新能源及分布式發(fā)電技術(shù)chapter5

1概述2太陽(yáng)能發(fā)電3風(fēng)能發(fā)電4地?zé)崮馨l(fā)電目錄6海洋能發(fā)電5生物質(zhì)能的利用7分布式發(fā)電與現(xiàn)行電網(wǎng)的關(guān)系本章的主要內(nèi)容5.1節(jié)生物質(zhì)資源分類(lèi)及簡(jiǎn)述5.2.節(jié)直接燃燒發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)電氣化5.3節(jié)垃圾發(fā)電現(xiàn)狀垃圾發(fā)電方式生物質(zhì)：源自動(dòng)植物的、積累至一定量的有機(jī)類(lèi)資源。廣義上講，生物質(zhì)是植物通過(guò)光合作用生成的有機(jī)物。生物能是指以生物為載體的能量。生物質(zhì)能源是除煤炭、石油和天然氣之外，人類(lèi)消耗的能源資源的最大來(lái)源。第五章

生物能利用生物質(zhì)農(nóng)林水產(chǎn)資源工業(yè)廢棄物城市垃圾主要的生物質(zhì)生活垃圾廚房垃圾紙屑農(nóng)作物木材海藻紙漿廢物造紙黑液釀酒殘?jiān)饕ǎ喊l(fā)電技術(shù)、氣化技術(shù)、液化技術(shù)和成型技術(shù)等。在發(fā)達(dá)國(guó)家，生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電占非水電可再生能源發(fā)電量的70%。隨著石油供應(yīng)的日趨緊張，世界各國(guó)都在嘗試?yán)蒙镔|(zhì)資源生產(chǎn)液體燃料。20世紀(jì)70年代末，巴西開(kāi)始實(shí)施大規(guī)模的木薯和甘蔗制乙醇計(jì)劃。歐洲近年來(lái)大力開(kāi)發(fā)生物柴油技術(shù)，利用休閑耕地生產(chǎn)油料作物。生物質(zhì)能商業(yè)化利用技術(shù)主要是農(nóng)業(yè)廢棄物、森林和林產(chǎn)品剩余物及城市生活垃圾等。農(nóng)業(yè)廢棄物資源分布廣泛，其中農(nóng)業(yè)秸稈年產(chǎn)量超過(guò)6億噸，其中約三分之一可作為能源用途，農(nóng)產(chǎn)品加工和畜牧業(yè)廢棄物理論上可以生產(chǎn)沼氣近800億立方米。森林和林業(yè)剩余物的資源量也相當(dāng)豐富。能源作物是具有商業(yè)開(kāi)發(fā)前途的生物能源資源。適合我國(guó)種植的能源作物品種很多，主要有油菜樹(shù)等油料作物和一些野生植物例如，漆樹(shù)、黃連木和甜高粱等。我國(guó)的生物質(zhì)能源資源2003年國(guó)家先后核準(zhǔn)批復(fù)了河北晉州、山東單縣和江蘇如東3個(gè)秸稈發(fā)電示范項(xiàng)目，頒布了《可再生能源法》，并實(shí)施了生物質(zhì)發(fā)電優(yōu)惠上網(wǎng)電價(jià)等有關(guān)配套政策，從而使生物質(zhì)發(fā)電，特別是秸稈發(fā)電迅速發(fā)展。最近幾年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司、五大發(fā)電集團(tuán)等大型國(guó)有、民營(yíng)以及外資企業(yè)紛紛投資參與中國(guó)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的建設(shè)運(yùn)營(yíng)。由龍基電力公司提供先進(jìn)技術(shù)、國(guó)能生物發(fā)電公司投資建設(shè)的中國(guó)第一家生物發(fā)電廠-山東省單縣生物發(fā)電廠于2006年12月1日建成發(fā)電。僅2007年，由龍基電力公司參股投資的國(guó)能生物發(fā)電公司就先后建成了山東省高唐、墾利生物發(fā)電廠,河北省威縣、成安生物發(fā)電廠，江蘇省射陽(yáng)生物發(fā)電廠，黑龍江省望奎生物發(fā)電廠，吉林省遼源生物發(fā)電廠，河南?？h、鹿邑生物發(fā)電廠。截至2007年底，國(guó)家和各省發(fā)改委已核準(zhǔn)生物發(fā)電項(xiàng)目87個(gè)，總裝機(jī)規(guī)模220萬(wàn)千瓦。根據(jù)國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要提出的發(fā)展目標(biāo)，未來(lái)將建設(shè)生物質(zhì)發(fā)電550萬(wàn)千瓦裝機(jī)容量，已公布的《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》也確定了到2020年生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)3000萬(wàn)千瓦的發(fā)展目標(biāo)。此外，國(guó)家已經(jīng)決定，將安排資金支持可再生能源的技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造及檢測(cè)認(rèn)證等產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系建設(shè)。直接燃燒：獲取能量；生物轉(zhuǎn)換技術(shù)：通過(guò)微生物發(fā)酵方法制取液體燃料或氣體燃料；熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)：通過(guò)熱化學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)的流體燃料。文獻(xiàn)[4]對(duì)生物質(zhì)轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行了更詳細(xì)的分類(lèi)，見(jiàn)下圖5.1。生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)換利用技術(shù)圖5.1生物質(zhì)能利用技術(shù)分類(lèi)1、森林能源森林能源主要是薪炭材，也包括森林工業(yè)的一些殘留物等。薪材來(lái)源于樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程中修剪的枝杈，木材加工的邊角余料，以及專(zhuān)門(mén)提供薪材的薪炭林?，F(xiàn)今對(duì)于能源林的定義為除了提供薪炭外,凡是能夠提供能量的森林泛稱(chēng)能源林。能源林木質(zhì)能源屬生物質(zhì)能的一種，在人類(lèi)歷史上起著巨大的作用。5.1生物質(zhì)資源秸稈資源與農(nóng)業(yè)主要是種植業(yè)生產(chǎn)關(guān)系十分密切。除了作為飼料、工業(yè)原料之外，其余大部分作為農(nóng)戶(hù)炊事、取暖燃料。以傳統(tǒng)方式利用的秸稈首先成為被替代的對(duì)象，致使被棄于地頭田間直接燃燒的秸稈量逐年增大，許多地區(qū)廢棄秸稈量已占總秸稈量的60%以上，既危害環(huán)境，又浪費(fèi)資源。因此，加快秸稈的優(yōu)質(zhì)化轉(zhuǎn)換利用勢(shì)在必行。除了農(nóng)作物秸稈外，現(xiàn)亦栽培速生高產(chǎn)的能源植物如象草。2、農(nóng)作物秸稈禽畜糞便也是一種重要的生物質(zhì)能源。除在牧區(qū)有少量的直接燃燒外，禽畜糞便主要是作為沼氣的發(fā)酵原料。中國(guó)主要的禽畜是雞、豬和牛，根據(jù)這些禽畜品種、體重、糞便排泄量等因素，可以估算出糞便資源量。在糞便資源中，大中型養(yǎng)殖場(chǎng)的糞便更便于集中開(kāi)發(fā)、規(guī)?；?。3、禽畜糞便

