公司對生物質氣化技術的研究
作者:鄭州合力新能源 | 來源:鄭州市合力新能源發展有限公司 | 發布時間:2019-05-09 10:58 | 瀏覽次數:

                                                     生物質氣化技術的研究
       鄭州市合力新能源發展有限公司、經過技術人員的多年研究和總結、論證,生物質氣化設備及系統設計、生產、制造完工。試驗后,整體效果良好,在國內其他生產廠家的經驗基礎上,經技術改良后的氣化發生爐、氣化裂解產氣率良好,焦油凈化處理裝置,廢水二次污染基本解決,為生物質氣化的廣泛應用奠定扎實基礎,同時進一步推進了生物質氣化在工業企業領域的應用。
  
生物質氣化是在一定的熱力學條件下,借助于空氣部分(或者氧氣)、水蒸氣的作用,使生物質的高聚物發生熱解、氧化、還原重整反應,最終轉化為一氧化碳,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數量巨大,主要以農業廢棄物和木材廢物為主。生物質分布分散,收集和運輸困難,在中國目前的條件下,難以采用大規模燃燒技術,所以中小規模的生物質氣化發電技術(200—5000kW)在中國有獨特的優勢。由于中國電力供應緊張,而生物質廢棄物浪費嚴重,價格低廉,所以生物質氣化發電的成本,約為0.2-0.3元/Kw.h,已接近或優于常規發電,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。
生物質氣化發電技術
目前中國已具備建設MW級生物質氣化發電項目的能力。但技術仍存在一些問題,最突出的是對水的二次污染和對各種類型生物質適用性不強,而且系統發電效率較低,熱效率僅為15%左右。所以目前必須加強三方面的工作,一是研究完善焦油裂解技術,徹底減少對水的二次污染;
二是改進技術過程,提高整體熱效率;三是在有條件的地方建設示范項目,針對不同廢料特點進行商業示范,充分證明該技術的可靠性和經濟性,為全面推廣生物質氣化技術創造條件。
生物質氣化
生物質是重要的可再生能源,它分布廣泛,數量巨大。但由于它能量密度低,又分散,所以難以大規模集中處理,這正是大部分發展中國家生物質利用水平低下的原因。生物質氣化發電技術(BGPG)可以在較小的規模下實現較高的利用率,并能提供高品位的能源形式,特別適合于農村、發展中國家和地區,所以是利用生物質的一種重要技術,是一個重要的發展方向。中國由于地域廣闊,生物質資源豐富而電力供應相對緊張,生物質氣化發電具有較好的生存條件和發展空間,所以在中國大力發展生物質氣化發電技術可以最大限度地體現該技術的優越性和經濟性。
生物質氣化現狀
生物質氣化發展概況
中國對生物質氣化發電技術的研究及應用較早,在六十年代就開發了60KW的谷殼氣化發電。目前主要使用的是160KW與200KW谷殼發電兩種。近年進行1MW的生物質氣化發電系統研究,旨在開發適合中國國情的中型生物質氣化發電技術。1MW的生物質氣化發電系統已于去年完成并投入使用,其流程示意圖見圖1所示。該系統在很多方面比
200KW氣化發電有了改進,但由于投資問題,有關廢水問題不能完全解決。
生物質氣化關鍵技術
2.2.1氣化爐
中國對各種氣化方式都有研究,已完成了多種氣化爐的研制,目前已使用的氣化爐有上吸式、下吸式、敞口式和流化床等。從原理上講,各種氣化爐都可以用于氣化發電,但目前研究完成并正常運轉的主要有三種,即敞口下吸式,下吸式及循環流化床(見表1),發電功率可以從幾千瓦到幾千千瓦,這為氣化發電技術的進一步發展提供了條件。
2.2.2 氣體機
氣體機包括天然氣、甲烷和低熱值生物質氣三種。我國低熱值氣體機發展較差,小功
率(100KW)基本都由柴油機改裝,未有定型產品。大功率(500KW)的機組也有研究,
表1。中國生物質氣化發電中的氣化爐型式
氣化爐型式 層式下吸式 下吸式 循環流化床
燃料種類 樹皮,木塊 谷殼,木塊 谷殼,木屑
規模 2.0—30.0kWe 60—200kWe 400—4000kWe
燃氣熱值 4100-5300KJ/m3 3800-4600KJ/m3 4600-6300KJ/m3
氣化溫度 1100℃ 700-800C 650-850℃
