生物质气化发电技术研究进展

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摘 要：随着社会的发展，我国的科学技术的发展也突飞猛进。生物质能源化利用形式有固体燃料、木炭、合成气、热解油、沼气、生物质发电和生物乙醇等。其中，气化发电技术是生物质能利用的一种重要形式。它是基于热化学转换原理将固态生物质气化生成合成气，再通过外燃机或内燃机做功发电，是一种高效清洁的现代化生物质能利用方式。生物质气化发电设备紧凑、污染少，可以解决生物质燃料的能量密度低和资源分散等缺点。生物质气化发电对改善我国以煤炭发电为主的电力生产结构，特别是对广大农村偏远地区提供清洁电力具有十分重要的意义。目前，生物质能源仍处在政策引导扶持期，国家在“十三五”期间将会继续加大对生物质能发电产业的支持，依据《生物质能发展“十三五”规划》，在2020年之前全国生物质发电装机容量将达到1500万千瓦。在国家政策鼓励之下，生物质气化发电技术具有广阔的应用前景。
关键词：生物质气化;发电技术;研究进展
0 引言
生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动物、植物以及微生物等。生物质所含有的能量称为生物质能，它直接或间接地源于植物的光合作用，可转化为常规的固、液、气态燃料，是一种清洁的可再生资源。生物质能的开发利用在大气污染治理、节能减排、绿色能源推广方面发挥了重要作用，而生物质气化发电是推进農村能源革命、实现美丽乡村的重要支撑。目前，生物质气化技术主要应用于发电、供热和供气等方面。生物质气化发电和集中供气应用在美国和北欧已部分实现了商业化，气化工艺成熟，气化炉规模较大，自动化程度高，形成了规模化产业经营。
1 气化概念和原理
生物质气化是指生物质在高温（500～1400℃）作用下，热解气化生成含有CO、CH4和H2等可燃性气体，也含有一定量的CO2、H2O、N2和其他烃类化合物。生物质气化发电要经过如下3个环节：生物质气化，经过加热干燥等其他预处理的生物质在高温环境下热解气化，产生可燃性气体;气体净化，把气体通入净化系统，除去气体中的灰分、焦炭和焦油等杂质，以满足发电设备的入料要求;气体燃烧发电，净化后的可燃气通入燃气轮机或者其他内燃机燃烧做功发电，也可以通入锅炉内燃烧，利用产生的蒸汽驱动蒸汽机发电。
2 存在的问题
生物质气化技术的主要问题是焦油问题，也是气化发电技术的关键部分，气化过程产生的焦油过多，导致用于发电或供气会造成一系列技术问题。气化过程产生的气体焦油遇冷会形成液态焦油，造成管道堵塞及污染气缸;火花塞或燃气孔堵塞，会导致发电和供气设备无法正常运行。解决焦油问题最彻底的方法就是将焦油裂解为永久性气体，因而研究焦油裂解的实用方法是当前急需解决的问题。二次污染问题是生物质气化技术的另一个问题。气化装置及净化装置需要用大量的水作为除尘、除焦介质，当含有焦油的水和带有灰尘的气体排出，就会造成二次污染。除去灰尘污染只需提高气化效率即可，但对于废水的处理问题目前还没有更好的方法，最根本的方法就是减少焦油的产生。
3 生物质气化发电
生物质气化发电技术与其他生物质能利用方式相比特点显著：①气化发电技术成熟而灵活，气化可以采用固定床气化炉和流化床气化炉等，发电可以采用内燃机、外燃机以及燃料电池等，根据工艺要求和合成气品质要求可以自由选择;②对环境友好，整个流程中保持碳平衡，能够大幅减少CO2和SO2等污染物排放;③经济效益好，发电规模较小时经济性较好，成本低，易回收。可以看出，生物质气化发电技术相比其他生物质能利用具有更好的应用前景，非常适合农村偏远分散地区，对于补充我国能源供应具有重要意义。生物质气化发电发展初始，学者和电厂主要使用气化炉和内燃机或者燃气燃机进行研究及生产。该类型气化发电工艺简单，处理对象广泛，缺点是当发电功率低时，发电效率较低，随着发电功率的增加，发电效率也在增加。为了提高发电效率，生物质气化发电工艺从过去传统、单一的特点逐渐转向新型、多工艺联合的特点。生物质气化发电在原燃气轮机的基础之上，利用燃烧烟气余热结合蒸汽轮机发电，形成生物质联合循环发电（BIGCC），系统整体效率能达到40%以上。
4 结语
在当今世界资源整体形势下，我国已连续在四个国家五年计划中将生物质能利用技术与应用列为国家重点项目，展现出对生物质能源利用的重视度。优秀的科研成果和技术已经进入市场，中小规模的集中供气、供热和发电已进入实用阶段，使我国的生物质气化技术得到了快速的发展，但是总体仍然落后于欧美发达国家，所以，必须要时刻跟随时代发展的需求，解决生物质气化的关键技术，研制相关的配套设施，解决技术和市场之间的供需问题，从而推进我国生物质气化技术的发展。
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