化炉气化反应速度快、效率高，炉内反应温度在800t左右，且恒定，焦油在流化床内裂解成气体，焦油含量较低[5-6]。流化床气化反应控制方便，在30%~120%负荷范围内可稳定运行，近年投运的大中型气化系统多采用常压循环流化床。

应用于发电、供热的生物质气化耦合燃煤发电炉向大型化发展，供气应用的气化炉向中小型化发展，大型气化炉的发电规模可达(10~50)MW，中小型气化炉的产气量一般为200~700m3/h，发电规模为(1~2)MW，可为小区住户提供热源、电力及燃气。

2生物质气化耦合燃煤发电技术应用

2.1生物质发电技术

生物质发电技术主要包括生物质直接燃烧发电、生物质气化发电以及生物质耦合燃煤电厂发电等技术[7]。生物质直接燃烧发电是利用生物质锅炉燃烧生物质燃料产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带动发电机发电，生物质锅炉燃烧方式有固定床和流化床两种。

生物质气化发电是利用生物质在气化炉中气化，可燃气体经净化后驱动内燃机或小型燃气轮机发电[8]。生物质气化制取的可燃气体用于发电有多种模式可供选择，可燃气体作为蒸汽锅炉的燃料直接燃烧，锅炉产生高温高压水蒸气推动蒸汽汽轮机发电；生物质燃气在燃气轮机中做功，推动发电机发电，但燃气轮机需要高压燃气才能获得较高效率，需要加压气化炉与之配合，存在灰尘、杂质等污染问题，且燃气轮机造价及后期维护费用偏高。

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