生物质气化发电介绍

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编者按：

                  

中国有大量的生物质废料，包括废木料、秸杆、谷壳等。由于目前利用技术落后，这些废料未能很好利用，有的甚至形成污染，另一方面，中国经济发展迅速，对电力需求很大，电价居高不下，在这种环境下，通过气化发电技术，把生物质转化为电力，既能大规模处理生物质废料，又能为生产提供电力，具有明显的社会和经济效益。
　　生物质气化发电系统项目是国家科技部"九五"期间在可再生能源技术领域的重大项目和研究课题。矿物能源的使用带来了环境污染、全球温室效应的恶果，生物质能是人类最早利用也是最大量使用的可再生能源，具有二氧化碳零排放、绿色环保能源的美誉。它利用木屑、玉米秸秆、谷壳等废弃物经化合反应生成生物质能，可广泛用于燃气、取暖、照明、发电以及制造新型能源材料。
      为了帮助读者了解生物质气化发电的基本原理、设备、成本等，我们编辑了一组相关资料，供读者参考。

第一课 前言                    

中国科学院广州能源研究所的“生物质气化发电新技术”，继“九五”期间分别在福建莆田建成了国内首个1MW 生物质谷壳气化发电系统、在海南三亚木材厂建成了以国内首个生物质木屑气化发电厂、在河北邯郸建成了秸秆为燃料的气化发电厂示范工程后，最近又与黑龙江农垦总局签订了兴建20 套农业固体废弃物谷壳、稻草的生物质气化发电系统的合同。该项目总投资为 4000 多万元，年总发电量为 7500                       万千瓦，年处理农业固体废弃物约 10 万吨。

      生物质气化发电系统是利用生物质循环流化床气化高技术，把生物质废物包括木料、秸秆、稻草、谷壳、甘蔗渣等固体废弃物转换为可燃气体，这些气体经过除焦净化后，再送到气体内燃机进行发电，达到以气代油，降低发电成本的目的，其关键技术包括生物质气化工艺，焦油处理及气体净化，焦油废水处理及其循环使用，燃气发电和系统控制技术等。                    

生物质能是一种环保型的可再生能源，而且蕴藏量和产量巨大。据统计，地球上每年经光合作用固定下来的生物质能约为目前全球能源消耗量的 10倍多，在全球能源结构中占有十分重要的地位。在当前全球能源和环境向人类亮出“黄牌警告”之时，以高新技术将可再生的生物质能转化为洁净的高品位气体和液体燃料作为化石燃料的替代能源，用于电力、交通运输、城市煤气等方面，颇受世界各国的重视。中国是一个农业大国，生物质能源十分丰富，生物质废弃物的总量，约相当于我国煤炭年开采量的 50%，总计约 6.56 亿吨标煤。但是长期以来，这些生物质并未得到充分合理的利用，目前利用率仅有 30%左右，而且其能源利用方式极为原始，大多数物质以直接燃烧为主，这是一项巨大的资源浪费。因此，开发利用生物质能源，缓解我国 21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义。

        广州能源研究所为加快生物质气化发电高技术的产业化进程，与博罗县共建“博罗九能高新技术有限公司”，兴建了规模化、标准化的现代生产基地，成套地生产各型符合国家标准的生物质气装置，并在台湾建成了 3000 千瓦的用于处理谷壳等生物质气化发电系统。而且还打入国际市场，在泰国、缅甸分别建成了 600 千瓦的用于处理谷壳、木屑等生物质气化发电系统。

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第二课 生物质气化发电         

马 隆 龙
            辽宁省能源研究所 营口115000

         

摘 要：生物质气化发电系统采用农业、林业和工业废弃物为原料，也可以以城市垃圾为原料。固定床气化炉用于小规模气化发电系统，采用内燃机发电方式；流化床气化炉用于大、中规模气化发电系统，采用燃气轮机或蒸汽轮机发电方式，也可采用内燃机发电方式。

         

　　一、前言

         

