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Ⅰ、生物質(zhì)氣化的基本原理 生物質(zhì)氣化是在一定的熱力學(xué)條件下，將組成生物質(zhì)的C—H化合物轉(zhuǎn)化為含CO和H2等可燃?xì)怏w的過(guò)程。供給空氣或氧氣，使生物質(zhì)發(fā)生部分燃燒。有限地提供氧氣，使得生物質(zhì)在氣化爐內(nèi)不完全燃燒，發(fā)生氣化反應(yīng)，生成可燃?xì)怏w——?dú)饣瘹狻�氣化過(guò)程只供給熱化學(xué)反應(yīng)所需的那部分氧氣，而盡可能將能量保留在反應(yīng)后得到的可燃?xì)怏w中，氣化后的產(chǎn)物是含H、CO和低分子烴類(lèi)的可燃?xì)怏w。 在氣化爐出口，產(chǎn)出氣體成分主要為氮?dú)狻⒁谎趸�碳、二氧化碳、氫氣、甲烷、焦油及少量其他烴類(lèi)物質(zhì)（CnHm）等，還有水蒸氣和少量灰分。其中由于空氣中含有79%的N2，它不參與氣化反應(yīng)，在氣化氣中的含量達(dá)50%左右，卻稀釋了氣化氣中可燃組分的含量，因而降低了氣化氣的熱值。純氣化過(guò)程產(chǎn)生可燃?xì)獾臒嶂禐?060kcal/Nm3，而實(shí)際氣化產(chǎn)生的可燃?xì)獾臒嶂狄�高于此理論值，根�?jù)生物質(zhì)原料差異，一般為1200～1400 kcal/Nm3。 氣化爐氣化所生成的氣體中含有鉸多的灰塵、焦油和水分，必須要凈化，主要是去除燃?xì)庵械幕曳帧⒐腆w顆粒、焦油及冷凝物等，凈化后的氣化氣中焦油及含灰量≤50mg/Nm3。焦油在高溫時(shí)呈氣態(tài)，與可燃?xì)怏w完全混合，而在低溫時(shí)（一般低于200℃）凝結(jié)為液態(tài)，分離和處理有一定難度。常用的凈化設(shè)備有旋風(fēng)除塵器、噴淋水洗塔、汽水分離器、焦油過(guò)濾器等。凈化后的氣體即可供給內(nèi)燃機(jī)發(fā)電使用。 生物質(zhì)氣化發(fā)電工藝流程： 在氣化爐中生成可燃?xì)怏w ↓ 在燃?xì)鈨艋�裝置中凈化可燃?xì)怏w ↓ 凈化后的可燃?xì)怏w儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣罐 ↓ 用燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組發(fā)電 Ⅱ、常見(jiàn)木料的低位熱值 單位：MJ/kg 樹(shù)種tree seeds 去皮樹(shù)干trunk without bark 樹(shù)皮bark 樹(shù)干trunk 樹(shù)枝樹(shù)根branch ＆ root 總量total 松樹(shù) pinus sylvestris 19.31 19.53 19.33 20.23 19.52 云杉 picea abies 19.05 18.80 19.02 19.17 19.29 樺樹(shù) birch 18.68 22.75 19.19 19.94 19.30 薄荷 betula pendula 18.61 22.52 19.15 19.53 19.29 灰榿木alnus incana 18.67 21.57 19.00 20.03 19.18 黑榿木alnus glutinosa 18.89 21.48 19.31 19.37 19.31 白楊 populus tremula 18.67 18.57 18.65 18.61 18.65 Ⅲ、木料的低位熱值與其含水量的關(guān)系 Unit/單位：MJ/kg 含水量moisture content 0% 5% 7% 9% 11% 12% 14% 16% 18% 20% 22% 柳樹(shù)枝willow 18.89 16.32 15.93 15.52 15.13 14.93 14.54 14.13 13.74 13.34 12.95 楊樹(shù)枝poplar 18.67 14.00 13.61 13.26 12.91 12.74 12.39 12.04 11.69 11.35 11.00 馬尾松masson pine 19.52 18.37 17.93 17.49 17.05 16.83 16.38 15.94 15.49 15.05 14.61 樺樹(shù)birch 19.30 16.97 16.42 16.31 15.72 15.51 15.10 14.69 14.28 13.87 13.46 椴木basswood 18.67 16.65 16.25 15.84 15.44 15.24 14.84 14.43 14.02 13.62 13.21 Ⅳ、木屑?xì)饣瘹獾闹饕�成分及低位熱�? 