生物质能发电

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生物质能发电

文发 20130208080006

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摘 要:

在不可再生能源濒临枯竭，环境污染日益加剧的今天，生物质能源替代化石能源利用的研究和开发，已成为国内外学者研究和关注的热点。本文介绍了生物质能的主要转化利用技术。

关键词: 生物质能; 利用方式; 燃烧; 气化; 发电

生物质是指一切有生命的可以生长的有机物质及其关联物质,包括植物、微生物、动物及其排泄物以及人类活动过程中产生的废弃物。生物质是载能体,其本身具有一定的能量。生物质中可以被人们利用的部分称之为生物质资源。生物质能既不同于常规的矿物能源,又有别于其他新能源,兼有两者的特点和优势,是人类最主要的可再生能源之一。生物质能被认为是第四大能源资源，它提供14%的世界能源需求，而在发展中国家生物质能更占到总能耗的 35%。即便如此，现在生物质利用总量仍然不到其生产总量 1%。而生物质能的主要利用方式乃是炉灶式的直接燃烧，其热效率很低，而且对环境污染严重。由此可见生物质能的开发利用前景十分广阔。因此，世界各国都在发展生物质能的高效、低污染的利用技术。

生物质发电技术主要包括农林废物发电、垃圾发电和沼气发电等。生物质如秸秆、薪柴、谷壳等是我国广大农村的主要生活燃料。随着农村城乡经济的发展,合理地利用生物质能,为农村地区提供生活和生产用电,成为现代化农村发展的需要;另外,广大农村面临严峻的经济增长和环保的双重压力,有效处理大量生物质和日益增加的垃圾产生量,十分紧迫[1]。

图1 生物质能利用技术类别

1 农林废物发电现状

根据燃料利用方式的不同可将农林废物发电分为燃烧发电和气化发电。

1.1 燃烧发电

生物质的燃烧可分为三个阶段，即预热起燃阶段、挥发分燃烧阶段和炭燃烧阶段[2]。燃烧发电的过程是：在生物质燃烧之前，经过预处理过程。这个过程包括：分选、混合、成型、干燥。经过预处理的生物质与过量空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气和锅炉的热交换部换热，产生出的高温高压蒸汽在汽轮机和发电机中发出电能。通常，在凝汽式循环中只发电，而在抽汽或背压式循环中可以实现热电联产。燃烧生物质电站中，除了凝汽和热电联供应用方式存在不同之外，使用的蒸汽轮机和发电机没有大的差别。生物质燃烧发电的关键技术设备是燃烧锅炉，锅炉的种类一般有：堆状燃烧炉、给料式燃烧锅炉、悬浮燃烧锅炉和流化床燃烧锅炉。

图2 生物质燃烧发电流程

1.2 气化发电

农林废物气化是在高温条件下,利用部分氧化法,使有机物转化成可燃气体的热化学过程。根据发电设备的不同可分为燃气轮机发电、内燃机发电、整体气化联合循环及整体气化热

空气循环[3]。内燃机和燃气轮机发电系统是目前使用最多的系统,但是生物质燃气属于低热值燃气,燃烧温度等因素使得发电效率较低,有效地提高发电效率是生物质气化发电的主要问题。农林废物整体气化联合循环发电可以大大提高发电的效率,其原理是在使用燃气轮机发电基础上,增加余热锅炉和过热器产生蒸汽,再利用蒸汽循环进行发电,可有效地提高发电效率。典型的工艺流程如图3所示。虽然整体气化循环联合发电有相当大的潜力[4],但是由于受到生物质燃气中的焦油处理技术和燃气轮

机的改造等问题制约,目前各国的电站多数还

都是示范阶段。

图2生物质整体气化联合循环工艺

2沼气发电现状和工艺

在严格厌氧条件下，微生物能把有机物经过几个阶段的变化，最终转化成沼气。沼气主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，其次是氧气(O2)和一氧化碳(CO)，热值通常为18 828~23 012J，除供民众炊事用能外，也是转化电能的良好原料[5]。沼气发电是利用厌氧发酵技术，将屠宰厂或其它有机废水以及养殖场的畜禽粪便进行发酵，生产沼气，供给内燃机或燃气轮机，带动发电机发电，也有的供给蒸汽锅炉产生蒸汽，带动蒸汽轮机发电。沼气属于生物质能，是一种可回收利用的清洁能源。它具有较高的热值，抗爆性能较好、燃烧清洁，可利用来进行取暖、炊事、照明、发电等。沼气发电技术主要应用在禽畜厂沼气、工业废水处理沼气以及垃圾填埋场沼气。推广应用沼气发电有利于保护生态环境，减少温室气体的排放；是增加农民收入的重要保障；可改善农民生产生活条件，带来巨大的社会效益、生态效益、经济效益[6]。表1列出了可应用的气体转化的经验数值，可为沼气发酵工程参考。