城鎮(zhèn)生活垃圾主要是由居民生活垃圾、商業(yè)與服務(wù)業(yè)垃圾和少量建筑垃圾等廢棄物所構(gòu)成的混合物，成分比較復(fù)雜，其構(gòu)成主要受居民生活水平、能源結(jié)構(gòu)、城市建設(shè)、綠化面積以及季節(jié)變化的影響。城鎮(zhèn)垃圾具有以下特點(diǎn)：一是垃圾中有機(jī)物含量接近1/3甚至更高；二是食品類(lèi)廢棄物是有機(jī)物的主要組成部分；三是易降解有機(jī)物含量高。

城市垃圾主要成分包括：紙屑(占40%)、紡織廢料(占20%)和廢棄食物(占20%)等。4、生活垃圾

1、燃料油作物

據(jù)研究，每一公頃的油菜田可生產(chǎn)1200L植物油和1060L的氧氣，植物油不僅可供食用，同時(shí)只要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)，就可變成生物柴油；氧氣對(duì)凈化空氣很有益處。生物柴油不含硫化物，因此不會(huì)形成酸雨現(xiàn)象；另外它可以被微生物分解，避免對(duì)土壤、地下水的污染。

到目前為止，科學(xué)家們已發(fā)現(xiàn)了很多種產(chǎn)“石油”植物。專(zhuān)家們正在進(jìn)行品種的選擇和質(zhì)量的優(yōu)化，并準(zhǔn)備盡快實(shí)行商業(yè)化生產(chǎn)。5、能源作物

(1)桉樹(shù)油類(lèi)型：從桉樹(shù)的干、枝葉中獲得。(2)黑皂油類(lèi)型：一種熱帶野生植物產(chǎn)的油，該植物主要生長(zhǎng)在我國(guó)西南山地。(3)產(chǎn)烴類(lèi)物質(zhì)類(lèi)型：一年生的續(xù)隨子和多年生的綠玉樹(shù)含烴類(lèi)物質(zhì)為干重的6%-11.7%。(4)產(chǎn)醇類(lèi)物質(zhì)類(lèi)型：部分植物汁液含有一定量的乙醇，可作為天然的含醇飲料，亦可以蒸餾為乙醇。燃料油植物分類(lèi)(1)綠玉樹(shù)綠玉樹(shù)屬大戟科大戟屬植物，是直立無(wú)刺的灌木或小喬木，原產(chǎn)非洲的肯尼亞、莫桑比克等國(guó)的熱帶至暖溫帶。美國(guó)等國(guó)家還培育出乳汁含量高的栽培品種。綠玉樹(shù)作為一種重要的燃料油樹(shù)種，其莖干中的白色乳汁中含有豐富的烯、萜、醇、異大戟二烯醇（C30H50O）、天然橡膠、三十一烷和三十一烷醇等十二種烴類(lèi)物質(zhì)，其成分接近石油成分，不含硫，可以直接或與其它物質(zhì)混合成原油，作為燃料油替代石油。2.研究得比較多的兩種產(chǎn)石油植物

綠玉樹(shù)還可作為沼氣的原料，具有可再生、可生物降解、對(duì)環(huán)境無(wú)污染或低污染和能持續(xù)利用的特點(diǎn)，其沼氣產(chǎn)量是一般嫩枝綠草產(chǎn)氣量的5-10倍，榨汁后剩余的纖維還可用作造紙?jiān)匣蛏钊剂稀＠m(xù)隨子原產(chǎn)歐洲，是大戟科二年生草本植物喜溫暖、喜光照、抗逆性較強(qiáng)，生長(zhǎng)期需水量不大，宜于不適于種糧食的干旱山地種植。其植物用途很廣，除了是有利用潛力的能源植物外，還可藥用、工業(yè)油脂用和農(nóng)藥用，而且還是很好的觀賞植物。(2)續(xù)隨子

續(xù)隨子是一種產(chǎn)烴類(lèi)和糖類(lèi)作物，其干物每萬(wàn)平方米(ha)產(chǎn)量達(dá)20-25t，其烴類(lèi)的含量在5%-8%之間，可發(fā)酵糖含量為20%，其中大約含油2t/ha和糖5t/ha。在80℃干燥的莖和葉的庚烷提取物絕大部分為烴類(lèi)，不灌溉的含量為干物質(zhì)的6.62%，而栽培時(shí)灌溉的烴含量為5.96%。水溶提取物含有烴類(lèi),可發(fā)酵糖類(lèi)的含量?jī)H為干物的10%-21%。除此之外，其種子的產(chǎn)量為1.5-2.5t/ha，含油率為48%。

5.2.1直接燃燒發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電就是利用生物質(zhì)代替煤炭直接燃燒產(chǎn)生熱和水蒸氣進(jìn)行火力發(fā)電。生物質(zhì)直接燃燒主要分為：爐灶燃燒：操作簡(jiǎn)便、投資較省,但燃燒效率普遍偏低,從而造成生物質(zhì)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)；鍋爐燃燒：采用先進(jìn)的燃燒技術(shù)，把生物質(zhì)作為鍋爐的燃料燃燒，以提高生物質(zhì)的利用效率，適用于相對(duì)集中、大規(guī)模地利用生物質(zhì)資源。5.2生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)鍋爐按燃料品種分木材爐薪柴爐秸稈爐垃圾焚燒爐按燃燒方式分流化床鍋爐層燃爐生物質(zhì)燃料鍋爐的分類(lèi)生物質(zhì)燃料鋪在爐排上形成層狀，與一次配風(fēng)相混合，逐步地進(jìn)行干燥、熱解、燃燒及還原過(guò)程,可燃?xì)怏w與二次配風(fēng)在爐排上方的空間充分混合燃燒，可分為：爐排式鍋爐：形式包括固定床、移動(dòng)爐排、旋轉(zhuǎn)爐排和振動(dòng)爐排等，可適于含水率較高，顆粒尺寸變化較大的生物質(zhì)燃料。下飼式鍋爐：作為一種簡(jiǎn)單廉價(jià)的技術(shù)，廣泛的應(yīng)用于中、小型系統(tǒng)。一、傳統(tǒng)的鍋爐技術(shù)固體燃料顆粒在爐床內(nèi)經(jīng)過(guò)氣體硫化后然手的技術(shù)，在能源、化工、建材、制藥和食品行業(yè)得到了廣泛的推廣應(yīng)用。在能源領(lǐng)域，流化床燃燒技術(shù)以燃料種類(lèi)適應(yīng)性好、低溫燃燒和污染排放低等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在近三十年中得到了廣泛的重視和商業(yè)化應(yīng)用，并且由早期的鼓泡硫化床發(fā)展為現(xiàn)在不同形式的循環(huán)流化床。流化床燃燒技術(shù)適合于燃燒含水率較高的生物質(zhì)燃料。二、流化床燃燒技術(shù)當(dāng)流化介質(zhì)(空氣)從風(fēng)室通過(guò)布風(fēng)板進(jìn)人流化床時(shí)，隨著風(fēng)速的不斷增加，流化床內(nèi)的燃料先后出現(xiàn):固定床；流化床；氣流輸送。1、流化床的硫化過(guò)程圖5.3流化床的流化過(guò)程風(fēng)速

空氣的流速較低，燃料顆粒的重力大于氣流的向上浮力，使燃料顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)，燃料層在布風(fēng)板上保持靜止不動(dòng)空氣通過(guò)燃料層的阻力與速度的平方成正比風(fēng)速