冷氣效率 70% 50% 65—75%
但由于排氣溫度和控制技術未能過關,目前仍未有成熟產品。現在已有定型產品有160KW和200KW兩種。由于單機功率較小,所以中等規模的氣化發電系統必須由多臺氣體機并車,這在一定程度上會影響氣化系統功率的進一步提高。
2.2.3 氣體凈化
氣體凈化是中國生物質氣化最薄弱的環節。目前都采用水洗的辦法,既降低系統效率,又產生含焦油的污水,所以是今后研究的主要課題。按現在的技術看來,進行焦油裂解減少焦油和水處理使廢水循環使用是氣體凈化的兩個關鍵問題。
生物質氣化經濟性
生物質氣化發電的投資主要包括氣化與凈化系統、發電設備及土建三部分。以1000KW
的谷殼氣化發電系統為例,其投資構成見表2。由表2可知,由于谷殼氣化不需要專門收集與運輸設備和儲存設備,所以單位投資只需3500元/千瓦,大大低于小型的燃煤發電站(約6000元/千瓦)。另外,由于氣化設備、配套設備及廢水處理設備等隨著容量的變小,其比例越來越高,BGPG的單位投資隨著容量的變小而越來越大,當功率小于60KW時,單位投資即高于小型燃煤電站的投資(見圖2)。
表2. 1MW 氣化發電的投資預算(萬元)
(1) 氣化爐 5MWth , 包括分離器 50
(2) 水洗裝置 2500Nm3 , 包括文丘里管 10
(3) 氣體機 200kW 機組,五臺 150
(4) 配電設備 配電屏及電纜 6
(5) 水處理系統 用于處理廢水 35
(6) 配套設備廠 風機,水泵,電機,管道等 15
(8) 工程安裝 10
(9) 基建 200m2 的廠房和基礎 20
(10)控制系統 10
合計 306
2.3.2 發電成本
BGPG的發電成本包括生物質費用、設備維修、設備折舊和人工等部分,對1000KW的谷殼發電來說大約為0.27元/千瓦時(見表3)。這一成本與燃煤發電廠的成本接近,但遠遠低于柴油機的發電成本。在較小的發電規模下,由于人工和維修費用比例大大增加,
所以發電成本已隨著功率的變小而增大,當功率小于100KW時,發電成本已接近大型柴油發電的水平,失去競爭的優勢。
2.3.3 環保投入
由于目前生物質氣化的焦油問題仍未解決,為避免二次污染,必須投入定的資金建設污水處理設備,對不同的系統處理污水的投入不同,但總的來說,功率越小,比例越大,這也是小功率BGPG難以推廣的主要原因。而且由于污水處理占地較大,很多用戶為了節省投入和降低運行費用,對污水不進行處理,引起環境問題。
生物質氣化關鍵問題
生物質氣化收集與預處理
由于能量密度低并且分散,生物質的收集與運輸是生物質成本的主要部分,而生物質的預處理必須增加相應的設備和投資,這兩部分都會增加生物質氣化發電的運行成本。圖3是生物質成本與發電成本的關系,由圖可知,當生物質的價格高于200元/噸,BGPG的發電成本高于0.45元/千瓦時,BGPG失去了經濟吸引力。圖4是不同廢料目前的市場價格,它反映了不同收集和運輸條件對生物質成本的影響,由圖可知,在目前條件下,超過50公里的范圍收購生物質廢物,其收購成本高于200元/噸,失去了競爭能力。這說明目前BGPG的技術只能應用在生物質廢物集中,不需要收集、運輸和預處理的情況下。
生物質氣化廢水二次污染
如前所述,由于廢水的處理需要較大投入和用地,廢水問題已成為目前推廣BGPG的主要障礙。特別對于小于400KW的氣化發電系統,增加廢水處理設備將大大增加投資和運行費用,使大量需要200KW的用戶放棄使用氣化發電技術。
生物質氣化解決辦法
生物質氣化研究及改進
4.1.1 焦油裂解技術及廢水處理工藝
焦油裂解是徹底解決二次污染的辦法。只有最大限度地減少焦油的數量,才能避免廢水的產生。當然,采用任何工藝都很難保證完全沒有焦油,所以采用一定的水作為冷卻和清洗還是必要的,因此廢水的處理與循環使用的研究也是必不可少的。只有解決二次污染的問題,生物質氣化發電技術才能與其他技術進行平等的競爭。
4.1.2 發電循環的改進及系統效率的提高
由于受氣化效率與氣體機效率的限制,簡單的氣化-氣體機發電循環效率很難高于20%,所以單位電量的生物質消耗量一般大于1.1
