生物质发电原理,生物质发电未来展望

生物质发电原理

生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行发电,是可再生能源发电的一种,包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、 垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电等。世界生物质发电起源于 20 世纪 70 年代,当时,世界性的石油危机爆发后,丹麦开始积极开发清洁的可再生能源,大力推行秸秆等生物质发电。自 1990 年以来,生物质发电在欧美许多国家开始大力发展。

我国是一个农业大国,生物质资源十分丰富,各种农作物每年产生秸秆 6 亿多吨,其中可以作为能源使用的约 4 亿吨,全国林木总生物量约 190 亿吨,可获得量为 9 亿吨,可作为能源利用的总量约为 3 亿吨。如加以有效利用,开发潜力将十分巨大。

生物质发电原理

  一、生物质发电市场空间测算

2007-2015 年国家出台相关政策扶持农林生物质能源的发展, 国家对行业的扶持主要从三个方面: 税收优惠, 农林生物质发电享受占比收入 10%的所得税免除和增值税即征即退的优惠; 电价补贴, 农林生物质享受 0.75 元/度的发电收入,高出火电约 0.4 元/度; 竞争性保护, 政策规定在粮食主产区,每个县或者 100 公里内不得重复建设生物质发电厂。从能源局在 2016 年底发布的《可再生能源发展“十三五”规划》 可知, 根据生物质资源条件,有序发展农林生物质直燃发电和沼气发电,到 2020 年,农林生物质直燃发电装机达到 700 万千瓦,沼气发电达到 50 万千瓦。到 2020 年,生物质发电总装机达到 1500 万千瓦,年发电量超过 900 亿千瓦时,其中农林生物质发电装机达到 700 万千瓦。

二、生物质发电的技术原理

(1) 发电原理:与燃煤发电原理相同

生物质直接燃烧发电与燃煤火力发电在原理上没有本质区别,主要区别体现在原料上,火力发电的原料是煤,而直接燃烧发电的原料主要是农林废弃物和秸秆。直接燃烧发电是把生物质原料送入适合生物质燃烧的特定蒸汽锅炉中,产生蒸汽,驱动蒸汽机转动从而带动发电机发电。具体流程如下:将秸秆等生物质加工成适于锅炉燃烧的形式(粉状或块状),送入锅炉内充分燃烧,使储存于生物质燃料中的化学能转变成热能;锅炉内的水烧热后产生饱和蒸汽,饱和蒸汽在过热器内继续加热成过热蒸汽进入汽轮机,驱动汽轮发电机组旋转,将蒸汽的内能转换成机械能,最后由发电机将机械能变成电能。生物质发电厂的发电设备和同样规模的燃煤发电设备是非常相似的,目前我国大多数生物质直燃发电厂内所使用的燃烧工具主要包括生物质水冷振动炉排锅炉、生物质循环流化床锅炉以及联合炉排锅炉, 其中运用最广泛的是水冷振动炉排锅炉。蒸汽发电机组多采用高温高压抽凝式汽轮机组。

(2)生物质发电核心不同在于燃烧锅炉。

虽然生物质发电厂的发电设备与传统燃煤发电设备相似,但是由于生物质在燃烧过程中的特殊性,对所使用的燃烧锅炉具有较高的技术要求。目前最常用的生物质发电锅炉主要有:水冷振动炉排炉和循环流化床锅炉。

1、 水冷振动炉排炉:

水冷振动炉排锅炉本体由四部分组成:炉膛、冷却室、过热器室和尾部竖井。

炉膛底部布置水冷振动炉排,炉排下部设置四个独立风室,沿锅炉宽度方向对称布置,一次由风室穿过炉排孔进入炉内。燃烧室在炉膛下部,其断面积较大,炉膛中下部前后墙水冷壁形成收腰机构,设二次风管,及时投入二次风助燃。适当的一二次风系统,加上通过调节水冷振动炉排频率和周期,可适用不同的秸秆燃料燃烧。

2、循环流化床(CFB)锅炉:

循环流化床锅炉是在传统锅炉基础上发展起来用于燃煤锅炉的一代高效、低污染清洁燃烧技术。之前常用于燃煤锅炉,其主要特点在于燃料及脱硫剂经过多次循环,反复的进行低温燃烧和脱硫反应,可以降低氮氧化物和硫氧化物的排放。循环流化床的燃烧发生在炉膛的整个容积空间中,是一种三维液态化燃烧方式。

