目前,生物质气化发电技术处于初步商业化阶段,基本原理是生物质在缺氧状态下热解生成气体燃料,净化后的气体燃料燃烧驱动燃气轮机或燃烧后产生蒸汽,驱动发电机发电。气化发电过程包括3个方面:一是生物质气化。经处理的生物质原料由进料系统送进气化炉内,生物质气化炉的发展方向,挥发分(干基下为70%~80%)热解释放出挥发性气体如CmHn、H2、CO、CO2、焦油和水蒸气,产生的碳发生典型气化反应(水蒸气 碳)和燃烧反应(碳 氧气),通过燃烧反应释放出的热量促使生物质热解和碳的气化反应进行,从而把固体生物质转化为气体燃料;二是气体净化。气化生成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,以保证燃气发电设备的正常运行;三是燃气发电。净化后的燃气进入燃气轮机或内燃机的燃烧室燃烧驱动发电机发电,或者燃气在锅炉内燃烧生产高温高压蒸汽,驱动蒸汽机带动发电机发电。图1为生物质气化发电工艺流程示意图。
由于燃气轮机系统发电后排放的尾气温度大于500℃,所以增加余热锅炉和过热器产生蒸汽,再利用蒸汽循环,可以有效提高发电效率,这就是生物质整体气化联合循环,其发电工艺流程如图4所示。该系统由物料预处理设备、气化设备、净化设备、换热设备、燃气轮机、蒸汽轮机等发电设备组成。功率范围在7~30MW,整体效率可以达到40%。整体气化热空气循环(IGHAT)技术正处于开发阶段,它和IGCC的主要区别在于用一个燃气轮机代替了后者的燃气轮机和汽轮机。由水蒸气和燃气的混合工质通过燃气轮机输出有用功,其整体效率可以达到60%,唐山生物质气化炉,有望成为2020世纪的新型发电技术。
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