新能源及工藝行條件,可以得到三種不同熱值的氣化產(chǎn)品氣:低流接著上升到還原層,將燃燒層生成的CO2還原熱值一-46MJ/m2(使 用空氣和蒸汽/空氣);中等成CO;氣化劑中的水蒸氣被分解,生成H2和CO。熱值12~ 18M]/m2(使用氧氣和蒸汽) ;高熱值這些氣體與氣化劑中未反應(yīng)部分一起繼續(xù)上升，-40MJ/m2(使用氫氣)。加熱上部的原料層,使原料層發(fā)生熱解,脫除揮發(fā)分,生成的焦炭落人還原層。生成的氣體繼續(xù)上1生 物質(zhì)氣化反應(yīng)爐升,將剛?cè)藸t的原料預(yù)熱、干燥后，進(jìn)入氣化爐上生物質(zhì)氣化按照使用的氣化爐類(lèi)型不同分為部,經(jīng)氣化爐氣體出口引出。固定床氣化和流化床氣化兩種。氣流床氣化對(duì)于9r生物質(zhì)人爐顆粒粒度要求細(xì)(一般要求小于0.4mm),對(duì)于生物質(zhì)而言,要滿(mǎn)足氣流床氣化的粒度要求還有許多技術(shù)經(jīng)濟(jì)難題需要解決。.1 生物質(zhì)固定床氣化爐固定床是--種傳統(tǒng)的氣化反應(yīng)爐,其運(yùn)行溫溫度分布去揮發(fā)分度在1000C左右。固定床氣化爐分為逆流式、并燃燒流式,如圖1、2所示。逆流式氣化爐是指氣化原料與氣化介質(zhì)在床中的流動(dòng)方向相反,而并流式氣化爐是指氣化原料與氣化介質(zhì)在床中的流動(dòng)方壓縮向相同。這兩種氣化爐按照氣化介質(zhì)的流動(dòng)方向1400 1000 600 200灰J不同又分別稱(chēng)為上吸式、下吸式氣化爐。下面對(duì)上圖2下吸式固定床生物質(zhì)氣化爐及其床內(nèi)溫度分布吸式固定床生物質(zhì)氣化爐的運(yùn)行工藝作簡(jiǎn)單介紹。1.2 流化床生物質(zhì)氣化爐流化床燃燒是一種先進(jìn)的燃燒技術(shù),應(yīng)用于生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒上已獲得了成功[3] ,但用于生物質(zhì)氣化仍是一個(gè)新課題。與固定床相比,流化床沒(méi)有爐柵,一個(gè)簡(jiǎn)單的流化床由燃燒室、布風(fēng)板組成，干燥日焦油及煙氣氣化劑通過(guò)布風(fēng)板進(jìn)人流化床反應(yīng)器中。按氣固流動(dòng)特性不同,將流化床分為鼓泡流化床和循環(huán)流化床，如圖3所示。鼓泡流化床氣化爐中氣流速度相對(duì)較低,幾乎沒(méi)有固體顆粒從流化床中逸出。而循環(huán)流化床氣化爐中流化速度相對(duì)較高，從流化床中攜帶出的顆粒在通過(guò)旋風(fēng)分離器收集后重新送人爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)。↑燃?xì)獬隹趫D1上吸式固定床生物質(zhì)氣化爐及其床內(nèi)溫度分布.燃?xì)獬隹谠谏衔焦潭ù矚饣癄t中,生物質(zhì)原料從氣化爐上部的加料裝置送人爐內(nèi)，整個(gè)料層由爐膛二次風(fēng)下部的爐柵支撐。氣化劑從爐底下部的送風(fēng)口進(jìn)人爐內(nèi),由爐柵縫隙均勻分布、并滲人料層底部區(qū)燃料域的灰渣層,氣化劑和灰渣進(jìn)行熱交換，氣化劑被T預(yù)熱，灰渣被冷卻。氣化劑隨后上升至燃燒層,在流化風(fēng)燃燒層,氣化劑和原料中的炭發(fā)生氧化反應(yīng),放出鼓泡流化床循環(huán)流化床大量的熱量,可使?fàn)t內(nèi)溫度達(dá)到1000C,這-部圖3兩種不同類(lèi) 型的流化床氣化爐分熱量可維持氣化爐內(nèi)的氣化反應(yīng)所需熱量。氣在生物質(zhì)氣化過(guò)程中,流化床首先通過(guò)外加- 34- ENERGY ENGINEERING 2004⑤」新能源及工藝熱達(dá)到運(yùn)行溫度,床料吸收并貯存熱量。鼓入氣固定床多,出爐燃?xì)鉁囟群痛矞鼗?致?；癄t的適量空氣經(jīng)布風(fēng)板均勻分布后將床料流1.3.3 能量利用和轉(zhuǎn)換化,床料的湍流流動(dòng)和混合使整個(gè)床保持--個(gè)恒固定床中由于床內(nèi)溫度不均勻,導(dǎo)致熱交換定的溫度。