　　尽管人们对能源的需求日益增长，然而作为人类目前主要能源来源的化石燃料却迅速地减少，也许不久的将来会被用尽。七十年代的能源危机也证明了这一点。因此，寻找一种可再生的替代能源便成为社会普遍关注的焦点。生物质能源是一种理想的可再生能源，它来源广泛，每年都有大量的工业、农业及森林废弃物产出。即使不被用于生产能源，这些废弃物的处理也是令人头疼的事情。仅欧盟每年便产出五亿吨(干基)这类物质[1]。另外，世界上87%的能源需求[2]来源于化石燃料，这些燃料燃烧时，向大气中排放出大量的二氧化碳。而生物质作为燃料时，由于生物质在生长时需要的二氧化碳量相当于它燃烧时排放的二氧化碳量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零。而且，生物质中硫的含量极低，基本上无硫化物的排放。所以，利用生物质作为替代能源，对改善环境，减少大气中二氧化碳含量从而减少“温室效应”都有极大的好处。因此，将生物质作为化石燃料的替代能源，便会向社会提供一种各方面都可被接受的可再生能源。
　　生物质气化技术是本世纪出现的利用生物质作为能源的一种新技术，至今已有了较快的发展。很多研究人员在该领域进行了不同技术的研究。尤其是近年来欧洲很多技术人员对生物质气化发电技术进行了大量的研究，并取得了相当的成果。但我国目前在该领域的研究较少。本文简单介绍生物质气化发电技术和中-意合作项目“生物质气化发电及综合利用”。

         

　　二、气化发电原理及工艺流程

         

　　经处理的（以符合不同气化炉的要求）生物质原料，由进料系统送进气化炉内。由于有限地提供氧气，生物质在气化炉内不完全燃烧，发生气化反应，生成可燃气体─—气化气。气化气一般与物料进行热交换以加热生物质原料，然后经过冷却及净化系统。在该过程中，灰分、固体颗料、焦油及冷凝物被除去，净化后的气体即可用于发电，通常采用蒸汽轮机、燃气轮机及内燃机。
            　　1. 气化炉
            　　气化炉是生物质气化的主要设备。在这里，生物质经燃烧、气化转化为可燃气。气化炉分固定床气化炉、流化床气化炉及携带床气化炉。
            　　1.1固定床气化炉
            　　固定床气化炉可分为下吸式、上吸式`横吸式及开心式气化炉种类型。
下吸式固定床气化炉的特征是气体和生物质物料混合向下流动。通过高温喉管区（只有下吸式设有喉管区）。生物质在喉管区发生气化反应，而且焦油也可以木炭床上进行裂解。一般情况下，下吸式固定床气化炉不设炉栅，但如果原料尺寸较小也可设炉栅。此种气化炉结构简单，运行比较可靠，适于较干的大块物料或低灰分大块同少量粗糙颗料的混合物料，其最大处理量是500kg/h。目前欧洲的一些国家已用于商业运行。
　　上吸式固定床气化炉的特点是气体的流动方向与物料运动方向相反。向下流动的生物质原料被向上流动的热气体烘干、裂解。在气休炉底部，固定碳与空气中的氧气进行不完全燃烧、气化，产生可燃气体。上吸式固定床气化炉的热效率比其它固定床气化炉的高。且对原料要求不很严格。尽管目前没有较大型号，便在原理上其容量不受限制。该种气化炉主要应用在欧洲及东南亚一些国家。
            　　横吸式固定床气化炉的特点是空气由侧方向供给，产出气体由侧向流出。气体流横向通过燃烧气化区。它主要用于木炭气化。在南美洲应用广泛并投入商业运行。
            　　开心式固定床化炉同下吸式相似，气流同物料一起向下流动。但是由转动炉栅代替了喉管区。主要反应在炉栅上部的燃烧区进行。结构简单而且运行可靠。它是由我国研制的，主要用于稻壳气化，并已投入商业运行多年。
            　　 表1是固定床化炉对原料的一般要求。

         

表1 固定床气化炉对原料的要求

         

气化炉类	下吸式	上吸式	横吸式	开心式
原料类型	废水	废水	木炭	稻壳
尺寸（mm）	20—100	5—100	40—80	1—3
水分（db%）	<25	<60	<7	<12
灰分（db%）	<6	<25	<6	<20

         