氣流速度超過(guò)某一臨界值時(shí)，氣流產(chǎn)生的浮力等于燃料顆粒的重力。燃料顆粒由氣流托起上下翻騰，呈現(xiàn)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。燃料顆粒開(kāi)始膨脹臨界硫化點(diǎn)臨界硫化速度氣流輸送通過(guò)燃料層的實(shí)際風(fēng)速趨于常數(shù)，氣流通過(guò)燃料層的阻力也基本維持定值燃料顆粒間的空隙度增加，整個(gè)燃料層發(fā)生膨脹，體積增加，處于松散的沸騰狀態(tài)，燃料層表現(xiàn)出流體特性。通過(guò)燃料層的實(shí)際風(fēng)速趨于常數(shù)，氣流通過(guò)燃料層的阻力也基本維持定值當(dāng)達(dá)到氣流輸送，燃料層已不存在，氣流阻力下降，攜帶燃料顆粒離開(kāi)流化床床體的空截面速度稱(chēng)為攜帶速度，它在數(shù)值上等于燃料顆粒在氣流中的沉降速度。因此，要保證燃料顆粒處于正常的流化狀態(tài)，就要使流化床內(nèi)的氣流速度大于臨界流化速度，小于攜帶速度。為了保證流化床內(nèi)穩(wěn)定地燃燒，流化床內(nèi)常加入大量的石英砂(SiO2)作為床料的一部分來(lái)蓄存熱量。熾熱的床料具有很大的熱容量，新鮮燃料進(jìn)入流化床后，燃料顆粒與氣流的強(qiáng)烈混合，充分燃燒。流化床燃燒過(guò)程中，燃料層的溫度一般控制在800-900℃，可顯著減少NOx的排放。流化床還便于在燃燒過(guò)程中直接加入石灰石白云石等脫硫劑。用煙氣中SO2被石灰石吸收的百分比表示。影響脫硫率的主要因素是Ca/S摩爾比、脫硫劑特性、溫度、流化速度和分級(jí)燃燒等。當(dāng)農(nóng)作物秸稈采用流化床燃燒時(shí)，秸稈灰中的Na2CO3或K2CO3可與床料中的石英砂發(fā)生反應(yīng)，生成了熔點(diǎn)為874℃和764℃的低溫共熔混合物，并與床料相互粘結(jié)，導(dǎo)致流化床溫度和壓力波動(dòng)，影響了流化床的安全性和經(jīng)濟(jì)性，可用長(zhǎng)石、白云石、氧化鋁等取代石英砂作為床料，以緩解上述情況的發(fā)生。脫硫率鼓泡流化床技術(shù)(BFB)：燃燒效率較低，排放碳氧化物含量較高。循環(huán)流化床技術(shù)(CFB)：具有燃燒效率高、有害氣體排放易控制、熱容量大等一系列優(yōu)點(diǎn)。流化床鍋爐適合燃用各種水分大、熱值低的生物質(zhì)，具有較廣的燃料適應(yīng)性。流化床燃燒技術(shù)分類(lèi)主循環(huán)回路是循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵。其主要作用是將大量的高溫固體物料從氣流中分離出來(lái)，送回燃燒室，以維持燃燒室穩(wěn)定的流態(tài)化狀態(tài)，保證燃料和脫硫劑多次循環(huán)、反復(fù)燃燒和反應(yīng)，以提高燃燒效率和脫硫效率。2、循環(huán)床技術(shù)的發(fā)展歷程分離器是主循環(huán)回路的關(guān)鍵部件，其作用是完成含塵氣流的氣固分離，并把收集下來(lái)的物料回送至爐膛，實(shí)現(xiàn)灰平衡及熱平衡，保證爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定與高效。從某種意義上講，CFB鍋爐的性能取決于分離器的性能，所以循環(huán)床技術(shù)的分離器研制經(jīng)歷了三代發(fā)展，而分離器設(shè)計(jì)上的差異標(biāo)志了CFB燃燒技術(shù)的發(fā)展歷程。應(yīng)用絕熱旋風(fēng)筒作為分離器的循環(huán)流化床鍋爐稱(chēng)為第一代循環(huán)流化床鍋爐，目前已經(jīng)商業(yè)化。Lurgi公司、Ahlstrom公司、以及由其技術(shù)轉(zhuǎn)移的Stein、ABB-CE、AEE、EVT等設(shè)計(jì)制造的循環(huán)流化床鍋爐均采用了此種形式。①采用絕熱旋風(fēng)筒分離器的第一代循環(huán)流化床鍋爐這種分離器具有相當(dāng)好的分離性能，使用這種分離器的循環(huán)流化床鍋爐具有較高的性能。但這種分離器也存在一些問(wèn)題，主要是旋風(fēng)筒體積龐大，因而鋼耗較高，鍋爐造價(jià)高，占地較大，旋風(fēng)筒內(nèi)襯厚、耐火材料及砌筑要求高、用量大、費(fèi)用高啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)行中易出現(xiàn)故障、密封和膨脹系統(tǒng)復(fù)雜。Circofluid的中溫分離技術(shù)在一定程度上緩解了高溫旋風(fēng)筒的問(wèn)題，爐膛上部布置較多數(shù)量的受熱面，降低了旋風(fēng)筒入口煙氣溫度和體積，旋風(fēng)筒的體積和重量有所減小，因此相當(dāng)程度上克服了絕熱旋風(fēng)筒技術(shù)的缺陷，使其運(yùn)行可靠性提高，但爐膛上部布置有過(guò)熱器和高溫省煤器等，需要采用塔式布置，爐膛較高，鋼耗量大，鍋爐造價(jià)提高。同時(shí)，它的CO2排放及檢修問(wèn)題在一定程度上限制了該技術(shù)的發(fā)展。應(yīng)用水(汽)冷分離器(FW分離器)的循環(huán)流化床鍋爐被稱(chēng)為第二代循環(huán)流化床鍋爐)。FW分離器取消絕熱旋風(fēng)筒的高溫絕熱層，代之以受熱面制成的曲面及其內(nèi)側(cè)布滿(mǎn)銷(xiāo)釘涂一層較薄厚度的高溫耐磨澆注料，殼外側(cè)覆以一定厚度的保溫層。水(汽)冷旋風(fēng)筒可吸收一部分熱量，分離器內(nèi)物料溫度不會(huì)上升，甚至略有下降，同時(shí)較好地解決了旋風(fēng)筒內(nèi)側(cè)防磨問(wèn)題。②采用水(汽)冷旋風(fēng)筒分離器的第二代循環(huán)流化床鍋爐FW式水（汽）冷旋風(fēng)分離器的問(wèn)題是制造工藝及生產(chǎn)成本，這使其商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力下降，通用性和推廣價(jià)值受到了限制。同時(shí)該分離器的結(jié)構(gòu)形式與高溫絕熱旋風(fēng)筒并無(wú)本質(zhì)差異，因此鍋爐結(jié)構(gòu)仍未恢復(fù)到傳統(tǒng)鍋爐完美的形式。因此調(diào)整分離器的形狀，進(jìn)一步提高緊湊性和可靠性問(wèn)題成為循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。為克服汽冷旋風(fēng)筒鍋爐的結(jié)構(gòu)及制造成本高的問(wèn)題，芬蘭的Ahlstrom公司研制出了采用其獨(dú)特專(zhuān)利技術(shù)的方型分離器的第三代循環(huán)流化床鍋爐。方型分離器的分離機(jī)理與圓形旋風(fēng)筒本質(zhì)上無(wú)差別，但因其分離器的壁面作為爐膛壁面水循環(huán)系統(tǒng)的一部分，與爐膛之間免除熱膨脹環(huán)節(jié)，同時(shí)方型分離器可緊貼爐膛布置從而使整個(gè)循環(huán)床鍋爐的體積大為減少。借鑒汽冷旋風(fēng)筒成功的防磨耐火經(jīng)驗(yàn)，方型分離器水冷表面敷設(shè)了一層薄的耐火層，分離器成為受熱面的一部分，為鍋爐快速啟停提供了條件。③采用方型水冷分離器的第三代循環(huán)流化床鍋爐芬蘭Ahlstrom公司的方型分離器緊湊型設(shè)計(jì)推出之后，經(jīng)過(guò)多臺(tái)鍋爐5年的運(yùn)行實(shí)踐才為人們所接受。FosterWheeler公司和Ahlstrom公司合并后采用方型分離器的緊湊型布置循環(huán)床鍋爐的市場(chǎng)份額逐年增加。