當(dāng)合適粒度的生物質(zhì)燃料經(jīng)供料裝置效果較流化床差,但固體在床中停留時(shí)間長(zhǎng),故碳加入到流化床中時(shí),與高溫床料迅速混合,在布風(fēng)轉(zhuǎn)換效率高,- -般達(dá)90% ~ 99%。流化床出爐燃板以上的一-定空間內(nèi)激烈翻滾,在常壓條件下迅氣中固體顆粒較多，造成不完全燃燒損失，碳轉(zhuǎn)換速完成干燥、熱解、燃燒及氣化反應(yīng)過(guò)程,使之在效率-般只有90%左右。兩者都具有較高熱效等溫條件下實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)化,從而生產(chǎn)出需要的率。燃?xì)?。通過(guò)控制運(yùn)行參數(shù)可使流化床床溫保持在1.3.4 環(huán)境效益結(jié)渣溫度以下,床層只要保持均勻流化就可使床固定床燃?xì)怙w灰含量低,而流化床燃?xì)怙w灰層保持等溫，這樣可避免局部燃燒高溫。流化床含量高。其原因是固定床中溫度可高于灰熔點(diǎn), .氣化爐良好的混合特性和較高的氣固反應(yīng)速率使從而使灰熔化成液態(tài),從爐底排出;而流化床中溫其非常適合于大型的工業(yè)供氣系統(tǒng)。因此，流化度低于灰熔點(diǎn)，飛灰被出氣帶出一部分。所以流床反應(yīng)爐是生物質(zhì)氣化轉(zhuǎn)化的- - 種較佳選擇,特化床對(duì)環(huán)境影響比固定床大,必須對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行除別是對(duì)于灰熔點(diǎn)較低的生物質(zhì)。塵凈化處理。1.3固定床氣化爐與流化床氣化爐性能比1.3.5 經(jīng)濟(jì)性較[4.5]在設(shè)計(jì)制造方面，由于流化床的結(jié)構(gòu)較固定固定床氣化爐與流化床氣化爐有著各自的優(yōu)床復(fù)雜,故投資高。在運(yùn)用方面,固定床對(duì)原料要缺點(diǎn)和一定的適用范圍。下面從以下五個(gè)方面對(duì)求較高，流化床對(duì)原料要求不高,故固定床運(yùn)行投流化床和固定床氣化爐的性能進(jìn)行比較。資高于流化床;固定床氣化爐內(nèi)溫度分布較寬,這1.3.1 技術(shù)性能可能產(chǎn)生床內(nèi)局部高溫而使灰熔聚，比容量低、啟從目前情況來(lái)看，固定床和流化床氣化爐的動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)以及大型化較困難;流化床具有氣化強(qiáng)設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間,一般都小于5000h。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)度大、綜合經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)。綜合考慮設(shè)計(jì)和運(yùn)單,堅(jiān)固耐用;后者結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,安裝后不易移動(dòng)，行過(guò)程，流化床對(duì)固定床具有更大的經(jīng)濟(jì)性,應(yīng)該但占地較小,容量一般較固定床的容量大。啟動(dòng)成為我國(guó)今后生物質(zhì)氣化研究的主要方向。時(shí),固定床加熱比較緩慢,需較長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到反應(yīng)溫2生物 質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[6-9]度;流化床加熱迅速,可頻繁起停。運(yùn)行過(guò)程中,固定床床內(nèi)溫度不均勻，固體在2.1生物質(zhì)氣化發(fā) 電技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展及現(xiàn)狀床內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng),而氣體停留時(shí)間較短,壓力降生物質(zhì)氣化及發(fā)電技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已受到廣較低;流化床床溫均勻,氣固接觸混合良好,氣固泛重視，如奧地利、丹麥、芬蘭、法國(guó)、挪威、瑞典和停留時(shí)間都較短,床內(nèi)壓力降較高。