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生物質(zhì)能源是以農(nóng)林等有機廢棄物及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進行能源生產(chǎn)的一種新興能源。能源問題是2l世紀人類面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一。能源問題成為世界各國共同面臨的難題,石化能源不僅,儲量有限,且燃燒后釋放出大量的二氧化碳、氮、硫的氧化物及其他一些有害氣體。嚴重污染了環(huán)境,導致溫室效應、全球氣候變暖、生物物種多樣性降低、荒漠化等諸多生態(tài)問題。在國土面積只有我國山東省面積1/4強的丹麥,已建立了15家大型生物質(zhì)直燃發(fā)電廠,年消耗農(nóng)林廢棄物約150萬噸,提供丹麥全國5%的電力供應。在2010~2020年,全球的能源使用模式可能快速轉(zhuǎn)變,再生能源定會取代石化燃料。
生物質(zhì)燃料包括植物材料和動物廢料等有機物質(zhì)在內(nèi)的燃料,是人類使用的古老燃料的新名稱。生物質(zhì)燃料多為莖狀農(nóng)作物經(jīng)過加工產(chǎn)生的塊裝環(huán)保新能源,其直徑一般為6~8毫米,長度為其直徑的4~5倍,破碎率小于1.5%~2.0%,干基含水量小于10%~15%,灰分含量小于1.5%,硫含量和氯含量均小于0.07%,氮含量小于0.5%。Cyclonicseparator旋風分離器進一步利用旋風作用分離氣體和灰渣,使氣化氣中的灰渣盡可能低,從而保證內(nèi)燃機燃燒氣化氣時,氣缸的磨損為特別小。
按照生物質(zhì)的特點及轉(zhuǎn)化方式可分為固體、液體、氣體3種生物質(zhì)燃料。我國生物質(zhì)能源的利用包括畜禽糞便發(fā)展沼氣、農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)燃氣、糧食作物轉(zhuǎn)化能源作物以及油料作物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)柴油這四大類。不同的燃料產(chǎn)生不同的熱值。
采用不同的發(fā)電設備,氣化發(fā)電技術又可分為以下三類:(1)氣化氣直接作為蒸汽鍋爐的燃料燃燒,生產(chǎn)蒸汽帶動蒸汽輪機發(fā)電。這種方式在氣體成分和熱值有變化時能夠保持穩(wěn)定的燃燒狀態(tài),排放物污染少而且對氣體要求不很嚴格,經(jīng)過旋風分離器除去雜質(zhì)和灰分后即可使用,不需冷卻。(2)氣化氣在燃氣輪機內(nèi)燃燒帶動發(fā)電機發(fā)電。燃氣輪機必須進行相應的改造,將熱值較低的氣化氣增壓到9.8104~29.4105Pa之間,否則發(fā)電效率較低。另外,燃氣輪機對氣化氣質(zhì)量要求高,并且需有較高的自動化控制水平,所以單獨采用燃氣輪機的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)較少。(3)氣化氣在內(nèi)燃機內(nèi)燒帶動發(fā)電機發(fā)電。江蘇吳江縣生產(chǎn)的稻殼氣化爐,利用碾米廠下腳料驅(qū)動發(fā)電機組,功率可達160kW,已進入示范應用階段。簡單的內(nèi)燃機組可單獨燃用低熱值氣化氣,也可以氣化氣、油兩用,設備緊湊,系統(tǒng)簡單,因而應用廣泛,而且效率較高。但該種方式對氣體要求嚴格,氣化氣必須凈化并冷卻。
一些國家開展了大型氣化發(fā)電系統(tǒng)其它技術路線的研究,如比利時(2.5MW)和奧地利(TINA6MW)開展的生物質(zhì)氣化與外燃式燃氣輪機發(fā)電技術,目的是發(fā)展適合于中小型規(guī)模使用的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術,基本原理是生物質(zhì)氣化后不需經(jīng)過除塵除焦,直接在燃燒器中燃燒,燃燒后的煙氣用來加熱高壓的空氣,后由高溫高壓空氣推動燃氣輪機發(fā)電。該技術路線避開了高溫除塵及除焦兩大難題,但需要解決高溫空氣供熱設備的材料和工藝問題。由于該項目中設備的可靠性和造價問題,目前還很難進入實際應用。所以如何利用現(xiàn)已較成熟的技術,研制開發(fā)在經(jīng)濟上可行,而效率又有較大提高的系統(tǒng),是目前發(fā)展BGPG的一個主要課題。