目前方型分離器在大型化方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。1993年清華大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)國(guó)外方型分離器專(zhuān)利進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，并改進(jìn)了入口段設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)表明這個(gè)改進(jìn)是完全正確的，這個(gè)改進(jìn)最終取得了中國(guó)專(zhuān)利—“水冷異型分離器”。該設(shè)計(jì)低成本有效地克服了絕熱旋風(fēng)筒的后燃結(jié)焦問(wèn)題和圓形汽(水)冷旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，被認(rèn)為達(dá)到九十年代國(guó)際先進(jìn)水平。

清華大學(xué)對(duì)幾種不同當(dāng)量尺寸的方型分離器進(jìn)行了一些卓有成效的試驗(yàn)和較為深入的研究，得出方型分離器的放大性能要優(yōu)于圓形旋風(fēng)分離器的結(jié)論。清華大學(xué)在該方面的研究成果以及220t/h、410t/h采用方型分離器的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)得到國(guó)際同行的充分肯定和高度評(píng)價(jià)，在15屆FBC國(guó)際會(huì)議上被評(píng)為最佳論文。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)具有氣固混合很好、燃燒速率高、燃燒效率高(97.5%-99.5%)的特點(diǎn)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，循環(huán)流化床燃燒效率受煤種影響較大。對(duì)較為年輕的褐煤、泥煤、燃燒效率可達(dá)到98%以上；而對(duì)于變質(zhì)程度較高的無(wú)煙煤到煙煤，飛灰含碳量往往高達(dá)10%以上。3、循環(huán)流化床鍋爐的效率

超臨界循環(huán)流化床鍋爐電廠的效率可達(dá)43%-44%。根據(jù)法國(guó)SteinIndustrie公司對(duì)超臨界參數(shù)Lurgi循環(huán)流化床鍋爐的研究，由于Lurgi型循環(huán)流化床鍋爐有外置換熱器，而外置換熱器的工作溫度在700°C左右，使用清潔空氣流化，在外置換熱器內(nèi)布置高溫?fù)Q熱器可防止高溫腐蝕，因而采用超臨界參數(shù)比煤粉爐更為有利。采用超臨界參數(shù)可使發(fā)電效率提高約6%。3、循環(huán)流化床鍋爐的效率

在懸浮燃燒系統(tǒng)中，首先要對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行粉碎，顆粒尺寸要小于2mm，含水率要低于15%。經(jīng)過(guò)粉碎的生物質(zhì)與空氣混合后噴入燃燒室，呈懸浮燃燒狀態(tài)。通過(guò)精確控制燃燒溫度，可使懸浮燃燒系統(tǒng)在較低的過(guò)量空氣系數(shù)下進(jìn)行充分燃燒，采用分段送風(fēng)以及良好的燃料顆粒與空氣的良好混合，可以降低CO2的排放。三、懸浮燃燒技術(shù)生物質(zhì)中的水分，在燃燒過(guò)程中大量的熱量以汽化潛熱的形式被煙氣帶走排入大氣，燃燒效率低，浪費(fèi)了大量的能量。為了克服單燃生物質(zhì)發(fā)電的缺點(diǎn)，當(dāng)今使用較多的是利用大型電廠的設(shè)備，將生物質(zhì)與煤混燃發(fā)電。大型電廠混燃發(fā)電能夠克服生物質(zhì)原料供應(yīng)波動(dòng)的影響，在原料供應(yīng)充足時(shí)進(jìn)行混燃，在原料供應(yīng)不足時(shí)單燃煤。利用大型電廠混燃發(fā)電,無(wú)需或只需對(duì)設(shè)備進(jìn)行很小的改造，能夠利用大型電廠的規(guī)模，經(jīng)濟(jì)效率高。四、生物質(zhì)與煤混燒技術(shù)

在生物質(zhì)燃燒時(shí)易引起積灰結(jié)渣損壞燃燒床,還可能發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象。為防止積灰結(jié)渣、燒結(jié)腐蝕問(wèn)題發(fā)生,可以考慮采用后者比例不小于30%與煤炭或泥炭混合燃燒技術(shù)，使用具有抗腐蝕功能的富鉻鋼材或者鍍鉻管道材料要；并盡可能使用較低的蒸汽溫度；如有可能,使農(nóng)作物收割后置于田間,經(jīng)過(guò)雨淋和風(fēng)干降低堿含量后再使用。

在煤炭緊缺且價(jià)格上漲的今天，我國(guó)發(fā)電企業(yè)走混燃發(fā)電道路，是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。

一、生物質(zhì)電氣化發(fā)電的基本知識(shí)生物質(zhì)氣化發(fā)電是將生物質(zhì)首先轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)氣，用生物質(zhì)氣供給內(nèi)燃機(jī)或是燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)發(fā)電裝置對(duì)外提供動(dòng)力。生物質(zhì)氣來(lái)自生物質(zhì)的氣化、裂解或生物厭氧發(fā)酵過(guò)程。生物質(zhì)氣化發(fā)電包括沼氣發(fā)電和將生物質(zhì)在氣化爐內(nèi)轉(zhuǎn)換成可燃?xì)怏w，將可燃?xì)怏w供給內(nèi)燃機(jī)或是燃?xì)廨啓C(jī)，帶動(dòng)發(fā)電裝置對(duì)外提供動(dòng)力。5.2.2生物質(zhì)氣化發(fā)電

