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观察 | 简析国内几种生物质发电技术

作者:admin 发布日期: 2019-09-14 二维码分享

河南沼气设备厂家之生物质是典型的分布式可再生清洁能源,其燃烧发电可降低NOxSO2等污染物的排放量,实现CO2的低排放,是替代煤、石油、天然气等常规化石能源的可再生清洁能源之一。当前,我国煤炭、石油、天然气等常规能源造成的燃烧环境污染严重,且煤电产能严重过剩,清洁可再生能源的开发和利用受到高度重视。


一、燃煤机组耦合生物质气化发电

 

在传统燃煤锅炉的基础上,将生物质气化后的合成气输送到燃煤锅炉进行再燃烧,还原主燃区产生的CO2,降低选择性催化还原(SCR)烟气脱硝负荷,不仅节省了燃煤,还减少了SOxNOx、粉尘和CO2等污染物的排放,有利于生态环境的可持续发展。

 

生物质气化目前多采用循环流化床气化技术,通过将生物质和气化介质混合后进行热化学反应生成H2COCnHm等可燃气体,然后将此合成气作为燃料直接送入锅炉与煤粉一起燃烧发电。与传统的生物质直接燃烧发电相比,耦合气化发电技术综合发电效率高,节省生物质燃料可达25%~30%,其工艺流程简单,无须专门再配置汽轮机、发电机以及烟气净化设备等,节省建设成本。

 

目前国内外生物质气化发电技术多采用加压、富氧技术,相较于常压、空气耦合发电技术,其对生物质种类适应性强、气化效率高、合成气品质好,同时占地面积、燃气管径和设备均较小,节省了投资成本,减少了运行过程中的安全隐患,对锅炉的安全运行提供了保障。

 

二、生物质直燃发电

 

生物质燃料直接燃烧发电技术在国际上应用较多,研究方向基本一样,区别主要是针对不同生物质,炉前给料系统的形式不一样。

1 、打包上料+炉前破碎

 

针对秸秆的不同性质,其方案是将收集到的农作物秸秆打包成捆,再利用抓料机将其通过皮带输送装置送入到高空布置的旋转破碎机进行解包和破碎,破碎处理好的生物质经底部的螺旋给料机送入到炉膛,而一部分提前破碎好的生物质燃料不经破碎系统直接进入到螺旋给料机。这种上料系统直接在农场里将燃料打包成捆,使得运输和储存更加便利,很好地解决了秸秆尺寸长、难于运输和占地面积大等问题。

 

该套进料系统需要通过倾斜皮带装置将成捆的生物质燃料送往破碎机,由于炉前破碎机布置较高、尺寸较大,不利于设备检修维护;另一方面,皮带较高的支撑结构增加了建设期间的投资。目前一些生物质电厂将垂直悬置高空的破碎机改成水平布置,节省了皮带支撑结构的费用,也使得设备检修维护更加方便安全。

 

2 、炉前料仓+二级给料

 

此方案是目前生物质电厂给料系统采用.多的一种,其主要由料仓、底部取料螺旋、给料螺旋等设备组成。主要工作流程为:将一部分收集来的生物质燃料存放至料仓中,另一部分在炉膛燃烧时通过皮带输送装置送到料仓,然后通过料仓底部取料螺旋的轴向转动提取燃料,将提取的生物质燃料再通过给料螺旋进入到炉膛进行燃烧。

 

目前该方案中燃料的输送量通过取料螺旋的旋转速度控制,而给料螺旋仅作为输送燃料用,一般全速运行。设置给料螺旋主要是解决下料管直接与取料螺旋连接导致的给料距离长、需要的设备强度大问题,增加给料螺旋后,虽然增加了前期投入,但从长远运营的角度看,降低了堵料等现象,增加了运行安全性,整体回报率较高。

 

3 、分料器+一级给料

 

目前,国内已投产运行的生物质电厂大部分设置有料仓,在实际运行中往往出现堵料现象,为了解决该问题,一些电厂开始尝试取消料仓的给料方案,其主要流程为:生物质燃料经皮带输送至分料器,然后再通过分料器分配给两套悬臂螺旋给料机,进而将生物质燃料输送至炉膛内燃烧。

 

该进料系统相对于炉前料仓+二级给料方案,利用分料器替代取料螺旋装置和料仓,使得系统更加简洁、灵活,减少了燃料输送过程中可能出现的堵料环节。目前,一些国内的厂也开始采用这种方案,但尚无机组投运,须观察运行效果。

 

4 、活底料仓

 

活底料仓是国际上.初采用的给料方案,其主要由料仓、给料管、螺旋收集机、螺旋输送机、螺旋分配机等设备组成。

 

该方案的主要流程为:料仓底部的螺旋收集机将料仓中的燃料收集后输送到螺旋输送机中,然后利用螺旋输送机将生物质燃料通过分配机分配到多个给料机中,进而送入到炉膛进行燃烧。该进料系统的给料量由螺旋收集机控制,螺旋收集机通过自身轴向旋转和围绕料仓中心做圆周转动这两种运动,将分散在料仓底部的生物质运送到螺旋输料机入口。

 

三、生物质与燃煤混烧发电

 

生物质与燃煤混烧发电是在燃煤的基础上掺混生物质进行发电,利用了煤炭和生物质燃料的不同特性的协同效应。国内生物质发电与燃煤直接混烧发电为主,其基本思路以等量代替为原则,即按照生物质发电新增装机容量和发电量,等量消减燃煤机组装机容量和发电量,从而消减电站锅炉燃煤量,实现清洁能源的.大化利用,加快能源结构低碳化绿色化转型。

 

近年来,我国加大了生物质与燃煤混烧的研究,已有多个研究机构众多学者通过实验和模拟研究,除了对生物质储存、运输、破碎和输送系统的可行性和安全性分析研究外,还重点对生物质生成的飞灰能否用于建筑行业进行了研究。

 

四、生物质沼气发电 

生物质沼气发电技术是集节能与环保于一体的新型发电技术,主要是利用有机废弃物以及城市生活垃圾经发酵处理产生沼气,沼气燃烧驱动发电机组发电。发酵生成的沼气主要有CH4COH2H2SNH3CO2N2O2CnHm(除CH4)等气体组成,其中有机物CH4CnHm60%左右,CO2质量分数占35%左右,其余气体质量分数占比不超过5%,其原料配比、条件和发酵阶段不同产生的沼气成分不同,目前研究得出适合厌氧发酵沼气的条件为:pH6.8~7.5,温度为30~45℃,原料碳氧物质的量比为20%~30%

 

沼气是一种清洁能源,其燃烧后产生的SOxNOx和粉尘排放量远低于直燃和混燃生物质燃料,与其他技术相比,不仅能更大程度地改善生态环境,而且能够形成绿色循环的能源综合系统,实现社会的可持续化发展。但是由于生物质沼气发电对生物质种类要求高,且能够满足发酵的原料少,所以对于规划在大型农场附近总装机容量较小的机组,可以优先考虑发展生物质沼气发电。

 

结语 

我国生物质资源丰富,但是受到运输、储存等因素影响,目前利用率不足10%,仍有很大的发展利用空间。基于目前生物质研究现状,发展生物质与燃煤混合发电并逐步代替燃煤发电,是加快电力结构转型升级、治理环境污染的有效手段。

 

(参考资料:巩时尚,张博等《国内生物质发电技术方案对比分析》;图片来源于网络)

来源:@沼气圈

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