[科普中国]-生物质整体气化联合循环发电

简介

我国目前应用的生物质气化发电系统主要是中国科学院广州能源研究所开发的流化床气化炉和内燃机结合的气化发电系统。该系统采用内燃机系统，降低了对燃气杂质的要求和系统成本。该系统适合发展分散独立的生物质能源利用系统。随着我国能源供需形势的发展，人们对生物质发电规模及系统效率提出了更高的要求，发展生物质整体气化联合循环发电系统，尤其是增压流化床气化联合发电系统的必要性越来越明显。" 生物质整体气化联合循环发电系统介绍生物质整体气化联合循环发电系统主要包括生物质原料处理系统、加料系统、流化床气化炉、燃气净化系统、燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉等部分2。

原料的预处理原料的预处理包括干燥和粉碎2 个过程。进料系统通常使用密闭的螺旋进料器，增压流化床气化炉的进料系统还包括带有密闭阀的上、下料斗。气化炉是BRGCC 系统的关键部分，目前应用的主要是循环流化床气化炉。循环流化床气化炉原料适应性强，炉内运行温度通常为850-1050℃。产气成分稳定。根据炉内运行压力，气化炉可分为常压气化炉和增压气化炉。常压气化炉技术成熟，运行稳定性和操作性良好，目前商业运行的电厂大都采用常压气化炉。增压流化床气化炉的进料、进气装置和出灰装置较复杂，但炉内气化反应在加压条件下进行，强化了燃烧和传热反应，有效地提高了系统效率；同时可以减小设备体积，便于制造安装，是今后发展的主要方向。

燃气净化系统包括常温湿法净化和高温干法净化系统% 大类。常温湿法净化系统的一般流程：燃气经过旋风分离器和布袋除尘后，在水洗塔内彻底清除焦油和其它污染物。高温干法净化系统的一般流程：经过两级旋风分离器除尘后，在高温管式过滤器中除去细尘和焦油（不包括苯和轻焦油）。高温干法净化可以有效利用燃气显热，减少水分含量，有利于提高燃气轮机的效率和燃烧的稳定性3。

气化炉向燃气轮机燃烧室提供的燃气为低热值燃气，由于低热值燃气燃烧性能差，不易稳定燃烧，所以必须对燃烧室和燃烧器进行改造。目前主要采用单个大管径的圆筒型燃烧室或多个小管径或环管型燃烧室。另外，由于低热值燃气的质量流率增大（相对于天然气），所以压气机和燃气轮机的匹配需要进行调整，通常缩小压气机或放大燃气轮机尺寸，也可改变燃气轮机第一级静叶安装角，增大流通面积，同时减小压气机进口导叶，减少压气机空气流率。

英国ARBRE BRGCC电厂英国ARBRE BRGCC电厂于1999年建成，发电容量为8mw，系统整体电效率为31%。电厂所用原料来自电厂周围种植的柳树和白杨树，气化炉和催化裂解炉的灰渣及处理污水所得的污泥用作树木的有机肥料1。电厂采用2台TPF 常压CFB炉，一台作为气化炉，操作温度为850-900℃，另一台加入催化剂作为催化裂解炉。燃气通过冷却器换热后，经过布袋除尘和水洗，除去焦油和其它污染物。净化后的燃气压缩至2MPa 后进入燃气轮机发电。整体系统与意大利TEF示范电厂大致相同。美国MCNERL BRGCC电厂美国MCNERL BRGCC生物质发电站位于Burlington Vermont1998年由美国能源部、FERCO 公司、合作建成，气化炉的处理行经验。在运行中出现了冷却器的沉灰和结垢等现象，试验表明，使用MgO作床料和采用底灰再循环方式可以有效解决这些问题。系统采用陶瓷管式过滤器，在运行1200h左右后发生机械应力破碎，在1998年改用金属管式过滤器，正常运行达2500h，可以有效地过滤飞灰和重焦油。通过对燃气轮机的燃烧室、燃烧器和空气压缩机进行改造，使低热值产气能稳定燃烧，燃气轮机能在40%-100%的电厂负荷下稳定运行，但低负荷运行时排放量较大。

我国发展 BRGCC 系统技术可行性和关键问题随着我国能源需求量的增加，生物质利用规模的增大，发展BRGCC 系统的必要性越来越明显。我国现有生物质整体气化联合循环发电系统示范电厂的系统效率都在30%-32%，通过增压气化减少烟气压缩能耗，保持高温烟气过滤，提高燃气轮机入口温度，可以有效地提高系统效率3。

我国发展BRGCC 系统，应重点关注以下几个方面的研究和开发。开发大容量、高效率的增压流化床气化炉。气化炉是BRGCC 系统的关键设备，增压流化床气化炉内的加压环境强化了燃烧和传热反应，同时可以减小设备体积，便于制造安装，大大减少基建费用和运输费用。

进一步研究高温干法净化系统。高温干法净化可以有效地利用燃气显热，减少燃气中水分含量，提高燃气轮机的效率和燃烧的稳定性，但需要提高其利用率，降低投资和运行成本。开发低热值燃气专用的燃气轮机机组。设计低热值燃气专用的燃烧室和燃烧器，以保证燃气的稳定燃烧。调整压气机和燃气轮机的匹配，同时要加强燃气轮机对于燃气品质的适应性。

总结生物质整体气化联合循环发电系统通过采用两级燃烧方式，利用2种工质来提高整个系统的效率。发展BRGCC 系统的关键技术是开发大容量、高效率的增压流化床气化炉和高温烟气净化系统，提高燃气轮机入口烟气温度，降低系统能耗；另外要开发低热值燃气专用的燃气轮机，保证低热值燃气的稳定燃烧，提高燃气轮机对燃气品质的适应性1。