1、把固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料，供給充足的氧氣，使原料充分燃燒。2、氣體凈化氣化出來(lái)的燃?xì)饨?jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)除去，以保燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行。3、燃?xì)獍l(fā)電，利用氣輪機(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電，有的工藝為了提高發(fā)電效率，發(fā)電過(guò)程可以增加余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)。氣化發(fā)電的過(guò)程固定床氣化：包括上吸式氣化、下吸式氣化和開(kāi)心層下式氣化三種。流化床氣化：包括鼓泡床氣化、循環(huán)流化床氣化及雙流化床氣化三種。國(guó)際上為了實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的氣化發(fā)電方式,提高氣化發(fā)電效率,正在積極開(kāi)發(fā)高壓流化床氣化發(fā)電工藝。生物質(zhì)氣化過(guò)程分類(lèi)1、生物質(zhì)氣化產(chǎn)生燃?xì)庾鳛槿剂现苯舆M(jìn)入燃?xì)忮仩t生產(chǎn)蒸汽，再驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電；2、將凈化后的燃?xì)馑徒o燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電；3、將凈化后的燃?xì)馑腿雰?nèi)燃機(jī)直接發(fā)電。在發(fā)電和投資規(guī)模上，它們分別對(duì)應(yīng)于大規(guī)模、中等規(guī)模和小規(guī)模的發(fā)電。生物質(zhì)氣化發(fā)電方式實(shí)現(xiàn)途徑圖5.4生物質(zhì)氣化發(fā)電方式內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)：設(shè)備緊湊、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、技術(shù)較成熟、可靠。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)：采用低熱值燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)庑柙鰤?，需有較高的自動(dòng)化控制水平和燃?xì)廨啓C(jī)改造技術(shù)。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)：有效地提高發(fā)電效率，可以達(dá)40%以上,是目前發(fā)達(dá)國(guó)家重點(diǎn)研究的內(nèi)容。從燃?xì)獍l(fā)電過(guò)程上分類(lèi)包括生物質(zhì)氣化、氣體凈化、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電及蒸汽輪機(jī)發(fā)電。由于生物質(zhì)燃?xì)鉄嶂档?，爐子出口氣體溫度較高，要使B/IGCC具有較高的效率,就要求系統(tǒng)必須采用生物質(zhì)高壓氣化和燃?xì)飧邷貎艋瘍煞N技術(shù)，否則，如果采用一般的常壓氣化和燃?xì)饨禍貎艋?，由于氣化效率和帶壓縮的燃?xì)廨啓C(jī)效率都較低，整體效率一般都低于35%。傳統(tǒng)的生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)（B/IGCC）芬蘭是世界上利用林業(yè)廢料、造紙廢棄物等生物質(zhì)發(fā)電最成功的國(guó)家之一，機(jī)組的熱效率可達(dá)88%。奧地利成功地推行了建立燃燒木材剩余物的區(qū)域供電站的計(jì)劃，生物質(zhì)能在可再生能源總利用量中的比例由原來(lái)的3%增加到最近的25%。比利時(shí)，有100多年歷史的布羅賽爾溫克能源技術(shù)公司已生產(chǎn)出適應(yīng)木材廢棄物、建筑木質(zhì)廢棄物、造紙廢棄物及城市垃圾等不同燃料的鍋爐設(shè)備。該公司的產(chǎn)品采用的是傾斜式液壓移動(dòng)式爐排，其熱效率可達(dá)85%，比較適用于20MW以下的生物質(zhì)發(fā)電。生物質(zhì)B/IGCC技術(shù)的研究規(guī)模氣化過(guò)程發(fā)電過(guò)程主要用途小型系統(tǒng)功率<200kW固定床氣化流化床氣化內(nèi)燃機(jī)組微型燃?xì)廨啓C(jī)農(nóng)村用電中小企業(yè)用電中型系統(tǒng)500kW<功率3000kW常壓流化床氣化內(nèi)燃機(jī)大中企業(yè)自備電站、小型上網(wǎng)電站大型系統(tǒng)>5000kW常壓流化床氣化、高壓流化床氣化、雙流化床氣化內(nèi)燃機(jī)＋蒸汽輪機(jī)燃?xì)鉁S機(jī)＋蒸汽輪機(jī)上網(wǎng)電站、獨(dú)立能源系統(tǒng)表5-1生物質(zhì)氣化發(fā)電分類(lèi)小型氣化發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)單靈活，主要功能為農(nóng)村照明或作為中小企業(yè)的自備發(fā)電機(jī)組。中型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)主要作為大中型企業(yè)的自備電站或小型上網(wǎng)電站，功率規(guī)模一般在500～3000kw之間。大型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)主要功能是作為上網(wǎng)電站，它可以適用的生物質(zhì)較為廣泛，所需的生物質(zhì)數(shù)量巨大，必須配套專(zhuān)門(mén)的生物質(zhì)供應(yīng)中心和預(yù)處理中心，發(fā)電系統(tǒng)功率一般在5000kw以上。生物質(zhì)氣化生成的燃?xì)夂懈鞣N各樣的雜質(zhì)，其含量與原料特性、氣化爐的形式關(guān)系很大。燃?xì)鈨艋哪繕?biāo)就是要根據(jù)氣化工藝的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理有效的雜質(zhì)去除工藝，保證后續(xù)氣化發(fā)電設(shè)備不會(huì)因雜質(zhì)而產(chǎn)生磨損腐蝕和污染等問(wèn)題。二、生物質(zhì)燃?xì)獾膬艋夹g(shù)雜質(zhì)種類(lèi)典型成分可能引起問(wèn)題凈化辦法顆?；摇⒔固俊豳|(zhì)、顆粒磨損、堵塞氣固分離、過(guò)濾水洗堿金屬鈉、鉀等化合物高溫磨損冷凝、吸附、過(guò)濾氮化物主要是氨和HCN形成NO2水洗SCR等焦油各種芳香烴等堵塞、難以燃燒裂解、除焦、水洗硫氯HCl、H2S腐蝕污染水洗化學(xué)反應(yīng)法表5-2燃?xì)庵械母鞣N雜質(zhì)特性目前比較多的是采用燒結(jié)金屬或燃結(jié)的陶瓷材料作為過(guò)濾器。但是由于焦油在300℃以下開(kāi)始少量地凝結(jié)析出，凝結(jié)的焦油容易堵塞管道和過(guò)濾材料，所以過(guò)濾過(guò)程必須在較高溫度下進(jìn)行，難度較高的高溫燃?xì)膺^(guò)濾工藝。高溫蜂窩陶瓷或燃結(jié)金屬過(guò)濾材料在大部分實(shí)際應(yīng)用中都會(huì)碰到阻力增加過(guò)快的問(wèn)題，同時(shí)高溫過(guò)濾材料的熱力性能很差，加上除灰過(guò)程控制困難，成本也較高，這都是目前高溫燃?xì)飧邷剡^(guò)濾需要研究解決的問(wèn)題。1、燃?xì)飧邷剡^(guò)濾焦油裂解是除焦油技術(shù)的一種。但對(duì)不能采用焦油裂解技術(shù)的中小型氣化發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，中小型氣化發(fā)電系統(tǒng)采用的除焦技術(shù)有水洗，低溫過(guò)濾和靜電除焦等方式。水洗除焦的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)有除焦、除塵和降溫三方面的效果，缺點(diǎn)是有污水產(chǎn)生。焦油低溫過(guò)濾是在較低溫度下采用過(guò)濾設(shè)備濾掉焦油的技術(shù)。通常同時(shí)采用兩套過(guò)濾設(shè)備，進(jìn)行切換操作。過(guò)濾材料的頻繁更換，使得勞動(dòng)強(qiáng)度太大，一般只應(yīng)用于小型的氣化發(fā)電系統(tǒng)。2、燃?xì)獬辜夹g(shù)

