能源與新能源發(fā)電技術論文(2)
能源與新能源發(fā)電技術論文
能源與新能源發(fā)電技術論文篇二
生物質能源發(fā)電技術簡述
摘要：能源需求的日益增長已經(jīng)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(huán)境污染。清潔、環(huán)保生物質能源替代礦物能源已經(jīng)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(fā)電技術應用情況。
關鍵字：生物質能應用生物質發(fā)電
中圖分類號：P754.1文獻標識碼： A
一、發(fā)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(fā)將最終將導致能源的短缺，也造成了全球環(huán)境污染嚴重等問題。人類在經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展過程中正面臨著人口、資源和環(huán)境的巨大壓力，如何使能源、社會、經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調和可持續(xù)發(fā)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(fā)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(nóng)場和巴西的酒精能源計劃等發(fā)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(fā)，并形成了各具特色的生物質能源研究與開發(fā)體系，擁有各自的技術優(yōu)勢。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，生活水平的提高，環(huán)保意識的加強，對生物質能的高效合理的開發(fā)利用，必然愈來愈受重視?？茖W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(xiàn)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(fā)工作起步較晚。隨著近年經(jīng)濟的飛速發(fā)展，政府開始重視生物質能利用研究工作，現(xiàn)今已建立起一支專業(yè)研究開發(fā)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(chǎn)業(yè)，我國現(xiàn)階段生物質能源主要用于秸稈發(fā)電。
二、秸稈發(fā)電工藝
農(nóng)作物秸稈發(fā)電在發(fā)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(fā)電主要工藝分三類：秸稈鍋爐直接燃燒發(fā)電、秸稈～煤混合燃燒發(fā)電和生物質氣化發(fā)電。
1、生物質鍋爐直接燃燒發(fā)電
目前國內(nèi)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(jīng)有成熟經(jīng)驗，并已大量投產(chǎn)。目前國內(nèi)一些鍋爐廠家也擁有這項技術，向在國內(nèi)遼寧、吉林、黑龍江、山東等省陸續(xù)建成投產(chǎn)。
振動爐排秸稈直燃爐的工藝流程：粗處理后的燃料經(jīng)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(chǎn)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(fā)電
循環(huán)流化床是一種新型的環(huán)保鍋爐，它主要采取了爐內(nèi)物料循環(huán)、低溫燃燒、可進行爐內(nèi)脫硫的新技術。由于它采取了爐內(nèi)物料循環(huán)，對燃料的適應性強，它可以燃用低位發(fā)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(wěn)定的燃料來源，相對固定的摻燒比例。循環(huán)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(jīng)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(jù)國家關于可再生能源的相關法律規(guī)程規(guī)定，生物質發(fā)電項目主要為農(nóng)林生物質直接燃燒和氣化發(fā)電、生活垃圾焚燒發(fā)電和垃圾填埋氣發(fā)電及沼氣發(fā)電項目。 現(xiàn)階段，采用流化床焚燒爐處理生活垃圾的發(fā)電項目，因采用原料熱值較低，其消耗熱量中常規(guī)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(fā)電項目原則上不得摻燒常規(guī)燃料，否則不得按照生物質發(fā)電項目進行申報和管理。國家鼓勵對常規(guī)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(guī)火電項目進行管理。
3、生物質氣化發(fā)電
生物質氣化發(fā)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(fā)電設備進行發(fā)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(fā)揮燃氣發(fā)電技術設備緊湊而污染少的優(yōu)點，所以是生物質能最有效最潔凈的利用方法之一。氣化發(fā)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(jīng)過凈化系統(tǒng)把雜質除去，以保證燃氣發(fā)電設備的正常運行;三是燃氣發(fā)電，利用燃氣輪機或燃氣內(nèi)燃機進行發(fā)電，有的工藝為了提高發(fā)電效率，發(fā)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(fā)電技術有生物質整體氣化聯(lián)合循環(huán)(B/IGCC)和CAPS-II/250MT型熱分解系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的B/IGCC技術包括生物質氣化，氣體凈化，燃氣輪機發(fā)電及蒸汽輪機發(fā)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(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(fā)電效率約為31.7%，但建設成本高達25000元/kW，發(fā)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(tǒng)，由熱分解系統(tǒng)+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(tǒng)的熱分解氣化反應室在缺氧和微負壓狀態(tài)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(nóng)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(fā)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(qū)后進入燃氣鍋爐燃燒室，點火器位于紊流混合區(qū)內(nèi)，附加的助燃空氣使氧化反應過程得以完全、徹底地實現(xiàn)。
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(chǎn)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(fā)電機組發(fā)電。
當控制工況允許在熱分解氣化反應室中出現(xiàn)過載狀態(tài)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(nóng)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(huán)保要求。所以當用戶有過載燃燒的要求時或用戶經(jīng)常需要過載燃燒，將會加重尾氣處理系統(tǒng)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(xù)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(fā)展生物質能源具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。合理開發(fā)生物質能源將涉及農(nóng)村發(fā)展、能源開發(fā)、環(huán)境保護、資源保護、國家安全和生態(tài)平衡等諸多利益。隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和城鄉(xiāng)人民生活水平的不斷提高，既有經(jīng)濟、社會效益，又能保護環(huán)境的生物質發(fā)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(fā)展規(guī)劃》中華人民共和國發(fā)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(xiàn)狀與發(fā)展前景》，林業(yè)化學與工業(yè)，2002年第2期.
[3]《生物質能發(fā)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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