千克(干)/千瓦時。而我們從發電成本的分析可知,原料成本是發電成本最主要的一部分,如果不能降低生物質數量,很難利用需要收集與預處理的生物質資源。所以從長遠來說,提高系統總效率是全面推廣利用BGPG的一個前提。
從純技術的角度看,生物質IGCC
可以有效地提高BGPG的總效率,但由此可以看出于焦油處理技術與燃氣輪機技術的限制,在中國研究發展生物質IGCC仍比較困難。所以如何利用現已較成熟的技術,研制開發在經濟上可行,而效率又有較大提高的系統,是目前發展BGPG的一個主要課題。
圖5是建立在較成熟的氣化-氣體機系統上的一種聯合循環構想,它有三個特點:(1)技術難度小,不需要很高的氣體凈化技術;(2)系統發電效率有較大提高,可達28%左右,達到小型燃煤發電的水平;(3)由于技術成熟,設備都是傳統的定型產品,單位投資較低,約4000~5000元/千瓦,所以綜合技術性與經濟性兩方面的考慮,該系統是一個比較適合中國國情的選擇,特別對4~10兆瓦的規模更為優越。是我國今后研究開發的方向之一。
生物質氣化應用及示范
相對于發達國家,中國的生物質氣化發電有比較好的市場環境,但從成本分析可知,即使解決二次污染問題,大規模的生物質收集與運輸仍使發電成本提高,失去經濟上的競爭性。所以目前可能使用生物質氣化發電的主要對象應是有大量生物質廢料而沒有收集及運輸問題的企業或地區。為了充分顯示BGPG的技術及經濟上的優勢,很有必要在這些企業中進行商業性示范,使
BGPG逐漸被企業所接受。在此基礎上,改進并提高BGPG的技術性能,探討BGPG應用于大規模處理農業秸稈或森林廢物的可能性。
從中國目前企業的特點考慮,比較可能使用BGPG的主要有碾米廠和木材加工廠。中國每年生產稻谷近2.0億噸,生產人造板1000多萬立方米,所以上規模的碾米廠和人造板廠分別有幾百家,因此即使BGPG目前只針對這兩種企業,也有很大的市場潛力。
生物質氣化保證電力收購
中國目前由于氣體機的單機容量相對較小(200千瓦),不符合國家有關機組上電網的要求,但作為可再生能源,生物質對減少污染,保護環境方面有重要意義,所以國家應在這些方面實行鼓勵及保護政策,除了允許小機組(100千瓦)上網以外,還必須實行最低收購價,確定保護生物質電力的生產。目前國家有關部委已開始制定這方面的政策,關鍵是如何有效的實施。
生物質氣化結論
氣化發電是分散利用生物質能的有效手段,比較適合于中國當前的經濟水平和發展現狀。中國的生物質具有較好的技術基礎,只要解決二次污染,即具備與其他常規發電技術競爭的條件。為了發展并盡快推廣生物質氣化技術,目前應該進行三方面的工作:一是研究焦油處理技術,徹底消除二次污染;二是改進氣化發電技術與系統,提高整體效率,進一步降低發電成本;三是制定保證政策,鼓勵生物質氣化發電技術的應用。
工藝流程
首先,干燥的生物質影響氣化效果對于含水量本來不不高且規格較細的稻殼秸稈鋸末來說,自然晾曬風干以后即可進入氣化爐,而對于果殼木材等規格大含水率高的生物質則需要粉碎后烘干處理,一般粉碎成3mm-30mm的長度越小越好(原料的預處理對焦油含量影響較小,主要影響氣化效率),然后將物料投入氣化發生器中,經過干燥、熱分解(也有叫干餾)、還原、氧化四步,遂后生成可燃氣體,再經過除塵器除塵,然后經過噴淋凈化器、汽水分離器、過濾器,最后通過風機將可燃氣體送出。其中,干燥過程需要溫度100—700攝氏度,熱分解層需要300-800度,還原層需要900度左右,氧化層約1200度左右
氣化爐的制作工藝一般分為上吸式和下吸式兩種,簡單來說上吸式,就是原料從上入料口投入,經過上述幾個步驟后生成可燃氣,最后在底部用風機強制送風,在氣化發生器上部輸出燃氣,由于下吸式固定床氣化過程可以二次裂解焦油,可降低產物中焦油的含量。因此目前應用的工藝以下吸式固定床式發生器為主。
公司資料
經營范圍:生物質燃燒機的生產銷售、生物質氣化設備的生產及銷售、節能環保設備、生物質能綜合利用設備、生物質能粉碎設備、篩分設備、成型設備、包裝設備、生物質真火壁爐、民用采暖、炊事爐、生物質常壓熱水爐、導熱油爐、熱風爐、天然氣、石油液化氣、燃油爐;生物質成型顆粒燃料等;同時燃煤鍋爐改造、承包、合同能源管理等業務。
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