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生物質能源是以農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2010~2020年,全球的能源使用模式可能快速轉變,再生能源定會取代石化燃料。由表2可知,由于谷殼氣化不需要專門收集與運輸設備和儲存設備,所以單位投資只需3500元/千瓦,大大低于小型的燃煤發(fā)電站(約6000元/千瓦)。
生物質燃料包括植物材料和動物廢料等有機物質在內的燃料,是人類使用的古老燃料的新名稱。生物質燃料多為莖狀農作物經過加工產生的塊裝環(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%。這些氣體和揮發(fā)分組成了可燃氣體,完成了固體生物質向氣體燃料的轉化過程。
按照生物質的特點及轉化方式可分為固體、液體、氣體3種生物質燃料。我國生物質能源的利用包括畜禽糞便發(fā)展沼氣、農作物秸稈生產燃氣、糧食作物轉化能源作物以及油料作物轉化為生物質柴油這四大類。不同的燃料產生不同的熱值。
生物質氣化發(fā)電可使用農林廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機廢棄物及動物糞便等生物質原料。原料來源廣泛,發(fā)電設備多種,發(fā)電規(guī)模不等,促使氣化技術呈多樣化發(fā)展。從發(fā)電規(guī)模上分,生物質氣化發(fā)電系統可分為小型、中型、大型三種。小型氣化發(fā)電系統所需的生物質數量較少,簡單靈活,多采用固定床氣化設備,主要用于農村照明或作為中小企業(yè)的自備發(fā)電機組,一般發(fā)電功率小于200kW。固定床氣化設備又可分為上吸式、下吸式和開心層下式3種,其中下吸式爐型有利于減少爐內熱解生成的焦油含量,因而被廣泛采用。生物質分布分散,收集和運輸困難,在中國目前的條件下,難以采用大規(guī)模燃燒技術,所以中小規(guī)模的生物質氣化發(fā)電技術(200—5000kW)在中國有獨特的優(yōu)勢。
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,經過旋風分離器除去雜質和灰分后即可使用,不需冷卻。(2)氣化氣在燃氣輪機內燃燒帶動發(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氣化發(fā)電系統較少。(3)氣化氣在內燃機內燒帶動發(fā)電機發(fā)電。簡單的內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,系統簡單,因而應用廣泛,而且效率較高。由于生物質發(fā)電所用的原料生物質在生長時需要吸收二氧化碳,因此它抵消了燃燒時排放的二氧化碳,可以說利用它發(fā)電是一種無碳排放的發(fā)電,這是優(yōu)點之一。但該種方式對氣體要求嚴格,氣化氣必須凈化并冷卻。