生物质气化发电技术应用综述 Gasification Rentech SilvaGas Gasifier Rentech SilvaGasRentech SilvaGas BiomassBiomass GasificationGasification ProcessProcess Rentech SilvaGas Biomass Gasification Process is a patented commercially proven gasification technology with over 100 million invested in technology and assets The gasifier can process a wide variety of cellulosic feedstocks to produce syngas The syngas can be used to produce renewable power or it can be processed through our Rentech Process or other third party fuel conversion technologies to produce drop in certified renewable fuels The gasifier had successfully operated in Burlington VT for over 2 years in partnership with the Department of Energy DOE National Renewable Energy Laboratory NREL and Battelle Columbus Laboratory Rentech ClearFuelsRentech ClearFuels BiomassBiomass GasificationGasification ProcessProcess The Rentech ClearFuels biomass gasification technology produces hydrogen as well as syngas from cellulosic feedstocks through the use of a High Efficiency Hydrothermal Reformer HEHTR The syngas can be used to Rentech ClearFuels Gasification Process produce renewable power or be processed through Rentech s technology or other third party fuel conversion technology to produce renewable drop in fuels The Rentech ClearFuels technology has operated at pilot scale in excess of 10 000 hours and multiple third parties including Idaho National Laboratory and Hawaii Natural Energy Institute have independently validated the results of the pilot scale data The Rentech ClearFuels technology has been proven at demonstration scale at Rentech s Energy Technology Center in Commerce City CO through a 23 million grant received from the U S Department of Energy under the American Recovery and Reinvestment Act 随着化石燃料的逐渐枯竭 环境问题的日益严重及全球气候异常等 寻求新的可再生 洁净的 能源资源已经迫在眉睫 生物质作为可再生 几乎无污染的资源 其开发和利用越来越受到人们的 重视 生物质是重要的可再生能源 我国生物质能资源样多量大 可用于发电的资源相当丰富 生 物质发电技术和产业有着良好的发展前景 1 国家政策扶持 我国自1998年起实施的 中华人民共和国节能法 就明确提出 国家鼓励开发利用新能源和可 再生能源 可再生能源是重要的战略替代能源 对增加能源供应 改善能源结构 保障能源安全 保护环境有重要作用 是建设资源节约型 环境友好型社会和实现可持续发展的重要战略措施 人 类能够长久依赖的未来能源必须储量丰富 可再生利用且无环境污染 以植物为主 每年以近2000 亿吨的速度不断再生的生物质资源将是人类未来的理想选择 大力开发生物质资源 对于改善我国 以化石燃料为主的能源结构 延长化石燃料使用时间 改变能源的生产方式和消费方式 建立可持 续发展的能源系统 促进社会经济的发展和生态环境的改善具有重大意义 从2006年1月1日起 全 国开始正式实施了 中华人民共和国可再生能源法 在国家 2006 2020年中长期科学和技术发展 规划纲要 中就提出了包括生物质能在内的可再生能源低成本规模化开发利用 同时国家还制定了 一系列的优惠政策来鼓励和支持开展生物质能的研究和利用 生物质清洁能源项目将享受国家财政 贴息 并且生物质发电可以优先上网 国家发改委2006年1月4日以发改能源 2006 7号文件印发了 可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法 生物质发电上网每度电可以补贴0 25元 在财 政部 发展改革委 农业部 税务总局 国家林业局联合印发的 关于发展生物能源和生物化工财 税扶持政策的实施意见 中指出国家将在财税政策上大力扶持生物质能源的发展 