　　1.2 流化床气化炉
　　流化床气化炉具有气、固接触，混合均匀和转换率高的优点，是唯一在恒温床上进行反应的气化炉，反应温度为700~850℃，，原料要求相当小的颗粒。其气化反应在流化床内进行，产生的焦油也可在流化床内裂解。流化介质一般选用惰性材料（如砂子），由于灰渣的热性质易发生床结渣而丧失流化床功能，因此要控制好运行温度。
　　流化床气化炉分单床气化炉、循环气化炉和双床气化炉。单床气化炉只有一个流化床，气化后生成的气化气直接进入净化系统中；循环流化床的流化速度较高，能使产出气体中带走大量固体，经旋风分离器后使这些固体返回流化床，与单床相比，提高了碳的转化率；双流化床与循环床相似，不同的是第1级反应器的流化介质被第2级反应器加热。在第1级反应器中进行裂解反应。第2级反应器中进行气化反应，双流化床的碳转化率也很高。
            　　1.3携带床气化炉
　　携带床气化炉是流化床气化炉的一种特例，它不使用惰性材料，提供的气化剂直接吹动生物质原料。该气化炉要求原料破碎成细小颗粒，其运行温度高达成1100~1300℃，产出气体中焦油成分及冷凝物含量很低，碳转化率可达100%。由于运行温度高易烧结。故选材较难。
            　　2. 气化产物及处理
            　　不同气化炉及不同气化方式产出气体成分也不相同。其气体成分在5MJ/Nm3（低热值气体）~15MJ/Nm3（中热值气体）之间，见表2。

         

表2 各种气化炉产出气体热值

         

类型	下吸式	上吸式	横吸式	开心式	单流床	双流床	循环床	携带床
空气	□	□	□	□	□	○
氧气	○	○	○		○		○	○
蒸汽					○	○

         

□：低热值气体 ○：中热值气体

         

　　气体的净化主要是除去产出气体中的固体颗粒、可冷凝物及焦油。常用旋风分离器，水浴清洗器及生物质过滤器来净化气体。焦油问题是影响气化气使用的最大障碍，水浴清洗器除焦油效果较其它过滤器稍好些，。
            　　3. 发电方式
            　　生物质气化发电有3种方式。
　　（1）作为蒸汽锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮机发电。这种方式对气体要求不很严格，直接在锅炉内燃烧气化气。气化气经过旋风分离器除去杂质和灰分即可使用，不需冷却。燃烧器在气体成分和热值有变化时，能够保持稳定的燃烧状态，排放物污染少。
            　　（2）在燃气轮机内燃烧带动发电机发电。这种利用方式要求气化压力在10~30kg/cm2，气化气也不需冷却，但有灰尘、杂质等污染的问题。
            　　（3）在内燃机内燃烧带动发电机发电。这种方式应用广泛，而且效率较高。但该种方式对气体要求严格，气化气必须净化及冷却。

         

　　三、 中-意合作项目“生物质气化发电及综合利用”

         

　　辽宁省能源研究所目前与意大利ENEA正在进行“生物质气化发电及综合利用”项目的合作研究。双方技术人员已对意大利提供的固定床气化发电系统及测试分析系统进行了调试实验和测试。其性能达到了设计要求；双方技术人员共同设计了流化床气化发电系统，目前正在意大利制造。
            　　1. 固定床气化炉气发电系统
            　　该套系统由意大利设计制造，双方共同调试实验。之后，将安装在辽宁省能源研究所实验室，供有关技术人员进行生物质气化发电研究。
　　该系统以木材为原料，采用下吸式气化炉，喉管区尺寸为300mm，气化炉直径为500mm。净化系统分别由旋风分离器，喷淋净化器、除湿装置和生物质过滤器组成。发电机是TERSSI公司生产的既可用油也可用气化气作燃料的多用发电机，容量为30kＷ。该系统主要技术参数如下：
            　喉管区反应温度：850-950℃
            　产 气 量：90Nm3/h
            　产 气 比：1.8
            　气 化 气 热 值：4.6-5.4MJ/Nm3
            　发 电 量：30kW
            　气化气净化后焦油含量：〈10mg/Nm3
            　　2. 流化床气化发电系统
　　由于该系统最后将在营口一木材加工厂示范运行，因此是以该木材加工厂的加工废弃物和稻壳为原料双方共同设计的。流化床采用砂子，床高1.5m。反应温度800℃。该气化炉一个最大特点是采用双流化区设计，即将流化床分为左右两个区，两个区的流化速度不同，并且生物质和床体材料可在两个区进行循环，强化了流化效果，使气化反应更加充分。
            　　气化炉产生的气化气经空气预热器与气化介质进行热交换，然后经过喷淋清洗塔除焦油后送入储气柜，发电机为两台TERSSI公司的８０kＷ多用发电机。该系统的技术参数如下：
            　流化床反应温度：800℃
            　产 气 量：430 Nm3/h
            　产 气 比：1.7
            　气 化 气 热 值：5-5.6 MJ/Nm3
            　发 电 量：160 kW
            　气化气净化后焦油含量：〈10mg/Nm3