氣化運(yùn)行溫度℃ Operation Temperature of gasification：℃ 氣體成分（%）Main composition of Fuel Gas 氣化氣的低位熱值 low thermal value of Fuel Gas MJ/Nm3 H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H2 N2 620 9.4 29.8 7.2 7.1 0.83 0.21 45.5 8.00 750 7.7 23.5 10.7 5.3 0.25 0.11 52.4 6.20 820 6.4 19.9 8.7 4.7 0.09 0.28 59.9 5.23 Ⅴ、“太湖”生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 國(guó)際上的氣化發(fā)電技術(shù)開(kāi)發(fā)鉸早，但由于經(jīng)濟(jì)性較差，目前主要的應(yīng)用仍停留在示范和研究階段。以意大利IGCC示范項(xiàng)目為例，氣化發(fā)電系統(tǒng)投資成本高達(dá)25000元人民幣/kW，發(fā)電成本約1.20元/kWh，目前仍未進(jìn)入市場(chǎng)。 我國(guó)從20世紀(jì)80年代也逐步研究發(fā)展了谷殼氣化發(fā)電技術(shù)，先后完成了從2.5～160kW的氣化設(shè)備的研制。氣化設(shè)備采用固定床結(jié)構(gòu)，氣化效率低，發(fā)電功率增容受到極大制約；適用燃料單一，且受到地域和生物質(zhì)原料供給的限制，滿(mǎn)足不了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需要，推廣應(yīng)用受到限制。 “太湖”鍋爐于2003年起，引進(jìn)中科院技術(shù)并消化吸收。并于2007年起與廣州能源研究所合作開(kāi)發(fā)，成功研制出200kW～6000kW的較大容量的循環(huán)流化床氣化鍋爐，適用燃料也從單一的谷殼到木屑、秸桿、棕櫚渣等生物質(zhì)，并通過(guò)了江蘇省科委的專(zhuān)家驗(yàn)收，逐步推向市場(chǎng)。氣化發(fā)電系統(tǒng)投資成本約為8000～10000元人民幣/kW，發(fā)電成本約0.50～0.60元/kWh。氣化爐效率75%以上，選用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)內(nèi)燃機(jī)效率達(dá)35%以上，總的氣化發(fā)電效率在25%以上，明顯高于同容量的蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)效率（20%左右），具備了產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。“太湖”技術(shù)具有以下五個(gè)方面的創(chuàng)新點(diǎn)： ⑴采用內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)流化床（XHL）生物質(zhì)氣化爐，不用添加沙子（即無(wú)床料）下都能穩(wěn)定運(yùn)行，適應(yīng)性好、處理規(guī)模大、負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng)和操作方便； ⑵由氣化爐底部吹入的、向上流動(dòng)的強(qiáng)氣流使生物質(zhì)的運(yùn)行就像是液體沸騰一樣漂浮起來(lái)，具有氣、固接觸，混合均勻的特點(diǎn)，反應(yīng)溫度一般為750～850℃。產(chǎn)氣能力可在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，且氣化效率不會(huì)明顯降低。 (3)移動(dòng)床焦油裂解器技術(shù)，有效減少燃?xì)庵薪褂秃�量并提高氣化效率�? (4)利用成熟的國(guó)產(chǎn)柴油機(jī)組開(kāi)發(fā)出中低轉(zhuǎn)速的大型低熱值燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，降低發(fā)電設(shè)備對(duì)燃?xì)怆s質(zhì)的要求（焦油與雜質(zhì)含量﹤50mg/N m3即可）； (5)采用特種菌種，利用好氧、厭氧相結(jié)合的工藝方法處理焦油污水； (6)采用大型氣化爐、低熱值燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、余熱回收可構(gòu)成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，在投資較低的條件下，大幅提高發(fā)電效率，最高達(dá)30%左右。 Ⅵ、生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)與直燃鍋爐發(fā)電和柴油發(fā)電的比較（按500Kw） 序號(hào) NO. 