靜電除焦技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是除塵、除焦效率高，一般達(dá)98%以上，但靜電除焦對(duì)進(jìn)口燃?xì)饨褂秃恳筝^高，一般要求低于5g/m3(標(biāo)態(tài))。由于焦油與炭混合后容易粘在電除塵設(shè)備上，所以電捕焦器對(duì)燃?xì)庵谢业暮恳笠埠芨摺Ｄ壳霸谏镔|(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用仍很少，但該技術(shù)應(yīng)用于連續(xù)運(yùn)行的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)是可能的，而且除焦效果也較好，是今后中小型氣化發(fā)電系統(tǒng)除焦的有效途徑之一，值得進(jìn)一步深入研究。靜電除焦技術(shù)水洗除焦法存在能量浪費(fèi)和二次污染現(xiàn)象，凈化效果只能勉強(qiáng)達(dá)到內(nèi)燃機(jī)的要求；熱裂解法在1100℃以上能得到較高的轉(zhuǎn)換效率，但實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)較困難；催化裂解法可將焦油轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?，既提高系統(tǒng)能源利用率，又徹底減少二次污染，是目前較有發(fā)展前途的技術(shù)。除焦技術(shù)的比較主要集中于白云石和鎳基催化劑。鎳基催化劑的活性是白云石的10-20倍，但它對(duì)原始?xì)獾囊筝^嚴(yán)，焦油含量在2g/m3(標(biāo)態(tài))以上，就會(huì)由于焦碳形成積聚而失活，加之其價(jià)格較高，在商業(yè)應(yīng)用中并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。白云石資源豐富且便宜，但簡(jiǎn)單摻加白云石的催化效果并不理想，需針對(duì)不同的氣化特點(diǎn)，配合相應(yīng)的裂解工藝，控制嚴(yán)格的操作參數(shù)。國(guó)外對(duì)催化裂解的研究1、小型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)小型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)一般指采用固定床氣化設(shè)備，發(fā)電規(guī)模在200kw以下的氣化發(fā)電系統(tǒng)。小型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)主要集中在發(fā)展中國(guó)家；美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家雖然小型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)非常成熟，但由于發(fā)達(dá)國(guó)家中生物質(zhì)能源相對(duì)較貴，而能源供應(yīng)系統(tǒng)完善，對(duì)勞動(dòng)強(qiáng)度大，使用不方便的小型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)應(yīng)用等非常少。三、氣化發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

中國(guó)有著良好的生物質(zhì)氣化發(fā)電基礎(chǔ)，研究了樣機(jī)并做了初步推廣，但由于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的限制，谷殼氣化發(fā)電很難在經(jīng)濟(jì)上取得較好收益，在很長(zhǎng)一段時(shí)間上沒(méi)有新的改進(jìn)。近年來(lái)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)狀況發(fā)生了明顯的變化，因而利用谷殼氣化發(fā)電的外部經(jīng)濟(jì)環(huán)境有了明顯的改善。①小型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)性能

首先是中國(guó)能源供應(yīng)持續(xù)緊張，電力價(jià)格居高不下，氣化發(fā)電可以取得顯著的效益；其次是糧食加工廠趨向于大型化，谷殼比較集中，便于大規(guī)模處理，氣化發(fā)電的成本大大降低；最后是環(huán)境問(wèn)題，丟棄或燃燒谷殼會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，處理谷殼已成為一種環(huán)保要求。外部經(jīng)濟(jì)環(huán)境的改善

目前160kW和200kW的生物質(zhì)氣化發(fā)電設(shè)備在我國(guó)已得到小規(guī)模應(yīng)用，顯示出一定的經(jīng)濟(jì)效益。在原來(lái)谷殼氣化發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上，近年來(lái)中國(guó)對(duì)生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)作了進(jìn)一步的研究，主要對(duì)發(fā)電容量大小和不同生物質(zhì)原料進(jìn)行了探索，先后完成了2.5kW到200kW的各種機(jī)組的研制。其主要特點(diǎn)見(jiàn)表5-3。功率/kW2.55.51260160200總效率(%)11.516141811.512.5氣化爐層式下吸式下吸式凈化水洗過(guò)濾發(fā)電機(jī)內(nèi)燃機(jī)燃料生物質(zhì)生物質(zhì)和柴油谷殼表5-3中國(guó)生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)主要特點(diǎn)(2000之前)谷殼氣化發(fā)電機(jī)組的建設(shè)費(fèi)用主要有設(shè)備投資、基建項(xiàng)目。其中設(shè)備投資是主要的，單位功率的投資隨容量的增大而降低。而且發(fā)電設(shè)備（內(nèi)燃機(jī)）所占的份額越來(lái)越大，這也是小功率氣化發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性差的主要原因。②小型氣化發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性

包括燃料和消耗材料及維修費(fèi)用等。由于現(xiàn)在谷殼基本不作飼料，市場(chǎng)價(jià)已非常低，有的地方甚至當(dāng)廢料丟棄，所以燃料成本主要指谷殼的收集、運(yùn)輸與處理費(fèi)等。消耗材料主要指發(fā)動(dòng)機(jī)使用的潤(rùn)滑油和除焦用的冷卻水。維修費(fèi)主要指零配件的更換與修理。谷殼氣化發(fā)電的運(yùn)行成本圖5.5小型氣化發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電成本隨機(jī)組容量的變化圖5.6小型氣化發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電成本隨生物質(zhì)價(jià)格的變化圖5.7小型氣化發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電成本隨發(fā)電時(shí)間的變化在現(xiàn)有技術(shù)條件下，由于各地原料、電價(jià)不同，谷殼氣化發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益將有較大的變化。單純從經(jīng)濟(jì)上考慮，谷殼氣化發(fā)電可行的標(biāo)準(zhǔn)是氣化發(fā)電機(jī)組的年收益高于設(shè)備的折舊費(fèi)，或加上設(shè)備折舊費(fèi)用后發(fā)電成本低于0.5元/(kw·h)。1、

在現(xiàn)有技術(shù)條件下，原料價(jià)值不能高于150元/t(包括運(yùn)輸及預(yù)處理費(fèi)用)；2、

在原料為100元/t，機(jī)組運(yùn)行時(shí)間為6000h/年時(shí)，氣化發(fā)電容量不能低于60kW；3、在發(fā)電容量為200kW，原料單價(jià)為100元/t時(shí)，設(shè)備年運(yùn)行時(shí)問(wèn)不能低于2500h。谷殼氣化發(fā)電設(shè)備取得經(jīng)濟(jì)效益的條件一般指采用流化床氣化工藝，發(fā)電規(guī)模在400-3000kW的氣化發(fā)電系統(tǒng)。中型氣化發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用較早，所以技術(shù)較成熟，但由于設(shè)備造價(jià)很高，發(fā)電成本居高不下，所以，在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用極少。近年我國(guó)開(kāi)發(fā)出了循環(huán)流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)有較好的經(jīng)濟(jì)性，在我國(guó)推廣很快，所以已經(jīng)是國(guó)際上應(yīng)用等最多的中型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)。2、中型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)

以l000kW的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)為例，在正常運(yùn)行下，生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)氣化效率大約在75％左右，系統(tǒng)發(fā)電效率在15％-18％之間，單位電量對(duì)原料的需求量為1.5-1．8kg／(kw·h)(谷殼)，或1．25-1．35kg／(kW·h)(木屑)。但由于氣化工藝的影響，在不同的溫度下進(jìn)行氣化，氣化生成的燃?xì)赓|(zhì)量和氣化效率有明顯的變化，見(jiàn)表5.4-5.6。①中型氣化發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)性能