         

　　四、 结语

         

　　中国是一个农业大国，有丰富的农业废弃资源，生物质气化发电技术日趋完善，具有广阔的应用前景。固定床气化技术以农业、林业废弃物为原料，用于小规模气化发电系统，面积农村、林区及偏远地区，操作方便、简单；流化床气化发电系统适用于大、中规模，可以用农业和林产工业废弃物作原料，面向工业企业，生产的电可供企业自身用电，也可并入电网。另外流化床气化发电技术还可以应用在城市垃圾处理领域。
            　　利用生物质气化发电技术既可以生产电能同时也使农业和林产工业废弃物得到有效处理，因而不但是有社会经济效益，也减少了处理这些废弃物时造成的环境污染。
            
            参考文献
            1. Corella. J. , Anzr. P.A. , Degado. J. , Aldea. E. , Steam Gasificat             ion of Cellulosic Wastes in a Fluidised Bed with Downstream Vessel,             Ind. Eng. Chem, Ves, 1991.
            2. Hall. D. O. Grassi. G. , Scheer. H. , Biomass For Energy and Industry,             7th E. C. Conference, Ponte Press, Germany, 1994.

        

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第三课 生物质循环流化床气化发电装置           

　　1.主要用途
            　　生物质循环流化床气化发电装置是利用气化技术，把各种生物质废弃物转换为可燃气体，将这些气体经过除尘除焦处理，再送到气体内燃机进行发电，达到从低品位能源获取高品位能源的目的。
　　该技术应用范围广，灵活性好，根据用户不同需要，发电规模可选择在400~4000kW之间。主要用于处理碾米厂的谷壳，家具厂、人造板厂和造纸厂的木屑、边角料、树皮并为工厂提供电力，还可适用于处理林场及农场的枝桠材、秸杆，以及有大量秸杆、稻草、稻壳的缺电农村地区等。
            　　2.工作原理
            　　流程图说明
            　　生物质循环流化床气化发电装置主要由进料机构，燃气发生装置，燃气净化装置，燃气发电机组、控制装置及废水处理设备六部分组成，其流程如图1所示。

         

                               
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　　流程说明如下：
            　　进料机构： 进料机构采用螺旋加料器，动力设备是电磁调速电机。螺旋加料器既便于连续均匀进料，又能有效地将气化炉同外部隔绝密封起来，使气化所需空气只由进风机控制进入气化炉，电磁调速电机则可任意调节生物质进料量。            
            　　燃气发生装置： 气化装置采用循环流化床气化炉，它主要由进风机，气化炉和排渣螺旋构成。生物质在气化炉中经高温热解气化生成可燃气体，气化后剩余的灰份则由排渣螺旋及时排出炉外。            
　　燃气净化装置：燃气需经净化处理后才能用于发电，燃气净化包括除尘、除灰和除焦油等过程。本装置采用三级除尘技术：第一级，惯性除尘器，除尘效率60%，第二级，旋风分离器，除尘效率90%，第三级，文氏管除尘器，效率达98%，经过三级除尘，燃气中的固体颗粒和微细粉尘基本被清洗干净，除尘效果较为彻底；燃气中的焦油采用吸附和水洗的办法进行清除，主要设备是两个串联起来的喷淋洗气塔。
            　　燃气发电装置：采用燃气发电机组，由于目前国内燃气内燃机的最大功率只有200kW,故1000kW发电机组由5台200kW的发电机并联而组成。            
            　　控制装置：由电控柜，热电偶及温度显示表，压力表及风量控制阀所构成。
            废水处理设备：采用电凝聚的办法处理废水，处理后的废水可以循环使用。
            　　运行温度和气体成分
            　　本装置用空气做气化介质，运行温度控制在650-850℃，生物质气化后的可燃气中包括N2、O2、H2、CO2 、CO、CH4和CnHm等成分，气体热值在4600-6300             kJ/Nm3之间。 以1MW谷壳气化发电装置为例，气化炉点火成功后，发电系统进入运行状态，同其它生物质相比，谷壳的灰份含量高达15%以上，当温度超过850℃             时，谷壳灰便会发生熔融结渣现象，堵住炉内排渣口，影响气化炉的正常运行，因此，炉内温度的控制十分关键。正常情况下，气化炉的反应温度应稳定在700~800℃左右。当炉内温度为820℃时，气体成分和热值如表1所示。