表1 人畜粪便及有机废水产沼气潜力

畜禽粪、工业废水与生活垃圾转化沼气的工艺流程如图3所示。从中看到畜禽粪、污水、生活垃圾经沼气生成后仍有肥料可用于农田灌溉或蔬菜、瓜果的种植。有一举多得的好处

[7]。厌氧发酵后产生的沼液可作优质农肥。沼

气热值高,可民用也可转化电能使用。图4沼气发电系统工艺流程。

图3 沼气生成

图4沼气发电系统工艺流程

3 问题

总体看来，我国在生物质能的利用方面存在两大问题：

(1)生物质能转换规模小,资源利用率低。

究其原因,人们对再生清洁能资源利用还缺乏足够的认识和研究,缺乏高效利用再生资源的技术。

(2)尽管我国在生物质能转换技术与利用

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方面取得一定进展,但与国外相比,质能转换系统和装置的综合经济性还存在较大差距,缺少先进技术与高效率的装备[8]。比如德国燃用沼气容量为191~1 696 kW的发电装置,其发电效率在38%~41%间;而我国正在开发的联合循环装置的效率约30%。在特种锅炉的蒸汽参数方面,国内现用的蒸汽压力、温度等级偏低。显然,国内选配的生物质能小容量发电设备的基准收益率无法达到8%的水平。

4措施

4.1生物质能源的开发

生物质能发电在可再生能源发电中电能质量好、可靠性高,比小水电、风电和太阳能发电等间歇性发电要好得多,现阶段生物质能发电技术的研究开发主要是从生态环境、环境保护的角度出发,从中长期来看,将要弥补资源有限性的不足目前发展阶段,需要国家的政策扶持和财力支撑。应制订相关政策,鼓励和支持,企业投资生物质能源开发项目[9]。

4.2农林废弃物的开发利用

基于循环经济理念,结合我国生物质分散和消耗特点,使农村能源结构由传统生物质能利用为主向现代化方向转化,生物质能发电是这种转化的重要途径。我们提出建立综合考虑农林废物处理和能梯级利用的新型生物质发电系统,在改善能源结构、推动可再生能源发展和实现能源供应的多元化发展方面将起到越来越重要的作用。

4.3促进对外交流促进我国生物质能的发展

加强生物质的国际交流合作,引进国外先进成熟的生物质发电技术和设备,加快我国生物质能发电的步伐,建立符合中国国情的生物质能发电利用结构体系。

5 结语

(1)生物质能的充分利用,有利于废弃

物的“化废为宝”,减少环境污染,

有利于生产的持续发展。因此,搞

好生物质的现代化利用,是“一举

多得”之举，值得提倡与推广。

(2)再生能源促进法的建立和实施,有

利于再生能源的开发与利用。(3)生物质能是再生能源的重要组成

部分,因地制宜开发生物质能的同

时,应充分利用好太阳能和风能,以

多能互补的途径,搞好新能源建设

是可取的。

6 参考文献

【1】王庆一。中国能源现状与前景[J]。中国煤

炭，2005(2)：22- 27。

【2】吴创之，马隆龙。生物质能现代化利用技

术用[M]。北京：化学工业出版社，2005。

【3】田成民。我国生物质气化技术研究概况[J]。

化工时刊，2004(12): 19- 21。

【4】李飞，张铺，生物质整体联合循环发电系统

的发展现状[J]。可再生能源，2006(1)：46- 49。

【5】郭梦云，彭武厚。沼气技术手册[M]。成都：

四川科技出版社，1990。

【6】郑戈，李景明，张岫英。中国沼气发电技术

发展现状与前景展望[R]。北京：农业部科技发展中

心，2003。

【7】彭武厚，陆鑫。大中型沼气集中供气工程的

工艺设计及其运行管理[J]。中国沼气，

1993,11(1):39~42。

【8】田成民。我国生物质气化技术研究概况[J]。

化工时刊，2004(12): 19- 21。

【9】周凤起。中国可再生能源发展战略[R]。北

京：国家发改委能源所，2006。

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