生物質(zhì)能源是以農(nóng)林等有機廢棄物及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進行能源生產(chǎn)的一種新興能源。能源問題是2l世紀人類面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一。生物質(zhì)氣化技術(shù)原理及應(yīng)用分析【摘要】生物質(zhì)能是一種理想的可再生能源。能源問題成為世界各國共同面臨的難題，石化能源不僅，儲量有限，且燃燒后釋放出大量的二氧化碳、氮、硫的氧化物及其他一些有害氣體。嚴重污染了環(huán)境，導(dǎo)致溫室效應(yīng)、全球氣候變暖、生物物種多樣性降低、荒漠化等諸多生態(tài)問題。在2010~2020年，全球的能源使用模式可能快速轉(zhuǎn)變，再生能源定會取代石化燃料。

生物質(zhì)燃料包括植物材料和動物廢料等有機物質(zhì)在內(nèi)的燃料，是人類使用的古老燃料的新名稱。既可以解決可再生能源的有效利用，又可以解決各種有機廢棄物的環(huán)境污染。生物質(zhì)燃料多為莖狀農(nóng)作物經(jīng)過加工產(chǎn)生的塊裝環(huán)保新能源，其直徑一般為6~8毫米，長度為其直徑的4~5倍，破碎率小于1.5%~2.0%，干基含水量小于10%~15%，灰分含量小于1.5%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%。

按照生物質(zhì)的特點及轉(zhuǎn)化方式可分為固體、液體、氣體3種生物質(zhì)燃料。我國生物質(zhì)能源的利用包括畜禽糞便發(fā)展沼氣、農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)燃氣、糧食作物轉(zhuǎn)化能源作物以及油料作物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)柴油這四大類。不同的燃料產(chǎn)生不同的熱值。

秸稈發(fā)電的主要燃料，來源于小麥秸稈、玉米秸稈、稻草稻殼、棉花秸稈、林業(yè)間伐及加工剩余物等農(nóng)林廢棄物。秸稈發(fā)電變農(nóng)民在田間無序焚燒，為集中燃燒并發(fā)電、造肥，節(jié)省了大量煤炭資源，并增加農(nóng)民收入。優(yōu)點之四是較低的成本，在有國家對生物質(zhì)發(fā)電補貼的情況下，生物質(zhì)發(fā)電的投資回收得到較好的保證。中國國家電網(wǎng)公司旗下的國能生物發(fā)電有限公司，引進丹麥先進的生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)，于2006年12月1日建成投產(chǎn)了中國生物質(zhì)直燃發(fā)電項目——國能單縣1×25MW生物質(zhì)發(fā)電工程，實現(xiàn)了中國大容量生物質(zhì)直燃發(fā)電零的突破。該電廠2007年全年穩(wěn)定運行8200多個小時，發(fā)電2.2億千瓦時，消耗農(nóng)林剩余物20多萬噸，為農(nóng)民增加收入5000萬元以上。農(nóng)民生活用能，秸稈燃燒效率僅約為15%，而直燃發(fā)電鍋爐可將熱效率提高到90%以上。

秸稈作為一種可再生能源，在生長和燃燒中不增加大氣中二氧化碳量，不但可以替代部分化石燃料，而且還能減少溫室氣體排放量。據(jù)測算，中國可開發(fā)的生物質(zhì)能資源總量近期約為5億噸標準煤，遠期可達10億噸標準煤。生物質(zhì)燃料價格上漲的原因現(xiàn)在機耕，秸稈粉碎、勞務(wù)費、柴油價格等都很高。即使按5億噸標準煤計算，生物質(zhì)發(fā)電可滿足中國能源消費量的20%以上的電力，年可減少排放二氧化碳近3.5億噸，、氮氧化物、減排量近2500萬噸。除此之外，秸稈燃燒產(chǎn)生的灰分還可作為鉀還田使用，一臺2.5萬千瓦生物質(zhì)發(fā)電機組年生產(chǎn)達8000噸左右灰分。

在比利時，有100年的歷史的布羅賽爾溫克能源技術(shù)公司是生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)專用鍋爐的生產(chǎn)企業(yè)，是早采用生物質(zhì)為燃料的鍋爐制造公司之一，如今已發(fā)展出適應(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。由中科院廣州能源研究所研發(fā)的“4MW生物質(zhì)氣化聯(lián)介循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)”以谷殼、木屑、稻草等多種生物質(zhì)廢棄物為原料，發(fā)電效率可達20%～28%，能滿足農(nóng)村處理農(nóng)業(yè)廢棄物的需要。與芬蘭、丹麥等國的技術(shù)不同，該公司的產(chǎn)品采用的是傾斜式液壓移動式爐排，其熱效率可達85%，比較適用于20MW以下的生物質(zhì)發(fā)電。

　　美國在利用生物質(zhì)能發(fā)電方面處于世界領(lǐng)xian地位，各類生物質(zhì)發(fā)電站有350多座，發(fā)電裝機總?cè)萘窟_700MW，提供了大約6.6萬個工作崗位，據(jù)有關(guān)科學(xué)家估計，到2010年，生物質(zhì)發(fā)電將達到13000MW裝機容量，可安排過17萬就業(yè)人員。

　　美國的Battelle(63MW)和夏威夷(6MW)項目B-IGCC(整體氣化聯(lián)合循環(huán))氣化發(fā)電示范工程代表生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的世界先進水平，可生產(chǎn)中熱值氣體，系統(tǒng)示意圖見圖3。049元/(kW˙h)，約滿負荷運行5500h計算可贏利404。該氣化設(shè)備于1998年完成安裝并投入運行。除美國外，也有一些國家開展了B-IGCC研究項目，如英國(8MW)、瑞典(加壓生物質(zhì)氣化發(fā)電4MW)、芬蘭(6MW)以及歐盟的3個7~12MW生物質(zhì)氣化發(fā)電B-IGCC示范項目。

　　近年來MW級的中型BGPG系統(tǒng)也已研究開發(fā)出來。1998年10月中科院廣州能源所完成1MW級的生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化-內(nèi)燃機發(fā)電系統(tǒng)(GIEC)，5臺200kW發(fā)電機組并聯(lián)工作，但受氣化效率與內(nèi)燃機效率的限制，效率低于18%，單位電量的生物質(zhì)消耗量一般大于112kg/(kWh)，在此基礎(chǔ)上2000年在海南三亞建成第二套中型氣化發(fā)電系統(tǒng)，裝機容量1.2MW。因此，生物質(zhì)氣化技術(shù)已成為我國能源及農(nóng)業(yè)研發(fā)領(lǐng)域的一個熱點內(nèi)容。十五期間，廣州能源所現(xiàn)在承擔的4MW生物質(zhì)氣化氣蒸汽整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范工程取得了較好的結(jié)果，設(shè)計條件下運行時，每年可處理約3萬多t秸稈、稻殼、木屑等生物質(zhì)廢料，作為直接的效果之一，每年可減少CO2的排放約3萬t。但該系統(tǒng)在進一步向高品質(zhì)、易于傳輸?shù)碾娔苻D(zhuǎn)換方面，受到了該類氣體發(fā)電機組功率較小的制約，已成為氣化發(fā)電技術(shù)進一步發(fā)展利用的瓶頸。這些實踐工作為研究進一步大型化氣化發(fā)電系統(tǒng)打下基礎(chǔ)，此外也為實際生產(chǎn)和運行提供了jia運行參數(shù)。