         

表1820°C条件下的气体成份、热值和气化效率

         

                               
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　　化学过程
　　气化炉内的化学过程主要包括燃烧反应、热分解反应和还原反应。生物质原料进入气化炉后，部分与氧气燃烧，提供热分解所需的热量，大部分生物质在缺氧条件下发生热分解反应，析出挥发份和焦碳，挥发份在高温反应区内停留发生二次反应，使焦油进一步裂解为气体，同时气体和焦碳之间，气体和气体之间进一步发生还原反应。最后，气相的焦油和气体携带部分细颗粒焦碳、灰尘进入燃气净化装置，部分焦碳通过惯性除尘器后回流进入气化炉参加反应。气相焦油冷凝，通过水洗除去，净化后的燃气达到内燃机的要求。
            　　3.主要特点
            　　本装置的最大特点是燃气发生装置采用循环流化床气化炉（CFBG）。自1992年我国第一台CFBG （广州能源研究所研制）投入运行后，7年来的应用实践表明，CFBG具有以下优点：            
            　　原料适应性较好，配合适当的预处理过程，能处理不同种类的生物质原料；
            　　生产强度大，产气量大，气体热值高，产生的燃气中焦油含量少，气化效率高；
            　　负荷适应能力强，启动、停车容易，调节范围大，运行平稳。
            　　这些特点保证了CFBG与发电系统匹配的综合性能稳定可靠，从而使生物质循环流化床气化发电装置具有原料适应性好，处理规模大，负荷适应能力强，发电效率高的优点，为生物质能源的产业化应用开辟了新的途径。            
            　　表2所示为以谷壳气化发电系统为例的固定床机组和CFBG机组的参数对比。由表2可看出，对同种原料谷壳，CFBG的技术指标较好，单机生产能力大，与400kW以上发电系统匹配具有明显的优势。

         

表2 200kW谷壳固定床发电机组与1MW谷壳CFBG发电机组性能比较

         

200kW下吸式气化炉机组

              

1MW循环流化床气化发电机组

            
                           

内部尺寸

              

内径2m

              

Φ1.8m

            
                           

处理量

              

400kg/h

              

1500kg/h

            
                           

生产强度

              

127kg/m2.h

              

600kg/m2.h

            
                           

气体热值

              

3800-4600 kJ/Nm3

              

4600-6300 kJ/Nm3

            
                           

气化效率

              

47%

              

65%

            
                           

发电效率

              

11．8%

              

16.5%

            
                           

谷壳耗量

              

2.2kg/kW.h

              

1.7-1.9 kg/kW.h

                                

*其它原料的耗量大约为：秸杆或稻草 1.6—1.8kg/kW.h；木屑             1.3—1.5kg/kW.h.  