同时在 十一五 期间 国家财政也将加大对生物质能源和煤制油等石油替代能源开发的资金投入 以缓解我国面临 的石油安全问题 2 生物质发电技术分类与比较 在生物质发电技术中 比较成熟的有直接燃烧发电和生物质气化发电两种类型 直接燃烧发电 的过程是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件换热 产生出的高温 高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发电 气化发电是一种更为洁净的利用方式 其过程是生物质通过 热化学方法转化为气体燃料 净化后的气体燃料直接被送入锅炉 内燃机 燃气轮机的燃烧室中燃 烧或者在高温燃料电池中来发电 美国能源部 DOE 在1997年归纳了生物质燃料发电技术的特点 对比直接燃烧与生物质整体气化联合循环 BIGCC 发电参数 直接燃烧的电站容量是50MWe 效率 是23 0 投资成本是1965 kWh 总运行费用5 50 C kWh BIGCC 的电站容量是75MWe 效 率是36 0 投资成本是2102 kWh 总运行费用3 98 C kWh 显然 生物质气化发电技术比直 接燃烧的效率要高很多 而且运行费用也低 所以 我们要大力发展生物质气化发电技术 使生物 质发电更具有竞争力 3 国外生物质气化发电现状 生物质气化及发电技术在发达国家已受到广泛重视 如奥地利 丹麦 芬兰 法国 挪威 瑞 典和美国等国家生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速 奥地利成功地推行了建立燃烧 木材剩余物的区域供电站的计划 生物质能在总能耗中的比例由原来大约 2 3 增到 1999 年的 10 并打算在本世纪末增加到25 到目前为止该国已拥有装机容量为1 2MWe的区域供热站80 90 座 瑞典和丹麦正在实施利用生物质进行热电联产的计划 使生物质能在转换为高品位电能的同时 满足供热的需求 以大大提高其转换效率 1991 年 瑞典供热及热电联产所消耗的燃料 26 是生 物质 一些发展中国家 随着经济发展也逐步重视生物质的开发利用 增加生物质能的生产 扩大其 应用范围 提高其利用效率 菲律宾 马来西亚以及非洲的一些国家 都先后开展了生物质能的气化 成型固化 热解等技术的研究开发 并形成了工业化生产 生物质气化发电技术主要有以下三种方法 带有气体透平的生物质加压气化 带有透平或者是 引擎的常压生物质气化 带有 Rankine 循环的传统生物质燃烧系统 生物质整体气化联合循环发电技 术 BIGCC 作为先进的生物质气化发电技术 通过采用两级燃烧方式 利用两种工质将勃雷登 Brayton 循环和朗肯循环叠加在一起 具有较高的发电效率和较大的发电规模 从 1990 年开始得到了广泛的研究 传统的 BIGCC 技术包括生物质气化 气体净化 燃气轮机发电及蒸汽轮机发电 由于生物质燃 气热值低 约 1200kcal m3 炉子出口气体温度较高 800 以上 要使 BIGCC 具有较高的效率 必须具备两个条件 一是燃气进入燃气轮机之前不能降温 二是燃气必须是高压的 这就要求系统 必须采用生物质高压气化和燃气高温净化两种技术才能使 BIGCC 的总体效率较高 40 目前欧 美一些国家正开展这方面研究 如美国 Battelle 63MW 和夏威夷 6MW 项目 欧洲英国 8MW 瑞典 加压生物质气化发电 4MW 芬兰 6MW 以及欧盟建设 3 个 7 12MW 生物质气化发电 IGCC 示范项目 其中一个是加压气化 两个是常压气化 但由于焦油处理技术与燃气轮机改造技术难度 大 存在许多问题 如系统未成熟 造价很高 限制了其应用推广 以意大利 12MW 的 BIGCC 示 范项目为例 发电效率约为 31 7 但建设成本高达 25000 元 kW 发电成本约 1 2 元 kWh 实用性 很差 近年欧美开展了其它技术路线的研究 如比利时 2 5MW 和奥地利 TINA 6MW 开展 的生物质气化与外燃式燃气轮机发电技术 美国的史特林循环发电等 但技术仍未成熟 成本较高 3 1 国外生物质整体气化联合循环发电示范项目介绍 3 1 1 美国 Battelle 美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位 美国建立的Battelle生物质气化发电示范工程 代表生物质能利用的世界先进水平 生产一种中热值气体 不需要制氧装置 此工艺使用两个实际 上分开的反应器 气化反应器 在其中生物质转化成中热值气体和残炭 燃烧反应器 燃烧残 炭并为气化反应供热 两个反应器之间的热交换载体由气化炉和燃烧室之间的循环沙粒完成 表1 给 出了Battelle示范电厂气化炉的产气组分和热值 图1的工艺流程图则表明了两个反应器以及它们在整 个气化工艺中的配合情况 这种Battelle FERCO工艺与传统的气化工艺不同 它充分利用了生物质原料固有的高反应特性 生物质的气化强度超过 146000kg h m2 而其他气化系统的气化强度通常小于 1000 kg h m2 Battelle 气化工艺的商业规模示范建在弗蒙特州的柏林顿 McNeil 电站 该项目的一期工程 用 Battelle 技术 建造日产 200 吨燃料气的气化炉 在初始阶段生产的燃料气用于现有的 McNeil 电站锅炉 二期工程 将安装一台燃气轮机来接受从气化炉来的高温燃气 组成联合循环 该气化设备于 1998 年完成安装 并投入运行 表 1 Battelle示范电厂气化炉产气组分和热值 气体组分 热值 MJ m3 COH2CH4CO2C2H4C2H6 44 42215 612 25 10 717 3 图 1Battelle FERCO 工艺流程图 3 1 2 瑞典 VARNAMO 瑞典VARNAMO BIGCC 电厂是由Sydkraft AB公司投建的 于1993年正式运行 是世界上首家 以生物质为原料的整体气化联合循环发电厂 电厂装机容量为6MW 供热容量为9MW 整体电效率 为32 除自用电外 系统