能源與新能源發電技術論文(2)
能源與新能源發電技術論文
能源與新能源發電技術論文篇二
生物質能源發電技術簡述
摘要：能源需求的日益增長已經導致礦物質資源短缺;礦物質能源的大量使用也造成了日益嚴重的環境污染。清潔、環保生物質能源替代礦物能源已經引起世界各個國家的重視，并在各個國家大量應用，本文簡要介紹了目前我國生物質發電技術應用情況。
關鍵字：生物質能應用生物質發電
中圖分類號：P754.1文獻標識碼： A
一、發展生物質能意義
目前，世界上使用的能源主要為礦物能源，主要包括煤炭、石油、天燃氣。礦物能源的不斷開發將最終將導致能源的短缺，也造成了全球環境污染嚴重等問題。人類在經濟持續發展過程中正面臨著人口、資源和環境的巨大壓力，如何使能源、社會、經濟、環境協調和可持續發展是當前需要解決的核心問題。
生物質能是一個重要的能源，預計到下世紀，世界能源消費的40%來自生物質能，生物質作為新能源早已引起世界各國政府和科學家的關注。國外生物質能研究開發工作主要集中于液化、氣化、固化、熱分解和直接燃燒等方面。如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農場和巴西的酒精能源計劃等發展計劃。其它諸如丹麥、荷蘭、德國、法國、加拿大、芬蘭等國，多年來一直在進行各自的研究與開發，并形成了各具特色的生物質能源研究與開發體系，擁有各自的技術優勢。隨著社會經濟的發展，生活水平的提高，環保意識的加強，對生物質能的高效合理的開發利用，必然愈來愈受重視。科學利用生物質能，加強其應用技術的研究，具有十分重要的意義。
我國現有森林、草原和耕地面積41.4億公頃，理論上生物質資源可達65億噸/年以上。以平均熱值為15,000kJ/kg計算，折合理論資源最為32.5億噸標準煤，相當于我國目前年總能耗的3倍以上。我國生物質能研究開發工作起步較晚。隨著近年經濟的飛速發展，政府開始重視生物質能利用研究工作，現今已建立起一支專業研究開發隊伍，并取得了一批高水平的研究成果，初步形成了我國的生物質能產業，我國現階段生物質能源主要用于秸稈發電。
二、秸稈發電工藝
農作物秸稈發電在發達國家己受到廣泛重視，在奧地利、丹麥、芬蘭、法國、挪威、瑞典、美國、加拿大等國。目前我國秸稈發電主要工藝分三類：秸稈鍋爐直接燃燒發電、秸稈～煤混合燃燒發電和生物質氣化發電。
1、生物質鍋爐直接燃燒發電
目前國內外廣泛應用的生物質直燃技術為振動爐排直接燃燒鍋爐，該技術在國外已經有成熟經驗，并已大量投產。目前國內一些鍋爐廠家也擁有這項技術，向在國內遼寧、吉林、黑龍江、山東等省陸續建成投產。
振動爐排秸稈直燃爐的工藝流程：粗處理后的燃料經給料機送入爐堂，燃料自然落入爐排前部，在此處由于高溫煙氣和一次風的作用逐步預熱、干燥、著火、燃燒。燃料邊燃燒邊向爐排后部運動，直至燃盡，最后灰渣落入爐后的除渣口。
直燃爐易存在的問題：由于秸稈灰中堿金屬和氯的含量相對較高，因此，煙氣在高溫時(450℃以上)對過熱器具有較高的腐蝕性。此外，飛灰的熔點較低，易產生結渣的問題。如果灰分變成固體和半流體，運行中就很難清除，就會阻礙管道中從煙氣至蒸汽的熱量傳輸。嚴重時甚至會完全堵塞煙氣通道，將煙氣堵在鍋爐中。針對這些問題各鍋爐廠家在鍋爐設計上，在鍋爐結構、鍋爐材料等方面采取了相應措施來解決這些問題，效果仍需實際運行中不斷檢測改進。
2、生物質～煤混合燃燒發電
循環流化床是一種新型的環保鍋爐，它主要采取了爐內物料循環、低溫燃燒、可進行爐內脫硫的新技術。由于它采取了爐內物料循環，對燃料的適應性強，它可以燃用低位發熱值2000～7000kcal/kg的矸石、原煤、煤泥和洗中煤等;還可以燃用熱值比較低的糖渣、木霄、各種生物質秸稈及各種垃圾等。
該爐雖然有燃用各種燃料的特性，但是在燃燒的過程中卻有不同的效果，或多或少對鍋爐都有一定的影響。摻燒糖渣、木屑、各種生物質秸稈及各種垃圾，需要重新計算風量等，并有穩定的燃料來源，相對固定的摻燒比例。循環硫化床鍋爐對燃料的適應性非常強，無論燃燒哪種燃料首先要核算經濟性，而后計算摻燒量、最后再進行人員培訓、注意事項、運行調整等。
根據國家關于可再生能源的相關法律規程規定，生物質發電項目主要為農林生物質直接燃燒和氣化發電、生活垃圾焚燒發電和垃圾填埋氣發電及沼氣發電項目。 現階段，采用流化床焚燒爐處理生活垃圾的發電項目，因采用原料熱值較低，其消耗熱量中常規燃料的消耗量按照熱值換算可不超過總消耗量的20%。其他新建的生物質發電項目原則上不得摻燒常規燃料，否則不得按照生物質發電項目進行申報和管理。國家鼓勵對常規火電項目進行摻燒生物質的技術改造，當生物質摻燒量按照熱值換算低于80%時，應按照常規火電項目進行管理。