由于其相对与传统燃煤锅炉对原料适用性更广,也可以用来进行生物质燃烧。 由于生物质燃料与煤的性质不同,在使用循环流化床进行生物质发电的时候,锅炉状态会发生相应的变化。

3、循环流化床锅炉适用于生物质原料时的一些不适应问题:

(1)生物质燃料熔点低,易结焦。生物质中富含钾和钠,容易形成低熔点的共晶体,将沙粒粘接。因此在锅炉设计中应严格控制循环燃烧系统的温度水平。

(2)生物质中的碱金属对炉膛具有腐蚀性。

同样由于钾氧化物和纳氧化物熔点很低,在炉膛正常燃烧温度下很容易升华,在膛内表观为气相,并会在高温过热器上面凝结,对受热面造成腐蚀。

(3)不同生物质产生热量不同给燃料供给系统增大困难。

循环流化床锅炉对进料的粒径大小、密度等要求较高,而生物质燃料具有季节性变化,不同生物质性质不同,给循化流化床的设计建设难以定型,随着锅炉容量增加,这一问题更为突出。由于循环流化床锅炉结构的原因,需要解决受热面的磨损、循环物料平衡和物料结焦等问题。对中压参数锅炉,其尾部受热面布置需要认真考虑受热面腐蚀问题。另外,厂用电率高也是机组运行需要考虑的问题。

生物质发电未来展望

北极星固废网讯:摘要:生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能存储在生物质内部的能量。生物质发电是生物质燃料直接送往锅炉燃烧,产生高温、高压的水蒸气,由水蒸气推动汽轮机将热能转化成动能、再通过发电机将动能转换成电能的过程。

1我国生物质能资源状况

我国生物质能资源丰富,若全部利用可提供全国66.6%的发电量。按50%的生物质能收集利用率算,我国生物质资源每年可转化为能源的潜力,近期约为5亿吨标准煤,远期可达到10亿吨标准煤以上。若加上荒山、荒坡种植的各种能源林,资源潜力在15亿吨标煤以上。

我国是世界上人口最多的国家,国民经济发展面临资源和环境的双重压力。从人均化石能源资源量看,煤炭资源只有世界平均水平的60%,石油只有世界平均水平的10%,天然气只有5%。从能源生产和消费来看,目前我国已经成为世界上第二大能源生产国和第二大能源消费国,大量生产和使用化石能源所造成的环境污染已经十分严重。专家认为,随着经济的发展和人民生活水平的提高,我国的能源需求将快速增长,能源、环境和经济三者之间的矛盾也将更加突出,因此,加大能源结构调整力度,加快可再生能源发展势在必行。

我国农作物播种面积约15亿亩,年产生物质约7亿吨,除部分作为造纸原料和畜牧饲料外,剩余部分可作为燃料使用。农产品加工废弃物,包括稻壳、甘蔗渣和棉籽壳等,约2亿吨。我国森林面积1.75亿公顷,每年通过正常的灌木平茬复壮、森林抚育间伐、修剪、收集采伐、造材、加工剩余物等,可获得生物质量8~10亿吨。我国畜禽养殖业粪便排放量约18亿吨,实际排出污水总量约200亿吨,可生产沼气约500亿m3;工业企业年排放有机废水和废渣约25亿m3.可生产沼气约100亿m3.

2机组选型及形式

生物质有四种发电的形式。

生物质直接燃烧发电生物质直接燃烧发电技术是指利用生物质燃烧后的热能转化为蒸汽进行发电,在原理上,与燃煤火力发电没有什么区别。其原理是将储藏在生物质中的化学能通过在特定蒸汽锅炉中燃烧转化为高温、高压蒸汽的内能,再通过蒸汽轮机转化为转子的动能,最后通过发电机转化为清洁高效的电能。直接燃烧发电是将生物质在锅炉中直接燃烧,生产蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。生物质直接燃烧发电的关键技术包括生物质原料预处理、锅炉防腐、锅炉的原料适用性及燃料效率、蒸汽轮机效率等技术。

生物质气化发电生物质气化发电技术是把生物质转化为可燃气体再利用可燃气体,燃气发电设备进行发电。其原理是将储藏在生物质中的化学能通过在特定气化炉中燃烧转化为可燃气体,再通过燃气机发电系统转化为清洁高效的电能。生物质气化发电技术是指生物质在气化炉中转化为气体燃料,经净化后直接进入燃气机中燃烧发电或者直接进入燃料电池发电。气化发电的关键技术之一是燃气净化,气化出来的燃气都含有一定的杂质,包括灰分、焦炭和焦油等,需经过净化系统把杂质除去,以保证发电设备的正常运行。