比較項(xiàng)目?jī)?nèi)容 氣化發(fā)電系統(tǒng) 直燃鍋爐帶汽輪發(fā)電機(jī)組 柴油發(fā)電機(jī) 1 燃料及其成本 木屑的燃料成本為0，只有就地運(yùn)輸/裝卸成本。但如果燃料是不規(guī)則廢棄木料，推薦使用粉碎機(jī)粉碎成直徑15～20mm的小塊。按木屑價(jià)格50.00元/噸計(jì)算， 木屑的燃料成本為0，只有就地運(yùn)輸/裝卸成本。但如果燃料是不規(guī)則廢棄木料，推薦使用粉碎機(jī)粉碎成直徑15～20mm的小塊。按木屑價(jià)格50.00元/噸計(jì)算， 柴油，燃料價(jià)格很高。約7000.00元/噸計(jì)算。 2 單位功率的燃料消耗 1.50 kg/kW·h 1.80 kg/ kW·h 0.10 kg/ kW·h 3 單位功率的燃料成本 0.075元/ kW·h 0.09元/ kW·h 0.70元/ kW·h 4 500kW的燃料成本 37.50元/ kW·h 45.00元/ kW·h 350.00元/ kW·h，高 5 運(yùn)行6000小時(shí)/年 22.50萬(wàn)元 27.00萬(wàn)元 210.00萬(wàn)元，太高了 6 能量轉(zhuǎn)換過(guò)程 ① 固態(tài)化學(xué)能→氣體化學(xué)能 ② 氣體化學(xué)能→內(nèi)燃機(jī)動(dòng)能 ③ 內(nèi)燃機(jī)動(dòng)能→發(fā)電機(jī)電能 ① 化學(xué)能→熱能 ② 熱能→蒸汽熱能 ③ 蒸汽熱能→汽輪機(jī)動(dòng)能 ④ 汽輪機(jī)動(dòng)能→發(fā)電機(jī)電能 ① 化學(xué)能→內(nèi)燃機(jī)動(dòng)能 ② 內(nèi)燃機(jī)動(dòng)能→發(fā)電機(jī)電能 7 總的發(fā)電效率 ＞25% ≈20% 30%以上 8 用水要求 ① 系統(tǒng)水洗除塵用水，可循環(huán)利用。平時(shí)作少量補(bǔ)充即可； ② 發(fā)電機(jī)冷卻用水，循環(huán)使用少量補(bǔ)充。 ① 蒸汽消耗用水，按鍋爐蒸發(fā)量約需要300kg/h； ② 發(fā)電機(jī)冷卻用水，循環(huán)使用少量補(bǔ)充。 無(wú) 9 原水如果是地下水要經(jīng)過(guò)過(guò)濾、軟化、除鹽或反滲透處理，以保證蒸汽品質(zhì)確保系統(tǒng)安全運(yùn)行 無(wú) 10 系統(tǒng)運(yùn)行自耗電 電機(jī)總裝機(jī)容量≈50Kw 電機(jī)總裝機(jī)容量≈75Kw 無(wú) 11 自耗電占發(fā)電量比例 10% 15% 無(wú) 12 設(shè)備人員操作要求 簡(jiǎn)便可靠，專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)操作人員 系統(tǒng)復(fù)雜，專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)操作人員 簡(jiǎn)單快用 13 運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)和檢修 ① 電機(jī)添加黃油 ② 檫洗羅茨風(fēng)機(jī)以除去焦油 ③ 檫洗燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)活塞等部件以除去焦油 ④ 定期清除循環(huán)水池并少量補(bǔ)水 ① 電機(jī)添加黃油 ② 蒸汽鍋爐及管路維護(hù)保養(yǎng) ③ 汽輪機(jī)維護(hù)保養(yǎng)，如更換葉片等 檫洗柴油發(fā)電機(jī)活塞等部件以除去焦油 14 檢修時(shí)間 平時(shí)每月檢修2～3天，不需要大修 按《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和《汽輪機(jī)安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求，平時(shí)定期保養(yǎng)，長(zhǎng)年維護(hù)和檢修 平時(shí)每月檢修2～3天，不需要大修 15 煙塵排放和環(huán)保 無(wú)煙塵排放，煙灰收集后可作碳黑或肥料 較多煙塵排放，煙灰不回收 無(wú) 16 建設(shè)周期 6個(gè)月，其中：設(shè)備交貨期4個(gè)月，安裝調(diào)試2個(gè)月 3個(gè)月。其中：設(shè)備交貨期2個(gè)月，安裝調(diào)試1個(gè)月 約1個(gè)月 17 系統(tǒng)投資費(fèi)用含基建 設(shè)備投資480.00萬(wàn)元，基建成本低，維護(hù)成本低 設(shè)備投資430.00萬(wàn)元，基建成本高，維護(hù)成本高 設(shè)備投資較少，基建成本低，維護(hù)成本低 18 投資性?xún)r(jià)比 性?xún)r(jià)比高，投資回收周期短 性?xún)r(jià)比高，投資回收周期較短 性?xún)r(jià)比低