3、生物質氣化發電
生物質氣化發電技術的基本原理是把生物質轉化為可燃氣，再利用可燃氣推動燃氣發電設備進行發電。它既能解決生物質難于燃用而又分布分散的缺點，又可以充分發揮燃氣發電技術設備緊湊而污染少的優點，所以是生物質能最有效最潔凈的利用方法之一。氣化發電過程包括三個方面，一是生物質氣化，把固體生物質轉化為氣體燃料;二是氣體凈化，氣化出來的燃氣都帶有一定的雜質，包括灰份、焦炭和焦油等，需經過凈化系統把雜質除去，以保證燃氣發電設備的正常運行;三是燃氣發電，利用燃氣輪機或燃氣內燃機進行發電，有的工藝為了提高發電效率，發電過程可以增加余熱鍋爐和蒸汽輪機。
目前國際上采用的生物質氣化發電技術有生物質整體氣化聯合循環(B/IGCC)和CAPS-II/250MT型熱分解系統。
傳統的B/IGCC技術包括生物質氣化，氣體凈化，燃氣輪機發電及蒸汽輪機發電。由于生物質燃氣熱值低，爐子出口氣體溫度較高(800℃以上)，要使IGCC具有較高的效率，必須具備兩個條件，一是燃氣進入燃氣輪機之前不能降溫，二是燃氣必須是高壓的。這就要求系統必須采用生物質高壓氣化和燃氣高溫凈化兩種技術才能使IGCC的總體效率達到較高水平(>40%)，否則，如果采用一般的常壓氣化和燃氣降溫凈化，由于氣化效率和帶壓縮的燃氣輪機效率都較低，氣體的整體效率一般都低于35%。
從純技術的角度看，生物質IGCC技術可以大大地提高生物質氣化發電的總效率。目前國際上有很多先進國家開展這方面研究，但由于焦油處理技術與燃氣輪機改造技術難度很高，仍存在很多問題，如系統未成熟，造價也很高，限制了其應用推廣。以意大利12MW 的IGCC示范項目為例，發電效率約為31.7%，但建設成本高達25000元/kW，發電成本約1.2元/kW.h，實用性仍很差。
CAPS-II控氣型秸稈燃料熱分解系統，由熱分解系統+余熱(燃氣)鍋爐+蒸汽輪機+尾氣處理設備組成。
CAPS-II熱分解系統的熱分解氣化反應室在缺氧和微負壓狀態下工作。熱分解過程中所釋放的熱量可通過調整熱分解氣化反應室供風量對其進行控制，使其少于完全燃燒所釋放的熱量。在這種亞化學當量的條件下，農作物秸稈燃料被干燥、加熱和高溫分解，釋放出水氣和可揮發性組分。秸稈燃料中不可分解的可燃部分在熱分解氣化反應室末端中燃燒，同時為熱分解氣化反應室提供熱量直至成為灰燼。在熱分解氣化反應室中所釋放出的可燃氣體通過一個紊流混合區后進入燃氣鍋爐燃燒室，點火器位于紊流混合區內，附加的助燃空氣使氧化反應過程得以完全、徹底地實現。
余熱鍋爐與CAPS-II熱分解氣化反應室連接形成一個整體，對熱分解氣化反應室產生的可燃氣體的完全氧化燃燒，并通過熱交換將煙氣中的熱量轉化成過熱蒸汽。過熱蒸汽推動汽輪發電機組發電。
當控制工況允許在熱分解氣化反應室中出現過載狀態時，污染控制作用被降低并造成兩個不良后果。首先，氣體流速將增大到一定范圍，使長鏈的化合物無法完全氧化分解并送入燃氣鍋爐。大量的煙塵流入燃氣鍋爐將超過其燃燒容積，使未反應的煙塵由煙囪排入大氣。其次由于農作物秸稈在熱分解氣化反應室的停留時間可能會被縮短，使排放的灰渣含碳量增加，無法達到環保要求。所以當用戶有過載燃燒的要求時或用戶經常需要過載燃燒，將會加重尾氣處理系統的負荷，同時也不能保證排放灰渣中的含碳量。
三、結束語
生物質能源在未來將成為可持續能源重要部分。我國幅員遼闊，但化石能源資源有限，生物質資源豐富，發展生物質能源具有重要的戰略意義和現實意義。合理開發生物質能源將涉及農村發展、能源開發、環境保護、資源保護、國家安全和生態平衡等諸多利益。隨著我國國民經濟的高速發展和城鄉人民生活水平的不斷提高，既有經濟、社會效益，又能保護環境的生物質發電技術的利用前景將會越來越廣闊。
參考文獻：
[1]《可再生能源中長期發展規劃》中華人民共和國發展和改革委員會，2007年9月.
[2]蔣劍春 《生物質能源應用研究現狀與發展前景》，林業化學與工業，2002年第2期.
[3]《生物質能發電技術及應用》陸璐，能源技術;2005年10月第26卷增刊.
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