表5-4溫度對(duì)木粉汽化發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的影響單位質(zhì)量的原料氣化后所產(chǎn)生的氣體燃料在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積。生物質(zhì)氣化后生成的氣體總熱量與氣化原料的總熱量之比單位體積氣體燃燒所產(chǎn)生的熱能生物質(zhì)燃料中的碳轉(zhuǎn)化為氣體燃料中碳的份額，即氣體中含碳量與原料中含碳量之比表5-5谷殼汽化爐在不同操作溫度下的氣體質(zhì)量表5-6溫度對(duì)氣體質(zhì)量的影響當(dāng)溫度小于600℃時(shí)，適當(dāng)減少進(jìn)料量或稍微加大進(jìn)風(fēng)量，使溫度回升至正常范圍；當(dāng)溫度高于800℃時(shí)，加大進(jìn)料量或減少進(jìn)風(fēng)量，使?fàn)t溫下降至正常范圍。氣化爐的運(yùn)行控制方法

谷殼的灰分含量高達(dá)12%以上，氣化后仍殘余大量灰份，這些灰份必須及時(shí)排出爐外，可以采用螺旋干式排灰機(jī)構(gòu)，排灰連續(xù)而均勻，谷殼進(jìn)料量和排灰量形成一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，保證氣化爐順利運(yùn)行，當(dāng)排灰螺旋排灰出現(xiàn)不均現(xiàn)象或無(wú)灰排出時(shí)，應(yīng)及時(shí)排除故障防止加料口堵塞而停機(jī)。由于排灰不均勻，爐內(nèi)灰分時(shí)多時(shí)少，谷殼氣化的穩(wěn)定狀態(tài)受到干擾，其結(jié)果是爐內(nèi)溫度不均，局部溫度過(guò)高并出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象，氣化爐無(wú)法正常運(yùn)行。由于凈化裝置中文氏管除塵器及噴淋洗氣塔都采用水封結(jié)構(gòu)，因此氣化爐點(diǎn)火啟動(dòng)前必須先啟動(dòng)水泵以確保水封結(jié)構(gòu)有充足的水起密封作用，防止燃?xì)馔ㄟ^(guò)水封口外竄引起意外事故；其次，應(yīng)定期清除文氏管喇叭口處的灰垢，一般每星期清理一次較為合理。凈化裝置的運(yùn)行管理1000kW循環(huán)流化床谷殼氣化發(fā)電系統(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的需要對(duì)發(fā)電量進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為200kW-1000kW。其方法是控制谷殼進(jìn)料量及相應(yīng)的進(jìn)風(fēng)量，先緩慢加大進(jìn)料量，同時(shí)加大進(jìn)風(fēng)量，使?fàn)t內(nèi)溫度穩(wěn)定在700℃-800℃之間，加料量的多少可由加料螺旋電磁調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)確定。由于氣化爐的溫度直接決定于空氣量與加料量的比例，所以根據(jù)負(fù)荷以及調(diào)節(jié)爐溫的需要，空氣量有一定變化。發(fā)電量大小的調(diào)節(jié)氣化發(fā)電系統(tǒng)的投資成本和經(jīng)濟(jì)效益是影響用戶(hù)應(yīng)用積極性的關(guān)鍵因素，規(guī)模小于200kW的發(fā)電系統(tǒng)國(guó)內(nèi)目前采用固定床氣化裝置，總的經(jīng)濟(jì)效益較差，循環(huán)流化床谷殼氣化發(fā)電對(duì)于處理大規(guī)模生物質(zhì)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，表5-7是600kW、800kW、1000kW谷殼氣化發(fā)電的投資成本和運(yùn)行費(fèi)用估算表。②中型氣化發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性表5.7流化床谷殼氣化發(fā)電投資成本及運(yùn)行費(fèi)用估算表表5.7流化床谷殼氣化發(fā)電投資成本及運(yùn)行費(fèi)用估算表①毛利以電價(jià)0.80元/kw·h計(jì)算。②毛利以電價(jià)0.6元/kw·h計(jì)算。人工費(fèi)用以人均月工資1500元計(jì)算。表5-7的結(jié)果表明，在開(kāi)工率70%，電價(jià)0.8元/kW·h條件下，氣化發(fā)電的投資回收期約一年，若開(kāi)工率不變，而電價(jià)降為0.6元/kW·h，則600kW、800kW、1000kW三種規(guī)模的投資回收期分別是22.5、21和17.8個(gè)月，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于各地的人工成本和電價(jià)差異很大，這兩種因素將對(duì)投資回收期構(gòu)成重大影響。需要指出的是，流化床谷殼氣化發(fā)電設(shè)備的氣化原料不僅局限于谷殼，它還可用于處理木屑?？紤]到生物質(zhì)資源分散的特點(diǎn)，一般把大于3000kw，而且采用了聯(lián)合循環(huán)發(fā)電方式的氣化發(fā)電系統(tǒng)歸人“大型”的行列。特別對(duì)于發(fā)展國(guó)家3000kw以上的氣化發(fā)電系統(tǒng)每天需生物質(zhì)約100t，所以應(yīng)用的客戶(hù)已很少。在國(guó)際上，大型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)遠(yuǎn)未成熟，真正進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用的例子還未見(jiàn)報(bào)道，主要的應(yīng)用仍停留在示范和研究的階段。下面以瑞典的Vamamo示范電站為例，分析國(guó)外大型生物質(zhì)氣化發(fā)電站的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。3、大型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用瑞典的Vamamo生物質(zhì)示范電站是歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家一個(gè)B/IGCC發(fā)電項(xiàng)目，它是由瑞典國(guó)家能源部、歐盟政府資助，由瑞典南方電力公司，福斯特.威勒公司等企業(yè)合作建設(shè)的一個(gè)示范項(xiàng)目。它的主要目的是建設(shè)一個(gè)完善的生物質(zhì)B/IGCC示范系統(tǒng)，研究生物質(zhì)B/IGCC的各部分關(guān)鍵過(guò)程，所以該生物質(zhì)發(fā)電站更合適于生物質(zhì)氣化發(fā)電的R&D活動(dòng)，而不是完全的商業(yè)化運(yùn)行。瑞典的Vamamo生物質(zhì)示范電站關(guān)鍵技術(shù)高壓循環(huán)流化床氣化技術(shù)高溫過(guò)濾技術(shù)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)余熱蒸氣發(fā)電技術(shù)在55MWe發(fā)電規(guī)模條件下，生物質(zhì)B/IGCC系統(tǒng)的投資大約在1500美元/kW左右，但對(duì)于15MWe左右發(fā)電項(xiàng)目，投資將達(dá)到2300美元/(kW·h)。對(duì)于70MWe出力的生物質(zhì)B/IGCC發(fā)電系統(tǒng)，在生物質(zhì)價(jià)格大約250元/t時(shí)，70MWeB/IGCC發(fā)電站的發(fā)電成本大約為0.35元/kW·h，幾乎與小型的煤發(fā)電電站成本相當(dāng)。有條件建設(shè)這種項(xiàng)目的國(guó)家或地區(qū)都很少，而小規(guī)模下的經(jīng)濟(jì)性將明顯降低，所以這種項(xiàng)目近期要進(jìn)入應(yīng)用是相當(dāng)困難的。Vamamo生物質(zhì)氣化發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)估垃圾發(fā)電是把各種垃圾收集后，進(jìn)行分類(lèi)處理：一是對(duì)燃燒值較高的進(jìn)行高溫焚燒，在高溫焚燒中產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為高溫蒸氣，推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。二是對(duì)不能燃燒的有機(jī)物進(jìn)行發(fā)酵、厭氧處理，最后干燥脫硫，產(chǎn)生一種氣體叫甲烷，也叫沼氣。再經(jīng)燃燒，把熱能轉(zhuǎn)化為蒸氣，推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。5.3垃圾發(fā)電從20世紀(jì)70年代起，一些發(fā)達(dá)國(guó)家便著手運(yùn)用焚燒垃圾產(chǎn)生的熱量進(jìn)行發(fā)電。美國(guó)某垃圾發(fā)電站的發(fā)電能力達(dá)100兆瓦，每天處理垃圾60萬(wàn)噸。現(xiàn)在德國(guó)的垃圾發(fā)電廠每年要花費(fèi)巨資，從國(guó)外進(jìn)口垃圾。如果我國(guó)能將垃圾充分有效地用于發(fā)電，每年將節(jié)省煤炭5000～6000萬(wàn)噸，其“資源效益”極為可觀。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家最常用的2種利用垃圾發(fā)電的模式：生化法：將垃圾衛(wèi)生填埋，回收填埋場(chǎng)沼，以沼氣為燃料燃燒發(fā)電；焚燒法：直接以垃圾為燃料,焚燒垃圾發(fā)電。5.3.1、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