固定床的運(yùn)美國(guó)等國(guó)家生物質(zhì)能在總能源消耗中所占的比例行負(fù)荷可在設(shè)計(jì)負(fù)荷的20%~110%之間變動(dòng)，增加相當(dāng)迅速。奧地利成功地推行了建立燃燒木而流化床由于受氣流速度必須滿(mǎn)足流化條件所材剩余物的區(qū)域供電站的計(jì)劃,生物質(zhì)能在總能限，只能在設(shè)計(jì)負(fù)荷的50% ~ 120%之間變化。耗中的比例由原來(lái)的3%增到目前的25%,已擁，1.3.2 使用的原料有裝機(jī)容量為1- 2MWe的區(qū)域供熱站90座。瑞流化床對(duì)原料的要求較固定床低。固定床必典和丹麥正在實(shí)施利用生物質(zhì)進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)的計(jì)須使用特定種類(lèi),形狀、尺寸盡可能一-致的原料;劃,使生物質(zhì)能在轉(zhuǎn)換為高品位電能的同時(shí)滿(mǎn)足流化床使用的原料的種類(lèi)、進(jìn)料形狀、顆粒尺寸可供熱的需求,以大大提高其轉(zhuǎn)換效率。一些發(fā)展不一致。前者顆粒尺寸較大,后者顆粒尺寸較小。中國(guó)家,隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展也逐步重視生物質(zhì)的開(kāi)發(fā)固定床氣化的主要產(chǎn)物是低熱值煤氣,含有利用，增加生物質(zhì)能的生產(chǎn),擴(kuò)大其應(yīng)用范圍,提少量焦油、油脂、苯、氨等物質(zhì)，需經(jīng)過(guò)分離、凈化高其利用效率。菲律賓、馬來(lái)西亞以及非洲的一處理。流化床產(chǎn)生的氣體中焦油和氨的含量較些國(guó)家，都先后開(kāi)展了生物質(zhì)能的氣化、成型固低,氣體成分、熱值穩(wěn)定,出爐燃?xì)庵泄腆w顆粒較化、熱解等技術(shù)的研究開(kāi)發(fā),并形成了工業(yè)化生2004⑤能源工程- 35 -新能源及工藝產(chǎn)。示范項(xiàng)目為例，發(fā)電效率約為31.7% ,但建設(shè)成生物質(zhì)氣化的發(fā)電技術(shù)有以下三種方法:帶本高達(dá)25000元/kW ,發(fā)電成本約1.2元/kWh,實(shí)有氣體透平的生物質(zhì)加壓氣化帶有透平或者是用性很差。近年歐美開(kāi)展了其它技術(shù)路線(xiàn)的研引擎的常壓生物質(zhì)氣化.帶有Rankine循環(huán)的傳究，如比利時(shí)(2.5MW)和奧地利(6MW)開(kāi)展的生統(tǒng)生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)。傳統(tǒng)的生物質(zhì)氣化聯(lián)合發(fā)電物質(zhì)氣化與外燃式燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù),美國(guó)的史技術(shù)( BICCC)包括生物質(zhì)氣化、氣體凈化、燃?xì)廨喬亓盅h(huán)發(fā)電等，但這些技術(shù)仍未成熟，成本較機(jī)發(fā)電及蒸汽輪機(jī)發(fā)電。由于生物質(zhì)燃?xì)鉄嶂档透摺?約5.02MJ/m2),爐子出口氣體溫度較高(800C美國(guó)在利用生物質(zhì)能發(fā)電方面處于世界領(lǐng)先以上),要使BICCC達(dá)到較高效率,須具備兩個(gè)條地位。美國(guó)建立的Bttelle生物質(zhì)氣化發(fā)電示范件:- -是燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前不能降溫,二是燃工程代表生物質(zhì)能利用的世界先進(jìn)水平,可生產(chǎn)氣必須是高壓的。這就要求系統(tǒng)必須采用生物質(zhì)中熱值氣體。