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生物質(zhì)氣化是在一定的熱力學(xué)條件下,借助于空氣部分(或者氧氣)、水蒸氣的作用,使生物質(zhì)的高聚物發(fā)生熱解、氧化、還原重整反應(yīng),終轉(zhuǎn)化為CO,氫氣和低分子烴類等可燃氣體的過程。中國可用的固體生物質(zhì)數(shù)量巨大,主要以農(nóng)業(yè)廢棄物和木材廢物為主。生物質(zhì)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(shù),所以中小規(guī)模的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)(200—5000kW)在中國有獨特的優(yōu)勢。固定床氣化爐工藝一般采用空氣為氣化劑,氣流方式有上吸式、下吸式或是平吸式,特點是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、可以實現(xiàn)多種生物質(zhì)原料的熱解氣化、投資少等。由于中國電力供應(yīng)緊張,而生物質(zhì)廢棄物浪費嚴重,價格低廉,所以生物質(zhì)氣化發(fā)電的成本,約為0.2-0.3元/Kw.h,已接近或優(yōu)于常規(guī)發(fā)電,其單位投資僅約3500—4000元/Kw,為煤電的60%-70%,所以具備進入市場競爭的條件。
生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)主要包括:直接燃燒發(fā)電技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換發(fā)電技術(shù)、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換發(fā)電技術(shù)等3種途徑。
(1)直接燃燒發(fā)電技術(shù)。是指生物質(zhì)原料送入適合的鍋爐內(nèi)燃燒,生產(chǎn)蒸汽,產(chǎn)生的蒸汽膨脹做功,從而帶動發(fā)電機發(fā)電。生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)將是我國生物質(zhì)能利用的主要方式。該系統(tǒng)由物料預(yù)處理設(shè)備、氣化設(shè)備、凈化設(shè)備、換熱設(shè)備、燃氣輪機、蒸汽輪機等發(fā)電設(shè)備組成。當(dāng)前改造熱效率僅為10%左右的傳統(tǒng)燒柴灶,推廣效率可達20%~30%的節(jié)柴灶,其技術(shù)簡單、易于推廣,是效益明顯的節(jié)能措施。
(2)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換發(fā)電技術(shù)。生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換是指在一定的溫度和條件下,使生物質(zhì)汽化、炭化、熱解和催化液化,以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和化學(xué)物質(zhì)的技術(shù),由燃料的熱能轉(zhuǎn)換為電能的方式。
(3)生物化學(xué)轉(zhuǎn)換發(fā)電技術(shù)。指汽輪機和往復(fù)式發(fā)動機以生物化學(xué)轉(zhuǎn)換燃料作為主要的燃料來源,以發(fā)動機的動力驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的過程。生物質(zhì)的生物化學(xué)轉(zhuǎn)換包括有生物質(zhì)-沼氣轉(zhuǎn)換和生物質(zhì)-乙醇轉(zhuǎn)換等。沼氣轉(zhuǎn)化是有機物質(zhì)在厭氧環(huán)境中,通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生一種以為主要成分的可燃性混合氣體即沼氣,乙醇轉(zhuǎn)換是利用糖質(zhì)、淀粉和纖維素等原料經(jīng)發(fā)酵制成乙醇。049元/(kW˙h),約滿負荷運行5500h計算可贏利404。沼氣發(fā)電是指汽輪機和往復(fù)式發(fā)動機以沼氣作為主要的燃料來源,以發(fā)動機的動力驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的過程。
在引進國外先進的大型生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合發(fā)電技術(shù)時,針對目前我國具體情況,采用內(nèi)燃機代替燃氣輪機,其它部分基本相同的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng),不失為解決我國生物質(zhì)氣化發(fā)電規(guī)?;l(fā)展的有效手段。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。一方面,采用氣體內(nèi)燃機可降低對氣化氣雜質(zhì)的要求(焦油與雜質(zhì)含量<100mg/m3即可),
可以大大減少技術(shù)難度;另一方面,避免了調(diào)控相當(dāng)復(fù)雜的燃氣輪機系統(tǒng),大大降低系統(tǒng)的成本。從技術(shù)性能上看,這種氣化及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在常壓氣化時整體發(fā)電效率可達28%~30%,只比傳統(tǒng)的低壓B-IGCC降低3%~5%。但由于系統(tǒng)簡單,技術(shù)難度小,單位投資和造價大大降低(約5000元/kW)。這種技術(shù)方案比較適合于我國目前的工業(yè)水平,設(shè)備可以全部國產(chǎn)化,適合于發(fā)展分散的、獨立的生物質(zhì)能源利用體系。我國與國外情況不同,一方面要通過發(fā)電避免農(nóng)民焚燒秸稈引起污染等社會問題,一方面又要通過發(fā)電扶助農(nóng)民。