         

　　4.技术水平
　　气化炉是生物质气化发电装置的核心。本装置采用的循环流化床气化炉（CFBG）于1992年通过中国科学院主持的鉴定，达到国内首创和国际先进水平，经过7年的应用和不断改进，已具有适合处理各种生物质废料的系列化产品，取得了显著的经济和社会效益，引起社会的强烈反响，相继获得广东省科技进步奖，中国科学院科技进步奖和国家科技进步奖。
　　在CFBG基础上研制的生物质循环流化床气化发电装置是国家“九五”科技攻关项目，1MW谷壳气化发电系统示范装置在1998年9月投入运行，各项技术指标都达到较高水平。该项技术在国内属于领先地位，它的研究成功标志着我国生物质气化发电技术取得了突破性进展。
　　和国外的大规模生物质气化发电技术，如IGCC等相比，我国的气化发电技术在规模和效率上仍存在差距，但国外设备的投资成本高，处理规模和应用方式不适合我国国情。生物质循环流化床气化发电装置是针对我国生物质资源特点研制的，实用性强，在国内具有十分广阔的市场潜力。
            　　5.经济指标
　　生物质循环流化床气化发电装置的投资成本和经济效益是影响用户应用积极性的关键因素。表3是600、800、1000、2000、3000、4000kW气化发电装置的经济效益预算（以谷壳废料为例）。由表2看出，考虑资金占用成本后，其发电成本在0.25-0.30元/度之间，若电力收购价为0.5元/度，投资回收期在2年左右。规模越大，经济效益越显著。对于一些木材加工厂而言，木粉、木屑是废料，不但没有价值，还需要花费一笔不小的处理费，因此木粉气化发电装置的运行成本比谷壳的低，投资回收期大大缩短。
            　　表3 不同规模生物质循环流化床气化发电装置经济效益预测（以谷壳为例）

         

项 目	发 电 规 模                   (kW)
600	800	1000	2000	3000	4000
总投资（万元）		228	288	350	660	990	1320
运行费用	总发电量（万度/年）	394	525	657	1131	1971	2628
	谷壳耗量（万吨/年）	0.73	0.97	1.18	1.92	3.35	4.48
	原料费用（万元/年）	58.4	77.6	94.4	153.6	268.0	358.4
	人工费用（万元/年）	18	22.5	22.5	40	55	65
	维修费（万元/年）	20	25.5	31	58.5	87.7	116.8
	管理费（万元/年）	9.6	11.2	13.5	20	25	30
	总开支（万元/年）	106.0	136.8	161.4	272.2	435.7	570.2
资金占用成本（万元/年）（贷款年利率按6%计）		13.68	17.28	21.0	39.6	59.4	79.2
发电成本(元/度)		0.304	0.293	0.278	0.276	0.251	0.247
年毛利（万元/年）		77.2	108.7	145.8	253.3	490.8	664.9
投资回收期（年）		3.0	3.0	2.8	2.5	2.0	2

         

注：(1)电力收购价以0.50元/度计算;谷壳以80吨/元计算;人工费用以人均年工资1.5万元计算。
            (2)如果采用秸杆或稻草，原料耗量可以比谷壳省15%左右。
            6.应用条件
            根据生物质循环流化床气化发电装置的技术特点和经济性特点，特别适用于有以下条件的工厂和地区使用：
            ● 有大量的生物质废料。如碾米厂的谷壳，家具厂或人造板厂的木屑、树皮，林场或农场的枝桠材、秸杆等， 农村的大量秸杆、稻草和稻壳等。由于这些厂家和地区的废料便宜，只需支付运输费用，所以有明显的经济效益。
            ● 有较大的电力需求或本地电网同意收购，收购价在0.4元/度以上，才有较好的经济效益。
            ● 500kW以下机组，可以每天只运行两班，所以适用于小型工厂自用，或照明用电； 500kW以上机组，要求连续运行，适用于连续运行的工厂动力用电或为电网供电。
            联系人：吴创之（13808844840）

        

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第四课 海南生物质气化发电示范电厂            

吴创之 阴秀丽 郑舜鹏 黄海涛 陈勇
              （中国科学院广州能源研究所， 510070，广州）

            