這種大型生物質(zhì)氣化循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)高壓氣化和燃?xì)飧邷貎艋瘍煞N技術(shù)才能使BIGCC包括原料預(yù)處理、循環(huán)流化床氣化、催化裂解凈的總體效率較高(40%)。目前歐美一些國(guó)家正開(kāi)化、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、蒸汽輪機(jī)發(fā)電等設(shè)備,適合于展這方面研究,如美國(guó)的Bttelle (63MWe)和夏威，大規(guī)模處理農(nóng)林廢物。 此工藝使用兩個(gè)獨(dú)立的反夷(6MWe)項(xiàng)目、英國(guó)(8MWe)、瑞典(加壓生物質(zhì)應(yīng)器:①氣化反應(yīng)器,在其中生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成中熱值氣化發(fā)電4MWe)、芬蘭(6MWe)以及歐盟建設(shè)3個(gè)氣體 和殘?zhí)?②燃燒反應(yīng)器,燃燒殘?zhí)坎闅饣?~ 12MWe生物質(zhì)氣化發(fā)電ICCC示范項(xiàng)目,其中應(yīng)供熱。兩個(gè)反應(yīng)器之間的熱交換載體由氣化爐-個(gè)是加壓氣化,兩個(gè)是常壓氣化。但由于焦油和燃燒室之間的循環(huán)沙粒完成。圖4的工藝流程處理技術(shù)與燃?xì)廨啓C(jī)改造技術(shù)難度大，這些問(wèn)題圖表明了兩個(gè)反應(yīng)器以及它們?cè)谡麄€(gè)氣化工藝中限制了其應(yīng)用推廣。以意大利12MW的BIGCC的配合情況?！麡菬峄厝丈镔|(zhì)原料圖干燥器氣化產(chǎn)品氣料斗燃燒器Um供料熱具體與焦發(fā)廢水↑燕汽←品熱回←團(tuán)4 Btelle 生物質(zhì)氣化工藝流程圖這種Bttelle工藝與傳統(tǒng)的氣化工藝不同,不除了將生物質(zhì)氣化用于發(fā)電之外，歐盟進(jìn)而需要制氧裝置,它充分利用了生物質(zhì)原料固有的開(kāi)展了生物質(zhì)氣化合成甲醇、氨的研究工作。高反應(yīng)特性。生物質(zhì)的氣化強(qiáng)度超過(guò)146th. m2,1998年,歐盟建立了四個(gè)規(guī)模在4.8~ 12.1t/d之而其他氣化系統(tǒng)的氣化強(qiáng)度通常小于1I/h. m'。間不等的生物質(zhì)氣化合成甲醇的示范工廠。其生Batelle氣化工藝的商業(yè)規(guī)模示范建在弗蒙特州物質(zhì)氣化裝置均為流化床氣化爐,使用氧氣或者的柏林頓McNeil電站,該項(xiàng)目的-期工程,用Bat-水蒸氣作氣化劑,產(chǎn)出中熱值燃?xì)?。在濾出焦油telle技術(shù)建造日產(chǎn)200t燃料氣的氣化爐，在初始和雜質(zhì)、脫除CO2、N2、CH4以及其他碳?xì)浠衔镫A段生產(chǎn)的生物質(zhì)氣用于現(xiàn)有的McNeil電站鍋之后,在一-定壓力下，使CO和H20反應(yīng)生成H2,爐。二期工程安裝1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)來(lái)接受從氣化爐再將co和H2以1:2的比例混合導(dǎo)人合成塔,加.來(lái)的高溫生物質(zhì)氣，組成聯(lián)合循環(huán)。該氣化設(shè)備人催化劑，合成甲醇。德國(guó)已廣泛使用含1%~于1998 年完成安裝并投入運(yùn)行。3%甲醇的混合汽油,內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)無(wú)須進(jìn)行較大改- 36 - ENERCY ENGINEERING 2004⑤.新能源及工藝動(dòng),其輸出功率近似于燃用純汽油的內(nèi)燃機(jī)的輸很大困難。利用現(xiàn)有技術(shù),研究開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)上可行、出功率。