沼气发电技术是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术,它将沼气用于发动机上,并装有综合发电装置,以产生电能和热能,是有效利用沼气的一种重要方式。沼气发电是随着沼气综合利用技术的不断发展而出现的一项沼气利用技术,其主要原理是利用工农业或城镇生活中的大量有机废弃物经厌氧发酵处理产生的沼气驱动发电机组发电。用于沼气发电的设备主要为内燃机,一般由柴油机组或者天然气机组改造而成。沼气多产生于污水处理厂、垃圾填埋场、酒厂、食品加工厂、养殖场等。

沼气是在厌氧条件下有机物经多种微生物的分解与转化作用后产生的可燃性气体,属于生物质能的范畴,主要成分是甲烷二氧化碳,其中甲烷含量约为50%~70%,二氧化碳含量为30%~40%(容积比)还有少量的硫化氢、氮、氧、氢等气体,约占总含量的10%~20%。甲烷在空气中与火燃烧,转变为二氧化碳和水,并释放出能量。沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵或甲烷发酵,是指有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下,通过种类繁多、数量巨大且功能不同的各类微生物的分解代谢,最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体(沼气)的复杂生物化学过程。

生物质混合燃烧发电是指将生物质原料应用于燃煤电厂中,使用生物质和煤两种原料进行发电。其原理是将生物质和煤一起在锅炉中燃烧转化为高温、高压蒸汽的内能,再通过蒸汽轮机转化为转子的动能,最后通过发电机转化电能。生物质和煤混合燃烧技术可分为直接混烧和气化利用两种形式。生物质还可以与煤混合作为燃料发电,称为生物质混合燃烧发电技术。混合燃烧方式主要有两种。一种是生物质直接与煤混合后投入燃烧,该方式对于燃料处理和燃烧设备要求较高,不是所有燃煤发电厂都能采用;一种是生物质气化产生的燃气与煤混合燃烧,这种混合燃烧系统中燃烧,产生的蒸汽一同送入汽轮机发电机组。

(1)遵守“以热定电,热电联产”原则。由于该市工业和采暖热负荷较大,根据热负荷特点,并从保证投资效益的角度来考虑,装机方案应在满足近期热负荷需求的基础上,结合该市远期热负荷规模及电力负荷需求的规划来确定,最终实现热电联产和集中供热的目的。

(2)为了保证供热的安全可靠,应尽量使机组的容量和台数趋于合理,以避免在停运最大一台机组时对供热产生过大影响。

(3)为提高热电厂的效率,主机设备应选用较高的初参数。

3生物质发电未来前景展望

随着生物质能发电产业竞争的不断加剧,大型生物质能发电企业间并购整合与资本运作日趋频繁,国内优秀的生物质能发电企业愈来愈重视对行业市场的研究,特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。正因为如此,一大批国内优秀的生物质能发电企业迅速崛起,逐渐成为生物质能发电产业中的翘楚!

同时,发展生物质发电,实施煤炭替代,可显著减少二氧化碳和二氧化硫排放,产生巨大的环境效益。与传统化石燃料相比,生物质能属于清洁燃料,燃烧后二氧化碳排放属于自然界的碳循环,不形成污染。据测算,运营1台2.5万kW的生物质发电机组,与同类型火电机组相比,可减少二氧化碳排放约10万t/a。前瞻网《2013-2017年中国生物质能发电行业深度调研与投资战略规划分析报告》预测,到2025年之前,可再生能源中,生物质能发电将占据主导地位。未来,利用生物质再生能源发电已经成为解决能源短缺的重要途径之一。

4总结

充分有效地利用农业和林业废弃物的生物质资源,提供稳定的电力、热负荷供应,是生物质发电项目最为重要的核心。因此选择成熟可靠、方案合理、节能环保、经济适用的装机方案尤为重要,最大化地保证工程建成后安全可靠,以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。以山东电力工程咨询院有限公司设计的喀麦隆SUDCAM生物质发电工程为例,根据该项目的电负荷、供热负荷需求,通过不同装机方案的技术、经济比选,得出最适合本项目的装机方案。

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