摘要：以福建莆田的生物质气化发电示范工程为基础，一个新的中型生物质气化发电站最近在海南省三亚市建成。该电站包括循环流化床气化炉，气体净化系统，燃气发电机组等。设计电力输出为1.2MW，总投资590万元。该电站在2000年初即能试验成功，2000年下半年全面投入运行。预计该电站将取得较好的环境和经济利益。
              　　1. 背景
              　　1.1 中国生物质气化发电技术
              　　生物质气化发电技术在中国已经应用了较长时间，但传统技术利用碾米厂的谷壳做原料，系统规模最大只有200kW, 经济效益低而且污染严重。               
　　广州能源所在1998年研制成功1MW生物质气化发电系统。该系统在福建莆田建成。系统中采用了中型循环流化床气化炉，建成了第一个1MW的谷壳气化发电站，取得了明显的经济效益，证明了该技术的技术经济可行性，为同类工程的建设提供了技术保证。
              　　1.2 建设条件
　　三亚木材厂位于海南三亚市，是一家大型木材加工企业。目前，三亚木材厂有从瑞典进口的两条生产线，分别用于30,000m3刨花板和40,000m3中密度纤维板的生产。每天大约产生100吨木材废料，包括35吨木粉，10吨下角料，10吨筛分废料和45吨各种各样的树皮。由于木材废料种类复杂，一部分废料被利用，其余的废料在处置过程中带来严重污染和存储问题。另一方面，木材加工过程需消耗大量的电力。三亚木材厂每年消耗电力5000kW，成本达1千万元。所以通过生物质气化发电技术将木材废料转化为电力，不仅可满足工厂电力需求，还有利于环保和节能。
              　　2. 设计方案
              　　2.1 主要设备和系统结构
              　　生物质气化发电系统包括气化炉、净化管、水洗塔、风机、发电机、废水处理池和加料器等。流程如图1所示。
              　　根据现场条件，整个电厂布置如图2所示。

            

                               
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　　2.2电力生产和分配
              　　为了获得最大电力输出，参照工厂用电负荷分配，产生的电力以下面方式分配：
              (1) 将生物质气化发电站的电力分成两部分。每部分有3台发电机组，电力输出为600kW。
              (2) 木材厂可替换的的动力负荷从总负荷中分离出来，安装双向开关。这样即可利用生物质电站的电力也可利用外面的电网。
              (3) 将木材厂可替换的的动力负荷分成三部分。每部分为500-600 kW，这样生物质电站可保持较高的运行率。
              　　2.3 技术指标：
              　　根据MW级生物质气化发电站的运行状况和木材厂的电力需求特点，该电站可达到下面的标：
              (1) 总容量1200 kW;长期运行的平均负荷达设计值的85%。
              (2) 系统故障率少于10%; 停机率少于10%。
              (3) 总利用率大约70%。
              (4) 远材料消耗1.2 kg/kW.h (干); 每天30吨。
              　　2.4占地和用户需求
              　　整个电厂占地1500m2。包括：气化炉车间: 300 m2，气体发电机车间：300 m2，生物质储料场:
              　　600 m2，废水处理池：300 m2。电厂员工共25人，其中包括3名管理人员。将工人分成三组，实行三班倒。2人负责气化炉，4人负责电力车间，1人负责电力分配。               
              　　3. 管理方式
              　　为使电站高效运行并获得利益，需要一个经济独立核算的公司管理，实行自负盈亏。为此，广州能源所和三亚木材厂共同投资组建了一个独立的股份公司。双方的权利和利益由各自对电站的贡献决定。根据合同，广州能源所持62.8%               股份，工厂占37.2%。
              　　股份公司全面负责财务，工程建设，管理和偿贷工作。投资者之间的合作关系由专门的合同规定。操作必须严格执行公司的规章制度。
              　　4. 预算
              　　整个工程预算590万元。包括工厂建设、设备和其他相关成本。如表1所示。
              　　表 1 1200kW生物质气化发电厂预算

            

项目		单位	数量(104 元)
1. 建筑物			70.0
1) 车间		300 m2.	25.0
2) 土建		300 m2	10.0
3) 基础			10.0
4) 废水池		300 m3	10.0
5) 生物质存储场		600 m2	15.0
2. 设备制造			350.0
1) 气体机		6 台	165.0
2) CFB 气化炉		1 台	55.0
3) 净化系统		1 台	20.0
4) 废水处理		1 台	35.0
5) 水冷塔		2 台	5.0
6) 传送机		1台	5.0
7) 电力分配板		1 个	15.0
8) 电力配件电缆			50.0
3. 设备安装			20.0
1) 气化系统			5.0
2) 气体机			10.0
3) 动力系统			5.0
4. 技术规范			100.0
1) 气化炉规范			5.0
2) 发电机规范			10.0
3) 动力分配规范			5.0
4) 专利成本			80.0
5. 管理成本			50.0
总计			590.0