目前,生物質(zhì)氣化合成甲醇的技術(shù)已經(jīng)效率較高的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)是發(fā)展我國(guó)今后成熟,只是其產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性還不能與石油、煤化工能否有效利用生物質(zhì)的關(guān)鍵。相競(jìng)爭(zhēng)。芬蘭的- -家化肥廠在世界上首次采用木3結(jié)論屑?xì)饣a(chǎn)出的燃?xì)夂铣砂比〉贸晒Α?.2生物質(zhì)氣化發(fā) 電技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展與現(xiàn)狀本文從以下幾點(diǎn)對(duì)生物質(zhì)氣化技術(shù)及其發(fā)展我國(guó)對(duì)生物質(zhì)氣化技術(shù)的深入研究始于上世現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。紀(jì)80年代。經(jīng)過(guò)20多年的努力,我國(guó)生物質(zhì)氣(1)生物質(zhì)氣化技術(shù)是一項(xiàng)較新的技術(shù),其化技術(shù)日趨完善。但與發(fā)達(dá)國(guó)家生物質(zhì)氣化技術(shù)技術(shù)目前還不很成熟,還有許多方面需要完善;相比,國(guó)內(nèi)生物質(zhì)氣化裝置基本上是以空氣為氣(2)對(duì)固定床、流化床兩種常用的生物質(zhì)氣化劑的常壓固定床氣化技術(shù),如河北的ND系列、化爐進(jìn)行了介紹，并對(duì)兩種氣化爐的各自特性及山東的XFL系列、廣州的GSQ系列和云南QL系其性能進(jìn)行了分析,認(rèn)為流化床生物質(zhì)氣化爐比列。這些固定床氣化爐應(yīng)用在不同場(chǎng)合取得了一固定床生物質(zhì)氣化具有更大的經(jīng)濟(jì)性,應(yīng)該成為定的社會(huì)、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益。其技術(shù)上的存在問(wèn)我國(guó)今后生物質(zhì)氣化研究的主要方向;題主要是:燃?xì)赓|(zhì)量不穩(wěn)定且燃?xì)鉄嶂档?C0含(3)對(duì)生物質(zhì)氣化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀量過(guò)多,不符合城市居民使用燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn);燃?xì)鈨艋M(jìn)行了綜述。與歐美國(guó)家相比，目前我國(guó)生物質(zhì)及焦油的處理技術(shù)落后;整套裝置的可靠性差、使氣化還是以中小規(guī)模、固定床、低熱值氣化為主,利用壽命短;氣化系統(tǒng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與施工規(guī)范尚未建用現(xiàn)有技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)上可行、效率較高的系立,難以實(shí)現(xiàn)氣化技術(shù)的工程化。上述因素制約統(tǒng),是目前發(fā)展我國(guó)生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的一一個(gè)主了生物質(zhì)氣化技術(shù)在我國(guó)的商業(yè)化推廣。要課題,也是我國(guó)能否有效利用生物質(zhì)的關(guān)鍵。上世紀(jì)60年代,我國(guó)就開(kāi)始了生物質(zhì)氣化發(fā)參考文獻(xiàn):電的研究,研制出樣機(jī)并進(jìn)行了初步推廣,后因經(jīng)濟(jì)條件限制和收益不高等原因停止了這方面地研1] Gahly M, PiskorzJ, et al. The Hydro gasification of wood究工作。近年來(lái),隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展和人民生[J]. Ind Eng Chem Res, 1988, 27: 256 - 264.