萌芽階段：1874年1885年英國(guó)諾丁漢和美國(guó)紐約先后建造了處理生活垃圾的焚燒爐。發(fā)展階段：從20世紀(jì)初到60年代末，歐洲、北美及日本都陸續(xù)建起了一些生活垃圾焚燒廠。成熟階段：從20世紀(jì)70年代初到90年代中期，幾乎所有的發(fā)達(dá)國(guó)家、中等發(fā)達(dá)國(guó)家都建設(shè)了不同規(guī)模、不同數(shù)量的垃圾焚燒廠。焚燒法發(fā)展歷程日本現(xiàn)有大小垃圾焚燒廠約1900座。2007年韓國(guó)全國(guó)43處大型生活廢棄物焚燒設(shè)施。垃圾焚燒設(shè)施所回收熱能的75.8%供給韓國(guó)地區(qū)供暖公司等企業(yè)，作為取暖和建筑設(shè)施、附屬設(shè)施的熱源等直接使用。其余熱能的24.2%轉(zhuǎn)換為電力后供給韓國(guó)電力公司，從這類(lèi)廢棄物回收再利用所產(chǎn)生的能源量，占韓國(guó)生產(chǎn)的可再生能源總量的76%。各國(guó)垃圾發(fā)電現(xiàn)狀瑞士、比利時(shí)、丹麥、法國(guó)、盧森堡、瑞典、新加坡等國(guó)焚燒垃圾的比例都接近或超過(guò)填埋處理。垃圾焚燒技術(shù)得到迅速發(fā)展應(yīng)用的原因，除了經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境保護(hù)觀念等因素外，首先是生活垃圾數(shù)量的快速增長(zhǎng)，使垃圾填埋場(chǎng)日趨飽和；其次是生活垃圾中可燃物、易燃物的含量大幅度增長(zhǎng)，為垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用提供了先決條件。1988年我國(guó)第1座垃圾電廠在深圳建成，引進(jìn)3臺(tái)150t/h的三菱重工馬丁式焚燒爐、3臺(tái)蒸發(fā)量為13t/h的雙鍋筒自然循環(huán)鍋爐,另配杭州汽輪機(jī)廠的4000kW汽輪發(fā)電機(jī)組。我國(guó)為建立垃圾電廠而從國(guó)外引進(jìn)的垃圾鍋爐基本上都是爐排爐，價(jià)格昂貴，而且在燃用低熱值、高水分垃圾時(shí)，為了保證鍋爐的正常燃燒，必須加入燃料油，運(yùn)行成本較高，經(jīng)濟(jì)效益差。我國(guó)垃圾發(fā)電概況發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的焚燒爐，實(shí)現(xiàn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，達(dá)到低污染和高效燃燒是目前許多科技人員正在研究開(kāi)發(fā)的課題。1998年浙江大學(xué)熱能研究所與杭州錦江集團(tuán)聯(lián)合開(kāi)發(fā)將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于余杭發(fā)電廠，把原有一35t/h鏈條爐改造成流化床焚燒爐，單爐日處理垃圾150~200t/d，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前中國(guó)已有28個(gè)省、市和自治區(qū)的大中小城市建成了垃圾發(fā)電廠。截止到2005年底，兩省垃圾發(fā)電廠裝機(jī)容量28.8萬(wàn)千瓦，占全國(guó)三分之二左右。浙江省投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的垃圾發(fā)電廠12家，總裝機(jī)容量11.6萬(wàn)千瓦，其中，垃圾焚燒發(fā)電廠11座，總裝機(jī)容量11.4萬(wàn)千瓦，垃圾填埋氣發(fā)電廠1家，裝機(jī)容量0.194萬(wàn)千瓦，垃圾發(fā)電占垃圾處理量的27%。浙江省垃圾發(fā)電廣東省建成的垃圾發(fā)電廠16座，總裝機(jī)容量約17.2萬(wàn)千瓦，其中，垃圾焚燒發(fā)電廠15座，總裝機(jī)容量11.6萬(wàn)千瓦，垃圾填埋氣發(fā)電廠1座，裝機(jī)容量0.2596萬(wàn)千瓦。2009年，深圳市能源環(huán)保有限公司投資興建的寶安二期垃圾發(fā)電廠，日處理能力可達(dá)4200噸，將成為國(guó)內(nèi)最大的垃圾焚燒發(fā)電廠。目前深圳市垃圾日產(chǎn)量為12074噸，已建成垃圾焚燒發(fā)電廠7座，設(shè)計(jì)垃圾焚燒總處理能力為4875噸/日。廣東省垃圾發(fā)電該廠與2009年5月正式啟動(dòng)發(fā)電，是湖北省首個(gè)垃圾發(fā)電廠。首期完成后，該項(xiàng)目裝機(jī)容量將達(dá)3兆瓦，目前每天處理垃圾2800噸，預(yù)計(jì)年發(fā)電量為2160萬(wàn)度，可供近萬(wàn)戶(hù)居民使用。陳家沖垃圾場(chǎng)不僅實(shí)現(xiàn)垃圾發(fā)電，更重要的是減少填埋氣向大氣中的排放，而填埋氣通過(guò)搜集碳排放量，可實(shí)現(xiàn)碳匯轉(zhuǎn)讓的收益。首期完成后的陳家沖垃圾場(chǎng)年均減排碳排放量13萬(wàn)噸，每年可帶來(lái)1000多萬(wàn)元的收益。陳家沖垃圾發(fā)電廠圖5.8武漢陳家沖垃圾發(fā)電廠有關(guān)專(zhuān)家預(yù)計(jì)，到2020年我國(guó)將新增垃圾發(fā)電裝機(jī)容量330萬(wàn)千瓦左右，按每千瓦4500元的設(shè)備造價(jià)計(jì)算，中國(guó)垃圾發(fā)電市場(chǎng)容量為149億元人民幣。許多民營(yíng)企業(yè)也十分看好垃圾發(fā)電行業(yè)。一、焚燒法垃圾發(fā)電一般垃圾的燃燒過(guò)程可分為干燥階段、焚燒階段、燃燼階段，如圖5.9所示。當(dāng)垃圾進(jìn)行焚燒時(shí),爐內(nèi)溫度一般為800-900℃，最高溫度可達(dá)1100℃,經(jīng)過(guò)焚燒使垃圾中的病原菌徹底被殺滅,從而達(dá)到無(wú)害化處理的目的。垃圾焚燒后,體積減少90%，重量減輕75%，明顯地減容減量