            

　　5. 经济分析
              　　5.1 成本分析
              　　生物质气化发电厂电力成本包括：
              (1) 原材料成本：包括原料购买，收集和运输。按照合同美元材料由木材厂提供，成本为0.06 元/kW.h.
              (2) 工人工资：包括管理人员、操作工人和其他劳动力的工资。
              (3) 设备维修费：包括设备零配件购买，消耗材料和维修费。
              (4) 工厂管理费：每日行政开支。
              　　详细分析列于表2

            

项目	单位价格	总数(104元/年)
1.工人工资		37.2
1)管理人员	20000元/年	6.0
2)操作工人	12000元/年	25.2
3)其他劳动力	10000元/年	6.0
2. 维修费		28.5
1)气化和净化	500元/年	2.0
2)发电机维修	500元/年	1.5
3)发电机试车		10.0
4)润滑油		5.0
5)其他		10.0
3.管理成本		10.8
1)行政开支	6000元/月	7.2
2)招待费	3000元/月	3.6
4.原材料消耗		40.0
总计		116.5

            

　　5.2 输出和毛利
              　　由木材厂的电力负荷特点决定，除每年一次的生产线检修外，电厂都需要运行。所以设计电力输出是665万kw.h/年。三亚目前电价是0.55元/kW.h。               电厂的产值是348万元/年，毛利为232万元/年。经济预算示于表3。
              　　表3 利益预算(1200 kW).

            

项目	单位	数量	计算方法
1.运行天数	天/年	330
2.运行时间	小时/天	24
3.自用电负荷	kw	40.0
4.电力输出	104kw.h/年	665.3	24×330×1200×0.7
5.自消耗电力	104 kw.h/年	31.6	24×330×40
6.销售电力	104 kw.h/年	633.7
7.电价	元/kw.h	0.55
8.产值	104元/年	348.5	633.7×0.55
9.毛利	104 元/年	232.0	348.5-116.5

            

　　6. 进度安排
　　根据福建示范工程经验，电厂建设周期为6个月，调试期2个月。总建设期为8个月。进度安排示于表4。系统调试完成后有半年的试运行期。在此期间，平均负荷可达设计负荷的50%，公司不偿还贷款也不分享利益。所获得的利益将用于电站的财政积累。偿还贷款在半年后开始，大概需要半年完成。详细进度示于表5。
              　　表 4 建设进度安排

            

1.设计	1 个月
2.基建和设备制造	3 个月
3.设备安装	2 个月
4.试验和调试	2 个月
总计	8 个月

            

　　表5 建设和偿贷期计划

            

1999.6—1999.7	建立股份公司，协定合作形式
1999.8—1999.10	设备制造，基建和试验
1999.11—1999.12	设备安装
2000.1—2000.2	系统试验和调试
2000.3—2001.6	电厂试运行
2000.7—2000.12	正常运行期，偿还贷款
2001.1—2009.12	投资回收期，毛利每年2千万

            

　　7. 推广前景
              　　7.1 经济利益
              　　以当前中国生物质废料的价格（10 美元/吨）计，该电站的电力成本约为0.02美元/kW.h。经济回报为.30万美元/年, 总投资回收期大约3年。               
              　　7.2 环境效益
              　　在设计运行条件下，每年可处理生物质废料1万吨。由于CO2的零排放，每年可减少1万吨CO2。和煤的燃烧相比，可减少烟气中的NOx               和SO2 。从长远看，利用生物质气化发电技术的环境利益非常明显。

            

dzh

很有用的东西，一定要好好学习一下。

qinweijun

呵呵马哥发的真是快啊

zzuwngshilei

气化发电原理及工艺流程 ,学习了，这几天正好看这方面的资料。
第二课 生物质气化发电，这一节有些引用的还是1999年的资料。