生物質(zhì)能源是以農(nóng)林等有機(jī)廢棄物及利用邊際土地種植的能源植物為主要原料進(jìn)行能源生產(chǎn)的一種新興能源。能源問(wèn)題是2l世紀(jì)人類面臨的嚴(yán)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(wèn)題成為世界各國(guó)共同面臨的難題，石化能源不僅，儲(chǔ)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(yán)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(wèn)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(huì)取代石化燃料。

生物質(zhì)燃料包括植物材料和動(dòng)物廢料等有機(jī)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(jī)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(guò)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(zhǎng)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(diǎn)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(guó)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?xì)?、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(lái)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(wú)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(diǎn)之四是較低的成本，在有國(guó)家對(duì)生物質(zhì)發(fā)電補(bǔ)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(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司旗下的國(guó)能生物發(fā)電有限公司，引進(jìn)丹麥先進(jìn)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(guó)生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目——國(guó)能單縣1×25MW生物質(zhì)發(fā)電工程，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)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(yùn)行8200多個(gè)小時(shí)，發(fā)電2.2億千瓦時(shí)，消耗農(nóng)林剩余物20多萬(wàn)噸，為農(nóng)民增加收入5000萬(wàn)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(zhǎng)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(cè)算，中國(guó)可開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)能資源總量近期約為5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，遠(yuǎn)期可達(dá)10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。生物質(zhì)燃料價(jià)格上漲的原因現(xiàn)在機(jī)耕，秸稈粉碎、勞務(wù)費(fèi)、柴油價(jià)格等都很高。即使按5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，生物質(zhì)發(fā)電可滿足中國(guó)能源消費(fèi)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(wàn)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(tái)2.5萬(wàn)千瓦生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組年生產(chǎn)達(dá)8000噸左右灰分。

在比利時(shí)，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(dá)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(guó)的技術(shù)不同，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。

　　美國(guó)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(jī)總?cè)萘窟_(dá)700MW，提供了大約6.6萬(wàn)個(gè)工作崗位，據(jù)有關(guān)科學(xué)家估計(jì)，到2010年，生物質(zhì)發(fā)電將達(dá)到13000MW裝機(jī)容量，可安排過(guò)17萬(wàn)就業(yè)人員。

　　美國(guó)的Battelle(63MW)和夏威夷(6MW)項(xiàng)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(jìn)水平，可生產(chǎn)中熱值氣體，系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖3。049元/(kW˙h)，約滿負(fù)荷運(yùn)行5500h計(jì)算可贏利404。該氣化設(shè)備于1998年完成安裝并投入運(yùn)行。除美國(guó)外，也有一些國(guó)家開(kāi)展了B-IGCC研究項(xiàng)目，如英國(guó)(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(gè)7~12MW生物質(zhì)氣化發(fā)電B-IGCC示范項(xiàng)目。

　　近年來(lái)MW級(jí)的中型BGPG系統(tǒng)也已研究開(kāi)發(fā)出來(lái)。1998年10月中科院廣州能源所完成1MW級(jí)的生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化-內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)(GIEC)，5臺(tái)200kW發(fā)電機(jī)組并聯(lián)工作，但受氣化效率與內(nèi)燃機(jī)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(jī)容量1.2MW。因此，生物質(zhì)氣化技術(shù)已成為我國(guó)能源及農(nóng)業(yè)研發(fā)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)容。十五期間，廣州能源所現(xiàn)在承擔(dān)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(jì)條件下運(yùn)行時(shí)，每年可處理約3萬(wàn)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(wàn)t。但該系統(tǒng)在進(jìn)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(jī)組功率較小的制約，已成為氣化發(fā)電技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展利用的瓶頸。這些實(shí)踐工作為研究進(jìn)一步大型化氣化發(fā)電系統(tǒng)打下基礎(chǔ)，此外也為實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)行提供了jia運(yùn)行參數(shù)。