生物质燃料气化发电介绍 生物质燃料来自于大自然，主要是稻秸秆，麦秸秆，灌木和生活垃圾中的有机物。随着地球上的化石燃料越来越少，可再生能源是目前世界各国政府的重要任务。生物质燃料是可再生能源的重要组成部分，如何合理利用是目前需要迫切解决的问题。 过去利用生物质燃料的方法主要是直接燃烧，将生物质燃料破碎后，直接进入锅炉，产生蒸汽，然后再驱动汽轮发电机组。这样的利用方法主要特点是系统成熟，但效率低下。建立这样的生物质直燃发电装置，投资回报非常低。国家必须提供大量的补贴才能生存下去。 将生物质燃料通过气化的方法，产生可燃气体，用往复式内燃机或燃气轮机发电，可以大幅度提高发电效率。在目前的上网电价和生物质原料价格条件下，投资收益大幅改善。 目前在国际上，欧美发达国家也在大力开发生物质气化发电的技术。上图是预计到2030年全球生物质气化发电市场规模。 往复式内燃机一般的功率范围大约是1-2MW，适合于小单位例如农村，小养殖场自用发电。燃气轮机规模较大，适合于区域发电，覆盖的收集生物质燃料的半径大约可以50-70公里。用燃气轮机发电机配合联合循环，可以使系统的净发电输出效率达到38-50%。前景非常广阔。 气化技术介绍 目前世界上能够产生适合燃气轮机使用的生物质燃气主要有两类技术，水蒸汽或富氧气化技术，等离子气化技术。 水蒸气气化技术，在附图1上的流程图简单介绍了蒸汽气化技术。生物质原料例如稻秸秆、麦秸秆和棉秸秆等经过破碎后，进入气化室。气化室内有高温石英砂保持气化反应温度。蒸汽注入气化室，和生物质发生反应，水分子在高温条件下裂解，和生物质反应后产生可燃合成气。气体主要成分如下： 
燃料气体经过旋风分离器后，再冷却净化，进入到储存罐中。从分离器出来的石英砂和碳粒子进入到再生燃烧器中，经过燃烧后将石英砂加热，然后再循环到气化室中重复使用。 等离子气化技术，在附图2上的流程图简单介绍等离子气化技术。生物质原料例如生活垃圾，稻秸秆、麦秸秆，棉秸秆或煤等经过破碎后，进入等离子高温气化室。在极高温度等离子火炬条件下，所有的碳氢化合物都被气化分解。产生的气体经过冷却过滤后，就可以作为燃料使 等离子气体的特点是气化率高，速度快。气体热值比较低，具体的气体组分和原料关系较大。 国内目前正在开发其它气化技术包括两段气化，富氧气化等，具体参见参考文献4和8。参与开发的有关单位有中科院广州能源所，山东大学，浙江大学，四川通美新能源有限公司，凯迪电力等。 燃气轮机燃料适用性 燃料热值要求 燃气轮机使用气体燃料时以下面的单位衡量是否符合燃烧系统的要求： W.I. = LHV/(SG)1/2 燃气轮机设计的标准燃料是天然气，大约是900-1000。 水蒸汽气化的生物质燃料气大约华白数是430-450，等离子体气化炉产生的生物质燃料气大约华白数是250-270。 索拉透平国际公司的大力神130(TITAN 130)可以使用最低华白数的燃料是235。 燃料中杂质要求 大力神130机组常规燃料系统中，要求燃料中的杂质不超过如下范围：
生物质气化生成的燃料气，里面含杂质较多，特别是K离子，固体颗粒和焦油含量都非常高。气体净化系统设计非常重要。
燃气轮机设计改型 燃料系统改型 燃料系统流通面积 生物质燃料气的热值大约是标准天然气燃料的三分之一到四分之一，要保持原机组的输出功率，生物质燃料气的流量就必须提高三到四倍。若流量倍增，燃气压力就需要加大，这样一来，燃料气加压装置的功率就会增加许多，减低了整个系统的效率。 为了保持燃机输出功率，但系统压力增加幅度控制在有限范围内，燃料系统的流通面积就需要增大。一般的天然气机组燃料总管是单排布置，若使用低热值燃气，就需要将燃料总管做成双排布置，流通面积提高一倍，燃气压力增加不多。 燃料喷嘴 生物质燃料气含氢量比较高，为了安全起见，需要用标准燃料作为启动燃料，到机组负荷达到一定界限后，切换到生物质燃料气。目前的启动燃料有柴油，压缩天然气或丙烷气。 过去在焦炉煤气机组中，用柴油作为启动燃料。喷嘴上有两个燃料出口，一个是液体燃料，另外一个是气体燃料。若采用生物质燃料气，由于喷嘴截面有限，若采用液体燃料的话，燃气压力要求就非常高，与系统效率不利。系统只有采用单孔气体燃料喷嘴。这样的设计可以保持较大的流通面积，燃料气体压力增加幅度有限。 目前在国内比较容易获得的启动燃料是压缩天然气或丙烷气。丙烷气在正常储存状态时是液体，经过加热气化后，压力也可以上升到20公斤，直接进入燃机作为启动燃料。 安全系统改造 标准燃气轮机使用天然气燃料，对于高氢气的安全性需要做特别改造以满足安全规范要求。主要改造方面如下： 电器防爆等级要满足H2的环境
项目主要参数如下： 生物质燃气WI 430 项目预计2012年8月投入使用
生物质燃料气化发电具有效率高，投资中等的特点。市场前景广大，是可再生能源的重要组成部分。目前世界上的几个试验性项目还属于经验摸索阶段，主要的担心是气体净化装置处理后燃气洁净度是否满足燃气轮机的要求。目前的洁净技术是常规的成熟技术，主要积累的经验是用合理的花费建设净化系统满足燃气轮机要求。大约2-3年以后，市场规模会有重大发展。
参考文献 |
联系客服
