推廣生物質氣化發電 實踐節能減排

文 楊杉杉 孟海泳 重慶大學動力工程學院

推廣生物質氣化發電 實踐節能減排

文/楊杉杉 孟海泳 重慶大學動力工程學院

隨著能源危機的加劇，以及國家節能減排工作的不斷推進，越來越多的企業開始采取新的節能措施。利用生物質氣化技術，將生物質轉化成可燃氣體，然后利用燃氣輪機進行發電，也成為企業實現節能減排的一個重要舉措。

1 生物質氣化發電的應用現狀

生物質資源是一種可再生資源，歸納起來主要包括四部分：農業廢棄物、工業廢棄物、生活垃圾和人畜糞便。生物質能屬于清潔的能源，其數量非常之大，每年可利用的生物質能總量估計可達7億t標準煤以上。所以，它是可以作為常規能源的替代物來發電的。

生物質發電一般有兩種形式，一是生物質直接發電，這種發電雖然技術成熟但是需要生物質大量的聚集在一起，運輸成本很高，目前在我國應用較少；二是生物質氣化發電，這種方式是把生物質變成可燃氣體，然后利用燃氣機進行發電，它一般包括三個過程：首先是生物質在氣化爐內的產氣過程，第二個過程是產生燃氣的凈化階段，第三個才是生物質氣化氣的燃燒發電階段。

生物質氣化發電具有眾多的優點，所以國內外許多國家都投入了大量精力、物力進行開發研究。我國對于生物質氣化發電技術的研究是從上世紀60年代開始的，通過國家科技部的“九五”、“十五”攻關和“863”等重點計劃，目前我國已取得很大的進展，生物質氣化發電在“十五”期間系統已經完全國產化。目前國內外比較典型的生物質系統是TPS生物質的IGCC系統和Battelle生物質IGCC發電系統（詳見圖1、圖2）。

圖1系統工作流程是：第一個循環流化床（氣化器）用來進行生物質氣化，第二個循環流化床（裂解器）用來把焦油催化裂解為較小的分子。第一個循環流化床產生的反應氣體，通過裂解器，然后再被冷卻后通過過濾器和凈化系統除塵，再經增壓機壓縮后進入燃燒室進行燃燒，推動燃氣輪機做功發電，燃氣輪機后的氣體繼續通過余熱鍋爐回收熱量，再次通過蒸汽輪機發電，從而形成一個聯合循環。

圖2系統是由一個氣化器和一個燃燒器組成，氣化生成的氣體通過分離器的作用把分離出的碳放進燃燒器繼續燃燒，燃燒器提供氣化所需的熱量，兩者之間的熱量交換通過中間的砂粒完成。氣化生成的氣體通過熱氣調節器、空氣加熱器調節氣體溫度，然后再通過凈化系統除去焦油灰塵等雜質變成合格的產品氣，而后引入燃燒室，推動燃氣輪機做功發電，然后再利用余熱鍋爐回收煙氣熱量推動蒸汽輪機做功，實現聯合循環。

2 生物質氣化發電的技術現狀

2.1 生物質氣化技術

生物質氣化所需要的氣化劑可以是空氣、純氧氣、水蒸氣、氫氣或水蒸汽和空氣混合物，也可以不需要氣化劑在缺氧或少氧的條件下進行干餾。這些氣化方法所得到的燃氣熱值是不一樣的，而且技術難度也是不一樣的，可以針對不同的生物質采用不同的氣化方法。

生物質氣化爐一般分為兩種：固定床氣化爐和流化床氣化爐。固定床氣化爐又可以根據氣體和生物質物料運動方向的不同分為：下吸式固定床氣化爐、上吸式固定床氣化爐、橫吸式固定床氣化爐和開心式固定床氣化爐。流化床氣化爐根據生物質顆粒的大小又可以分為：內循環錐行鼓泡流化床和循環流化床。流化床與固定床比較來看，其優點是混合快、反應速度快、生產穩定并且燃料適應性大，缺點在于技術復雜，運行成本造價高。

2.2 生物質凈化技術

生物質氣化氣中含有大量的焦油，如果不把它除去，將對燃氣發電機組產生嚴重的影響。目前除焦技術中有兩大類方法，一個是使焦油相變，從氣相變為液相，也稱為物理除焦，它又可以分為干法除焦和濕法除焦，干法除焦一般是通過層層過濾配合靜電除焦而使用的，濕法除焦一般是用水噴淋或吹泡，將燃氣中的焦油帶走。另一種是讓焦油裂解為分子量較小的氣體，稱為化學除焦，它一般也有兩種方法：熱裂解和催化裂解。熱裂解雖然能得到較高的轉化率，但是卻要求氣化爐有很好的保溫，還耗費較多的能量。催化裂解是通過加入催化劑的方法使焦油裂解，它是目前最先進的除焦方法。

3 生物質氣化發應用中的問題

焦油處理技術和生物質氣化發電技術密切相關，焦油會堵塞管路、燃氣孔等，還會污染汽缸，通過水洗焦油法除焦，還會引起二次污染。采用催化裂解雖然效果較好，但是催化劑的使用條件又有嚴格的限制，所以進一步研發經濟實用的除焦方法是一項有意義的課題。

生物質分布比較廣泛，但是針對不同的生物質，其能量密度，所含成分都不相同，從而給電廠發電帶來了困難，為了提高整個發電的經濟性，需要我們進一步研究不同的生物質材料采用何種氣化爐氣化效率最高。

4 應用前景

綜上所述，隨著我國經濟的發展，電力需求量的迅猛增加，資源和環境的雙重要求，都迫使天然氣發電成為今后天然氣利用的重要發展方向。利用生物質氣化通過燃氣輪機進行發電，不僅能夠減少溫室效應，還能減少有害氣體對環境的污染，重要的是在目前能源緊缺的情況下，是生物質資源的可再生性給人們帶來新的希望。相信在不久的將來，隨著國家政策的大力支持和燃氣發電技術的不斷提高，燃氣發電將會得到更大更快的發展，給社會帶來更大的貢獻。