文 楊杉杉 孟海泳 重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院
推廣生物質(zhì)氣化發(fā)電 實(shí)踐節(jié)能減排
文/楊杉杉 孟海泳 重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院
隨著能源危機(jī)的加劇,以及國(guó)家節(jié)能減排工作的不斷推進(jìn),越來越多的企業(yè)開始采取新的節(jié)能措施。利用生物質(zhì)氣化技術(shù),將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w,然后利用燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電,也成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一個(gè)重要舉措。
生物質(zhì)資源是一種可再生資源,歸納起來主要包括四部分:農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)廢棄物、生活垃圾和人畜糞便。生物質(zhì)能屬于清潔的能源,其數(shù)量非常之大,每年可利用的生物質(zhì)能總量估計(jì)可達(dá)7億t標(biāo)準(zhǔn)煤以上。所以,它是可以作為常規(guī)能源的替代物來發(fā)電的。
生物質(zhì)發(fā)電一般有兩種形式,一是生物質(zhì)直接發(fā)電,這種發(fā)電雖然技術(shù)成熟但是需要生物質(zhì)大量的聚集在一起,運(yùn)輸成本很高,目前在我國(guó)應(yīng)用較少;二是生物質(zhì)氣化發(fā)電,這種方式是把生物質(zhì)變成可燃?xì)怏w,然后利用燃?xì)鈾C(jī)進(jìn)行發(fā)電,它一般包括三個(gè)過程:首先是生物質(zhì)在氣化爐內(nèi)的產(chǎn)氣過程,第二個(gè)過程是產(chǎn)生燃?xì)獾膬艋A段,第三個(gè)才是生物質(zhì)氣化氣的燃燒發(fā)電階段。
生物質(zhì)氣化發(fā)電具有眾多的優(yōu)點(diǎn),所以國(guó)內(nèi)外許多國(guó)家都投入了大量精力、物力進(jìn)行開發(fā)研究。我國(guó)對(duì)于生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的研究是從上世紀(jì)60年代開始的,通過國(guó)家科技部的“九五”、“十五”攻關(guān)和“863”等重點(diǎn)計(jì)劃,目前我國(guó)已取得很大的進(jìn)展,生物質(zhì)氣化發(fā)電在“十五”期間系統(tǒng)已經(jīng)完全國(guó)產(chǎn)化。目前國(guó)內(nèi)外比較典型的生物質(zhì)系統(tǒng)是TPS生物質(zhì)的IGCC系統(tǒng)和Battelle生物質(zhì)IGCC發(fā)電系統(tǒng)(詳見圖1、圖2)。
圖1系統(tǒng)工作流程是:第一個(gè)循環(huán)流化床(氣化器)用來進(jìn)行生物質(zhì)氣化,第二個(gè)循環(huán)流化床(裂解器)用來把焦油催化裂解為較小的分子。第一個(gè)循環(huán)流化床產(chǎn)生的反應(yīng)氣體,通過裂解器,然后再被冷卻后通過過濾器和凈化系統(tǒng)除塵,再經(jīng)增壓機(jī)壓縮后進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燃燒,推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功發(fā)電,燃?xì)廨啓C(jī)后的氣體繼續(xù)通過余熱鍋爐回收熱量,再次通過蒸汽輪機(jī)發(fā)電,從而形成一個(gè)聯(lián)合循環(huán)。
圖2系統(tǒng)是由一個(gè)氣化器和一個(gè)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(jìn)燃燒器繼續(xù)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(diào)節(jié)器、空氣加熱器調(diào)節(jié)氣體溫度,然后再通過凈化系統(tǒng)除去焦油灰塵等雜質(zhì)變成合格的產(chǎn)品氣,而后引入燃燒室,推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功發(fā)電,然后再利用余熱鍋爐回收煙氣熱量推動(dòng)蒸汽輪機(jī)做功,實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)。
生物質(zhì)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?dú)饣瘎┰谌毖趸蛏傺醯臈l件下進(jìn)行干餾。這些氣化方法所得到的燃?xì)鉄嶂凳遣灰粯拥?,而且技術(shù)難度也是不一樣的,可以針對(duì)不同的生物質(zhì)采用不同的氣化方法。
生物質(zhì)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(jù)氣體和生物質(zhì)物料運(yùn)動(dòng)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(jù)生物質(zhì)顆粒的大小又可以分為:內(nèi)循環(huán)錐行鼓泡流化床和循環(huán)流化床。流化床與固定床比較來看,其優(yōu)點(diǎn)是混合快、反應(yīng)速度快、生產(chǎn)穩(wěn)定并且燃料適應(yīng)性大,缺點(diǎn)在于技術(shù)復(fù)雜,運(yùn)行成本造價(jià)高。
生物質(zhì)氣化氣中含有大量的焦油,如果不把它除去,將對(duì)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。目前除焦技術(shù)中有兩大類方法,一個(gè)是使焦油相變,從氣相變?yōu)橐合?,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?xì)庵械慕褂蛶ё摺A硪环N是讓焦油裂解為分子量較小的氣體,稱為化學(xué)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(zhuǎn)化率,但是卻要求氣化爐有很好的保溫,還耗費(fèi)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(jìn)的除焦方法。
焦油處理技術(shù)和生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)密切相關(guān),焦油會(huì)堵塞管路、燃?xì)饪椎龋€會(huì)污染汽缸,通過水洗焦油法除焦,還會(huì)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(yán)格的限制,所以進(jìn)一步研發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的除焦方法是一項(xiàng)有意義的課題。
生物質(zhì)分布比較廣泛,但是針對(duì)不同的生物質(zhì),其能量密度,所含成分都不相同,從而給電廠發(fā)電帶來了困難,為了提高整個(gè)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性,需要我們進(jìn)一步研究不同的生物質(zhì)材料采用何種氣化爐氣化效率最高。
綜上所述,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電力需求量的迅猛增加,資源和環(huán)境的雙重要求,都迫使天然氣發(fā)電成為今后天然氣利用的重要發(fā)展方向。利用生物質(zhì)氣化通過燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電,不僅能夠減少溫室效應(yīng),還能減少有害氣體對(duì)環(huán)境的污染,重要的是在目前能源緊缺的情況下,是生物質(zhì)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(guó)家政策的大力支持和燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)的不斷提高,燃?xì)獍l(fā)電將會(huì)得到更大更快的發(fā)展,給社會(huì)帶來更大的貢獻(xiàn)。