活水平的提高，--些缺電、少電地方迫切需要電2] Ergudenler E, Ghaly A E. Quality of gas produced fromwheat straw in a Dual- dstibutor type Fluidized Bed Gasi-能;其次是環(huán)境問(wèn)題,丟棄或焚燒農(nóng)業(yè)廢棄物將造fier[J]. Biomass & Bioenergy, 1992. 3(2): 419- 430.成環(huán)境污染,生物質(zhì)氣化發(fā)電可以有效的利用農(nóng)3] Salour D, et al. Control of in-bed agglomeration by fuel業(yè)廢棄物。所以,以農(nóng)業(yè)廢棄物為原料的生物質(zhì)blending in a pilot scale straw and wood felldl AFBC[J].氣化發(fā)電逐漸得到人們的重視。Bionmass and Bioenergy, 1993,4(2): 117- 123.我國(guó)“九五”期間進(jìn)行了1MWe 的生物質(zhì)氣[4] T B Reed. Biomass gasification principle and technology化發(fā)電系統(tǒng)研究,旨在開(kāi)發(fā)適合中國(guó)國(guó)情的中型[M]. Published in the United States, 1981.生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)。1MWe 的生物質(zhì)氣化發(fā)電[5] Peter McKendry. Energy production from biomass (part系統(tǒng)已于1998年10月建成,采用-爐多機(jī)的形2): Conversion technologie[J]. Bioresource Technology,式,即5臺(tái)200kWe發(fā)電機(jī)組并聯(lián)工作,2000年72002,83:47- 54.月通過(guò)中科院鑒定。由于受氣化效率與內(nèi)燃機(jī)效6] AA C M Beenackers. Solar Energy R&D in the EuropeanCommumity Series E Advanced gaification[ M]. Pubished率的限制,簡(jiǎn)單的氣化-內(nèi)燃機(jī)發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)效by D. Reidel publishing Company, 1986.率低于18% ,單位電量的生物質(zhì)消耗量- -般大于[ 7] Ayhan Demirbas. Biomass resource facilities and biomass1.2kg/kWh。以中科院廣州能源所為主承擔(dān)的conversion process for fuel and chermical[J]. Energy Con-“十五”863項(xiàng)目一4MWe 的生物質(zhì)氣化發(fā)電裝version and Management, 2001 ,(42): 1357- 1378.置正處于研究開(kāi)發(fā)之中。[8]編寫(xiě)組. 中國(guó)生物質(zhì)能技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)[M].北京:目前,我國(guó)的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的最大裝機(jī)容中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 1992.量與國(guó)外相比,還有很大差距。在現(xiàn)有條件下研[9] 吳創(chuàng)之,等.農(nóng)業(yè)生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)應(yīng)用分析[J].究開(kāi)發(fā)與國(guó)外相同技術(shù)路線(xiàn)的BIGCC系統(tǒng),存在新能源，1995,17(5):5-11.2004⑤能源工程-37 -