生物质秸秆发电技术研究进展与分析.doc

PAGE1

生物质秸秆发电技术研究进展与分析

摘要：介绍了清洁的可再生能源生物质秸秆的利用情况，着重论述了生物质秸秆发电技术在国内外的研究及应用发展现状，通过对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3种工艺的分析和对比，指出生物质发电是我国今后有效利用生物质能的发展方向。

引言

生物质秸秆是一种洁净的可再生能源，它包括玉米秆、小麦秆、稻秆、油料作物秸秆、豆类作物秸秆、杂粮作物秸秆、棉花秆等多种作物的茎秆。作为新能源中最具开发利用价值的一种绿色可再生能源，生物质秸秆发电受到高度重视，世界上许多国家将其作为21世纪发展可再生能源的战略重点和具备发展潜力的战略性产业。秸秆发电技术已被联合国列为重点项目予以推广。

在欧洲，尤其是北欧的一些国家利用秸秆发电已经有10余年的历史，世界上第1座生物质秸秆发电厂于1988年在丹麦投产(Haslev，5MW)，如今，丹麦已建成100多家秸秆发电厂，秸秆发电量占该国总发电量的24%。目前，世界上最大的秸秆发电厂是位于英国坎贝斯的Elyan生物质能发电厂，装机容量为38MW。

我国是一个农业大国，生物质资源十分丰富。据1998～2003年统计数据估算，我国可开发的生物质资源总量约7亿t标准煤，其中农作物秸秆约3.5亿t标准煤。

目前我国农作物秸秆中大约有1.45亿t用作畜牧饲料，0.91亿t用作还田肥料，0.14亿t用作工业原料，2.8亿t作为农民传统的生活燃料，余下的1亿t左右大部分在田间地头被直接焚烧了。这不仅污染环境，还造成能源的浪费。近几年来，随着农村液化气、煤炭等优质能源的大量使用，使得农作物秸秆、谷壳等农作物废弃物的剩余量越来越大。

生物质秸秆为低碳燃料，而且含硫量低，是一种较为清洁的燃料。利用秸秆发电，不仅可为缺电地区提供宝贵的电力，而且会极大地改善环境质量，对环境保护非常有利；另外秸秆通常含有3%～5%的灰分，这种灰分以锅炉飞灰和灰渣/炉底灰的形式被收集，灰分中含有丰富的钾、镁、磷、钙等成分，可用作高效农业肥料。所以，生物质秸秆资源是新能源中最具开发利用价值的一种绿色环保可再生能源。

1生物质秸秆能源转换技术研究进展

生物质秸秆发电主要工艺分3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。目前，生物质发电量已占发达国家可再生能源发电量的70%。

1.1生物质秸秆气化发电技术

20世纪70年代，Chaly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能量转化过程最新技术之一。近年来欧洲很多研究人员对生物质气化发电技术进行了大量的研究，并取得了相当的成果。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，生物质原料挥发分高达70%以上。因此，气化技术非常适合生物质原料的能量转化。

生物质秸秆气化发电技术的基本原理是把生物质秸秆转化为高品位的燃料气，再利用燃料气推动内燃机或燃气轮机发电，进行热电联产联供。这样既能解决生物质秸秆燃烧效率低，分布分散的缺点，又可以充分发挥燃气发电设备结构紧凑、污染少的优点。所以，气化发电是生物质秸秆最有效、最洁净的利用方式之一。

气化发电工艺主要包括3个方面：一是生物质秸秆气化，在气化炉中生物质秸秆转化为气体燃料；二是气体净化，气化后的燃气都含有一定的杂质，包括灰焦炭和焦油等，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，利用内燃机或燃气轮机进行发电。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。

生物质气化技术是通过热化学反应，将固态生物质转化为气体燃料的过程。生物质秸秆气化技术根据采用的气化反应炉的不同可以分为固定床气化和流化床气化。在气化过程中使用不同的气化剂，采用不同的过程运行条件，可以得到3种不同热值的气化产品：低热值——4.6MJ/m3(使用空气和蒸汽/空气)；中等热值——12～18MJ/m3(使用氧气和蒸汽)；高热值——40MJ/m3(使用氢气)。固定床气化炉与流化床气化炉有着各自的优缺点和一定的适用范围。其性能比较见表1。

可以看出，流化床气化炉比固定床气化炉具有更好的经济性，应成为今后生物质气化研究的方向。

生物质整体气化联合发电技术(BIGCC)作为先进的生物质气化发电技术，从1990年开始得到广泛研究。BIGCC通过2级燃烧方式，利用2种工质将勃雷登(Broyton)循环和朗肯循环叠加在一起，具有较高的发电效率和较大的发电规模。但由于生物质燃气热值低，炉子出口气体温度较高(800℃以上)，要使BIGCC达到较高效率，需具备2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状态的。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