能源與新能源發(fā)電技術(shù)論文(2)
能源與新能源發(fā)電技術(shù)論文
能源與新能源發(fā)電技術(shù)論文篇二
生物質(zhì)能源發(fā)電技術(shù)簡述
摘要：能源需求的日益增長已經(jīng)導(dǎo)致礦物質(zhì)資源短缺;礦物質(zhì)能源的大量使用也造成了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染。清潔、環(huán)保生物質(zhì)能源替代礦物能源已經(jīng)引起世界各個(gè)國家的重視，并在各個(gè)國家大量應(yīng)用，本文簡要介紹了目前我國生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用情況。
關(guān)鍵字：生物質(zhì)能應(yīng)用生物質(zhì)發(fā)電
中圖分類號：P754.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、發(fā)展生物質(zhì)能意義
目前，世界上使用的能源主要為礦物能源，主要包括煤炭、石油、天燃?xì)?。礦物能源的不斷開發(fā)將最終將導(dǎo)致能源的短缺，也造成了全球環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。人類在經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展過程中正面臨著人口、資源和環(huán)境的巨大壓力，如何使能源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前需要解決的核心問題。
生物質(zhì)能是一個(gè)重要的能源，預(yù)計(jì)到下世紀(jì)，世界能源消費(fèi)的40%來自生物質(zhì)能，生物質(zhì)作為新能源早已引起世界各國政府和科學(xué)家的關(guān)注。國外生物質(zhì)能研究開發(fā)工作主要集中于液化、氣化、固化、熱分解和直接燃燒等方面。如日本的陽光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計(jì)劃等發(fā)展計(jì)劃。其它諸如丹麥、荷蘭、德國、法國、加拿大、芬蘭等國，多年來一直在進(jìn)行各自的研究與開發(fā)，并形成了各具特色的生物質(zhì)能源研究與開發(fā)體系，擁有各自的技術(shù)優(yōu)勢。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活水平的提高，環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，對生物質(zhì)能的高效合理的開發(fā)利用，必然愈來愈受重視?？茖W(xué)利用生物質(zhì)能，加強(qiáng)其應(yīng)用技術(shù)的研究，具有十分重要的意義。
我國現(xiàn)有森林、草原和耕地面積41.4億公頃，理論上生物質(zhì)資源可達(dá)65億噸/年以上。以平均熱值為15,000kJ/kg計(jì)算，折合理論資源最為32.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于我國目前年總能耗的3倍以上。我國生物質(zhì)能研究開發(fā)工作起步較晚。隨著近年經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，政府開始重視生物質(zhì)能利用研究工作，現(xiàn)今已建立起一支專業(yè)研究開發(fā)隊(duì)伍，并取得了一批高水平的研究成果，初步形成了我國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)，我國現(xiàn)階段生物質(zhì)能源主要用于秸稈發(fā)電。
二、秸稈發(fā)電工藝
農(nóng)作物秸稈發(fā)電在發(fā)達(dá)國家己受到廣泛重視，在奧地利、丹麥、芬蘭、法國、挪威、瑞典、美國、加拿大等國。目前我國秸稈發(fā)電主要工藝分三類：秸稈鍋爐直接燃燒發(fā)電、秸稈～煤混合燃燒發(fā)電和生物質(zhì)氣化發(fā)電。
1、生物質(zhì)鍋爐直接燃燒發(fā)電
目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的生物質(zhì)直燃技術(shù)為振動(dòng)爐排直接燃燒鍋爐，該技術(shù)在國外已經(jīng)有成熟經(jīng)驗(yàn)，并已大量投產(chǎn)。目前國內(nèi)一些鍋爐廠家也擁有這項(xiàng)技術(shù)，向在國內(nèi)遼寧、吉林、黑龍江、山東等省陸續(xù)建成投產(chǎn)。
振動(dòng)爐排秸稈直燃爐的工藝流程：粗處理后的燃料經(jīng)給料機(jī)送入爐堂，燃料自然落入爐排前部，在此處由于高溫?zé)煔夂鸵淮物L(fēng)的作用逐步預(yù)熱、干燥、著火、燃燒。燃料邊燃燒邊向爐排后部運(yùn)動(dòng)，直至燃盡，最后灰渣落入爐后的除渣口。
直燃爐易存在的問題：由于秸稈灰中堿金屬和氯的含量相對較高，因此，煙氣在高溫時(shí)(450℃以上)對過熱器具有較高的腐蝕性。此外，飛灰的熔點(diǎn)較低，易產(chǎn)生結(jié)渣的問題。如果灰分變成固體和半流體，運(yùn)行中就很難清除，就會(huì)阻礙管道中從煙氣至蒸汽的熱量傳輸。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)耆氯麩煔馔ǖ溃瑢煔舛略阱仩t中。針對這些問題各鍋爐廠家在鍋爐設(shè)計(jì)上，在鍋爐結(jié)構(gòu)、鍋爐材料等方面采取了相應(yīng)措施來解決這些問題，效果仍需實(shí)際運(yùn)行中不斷檢測改進(jìn)。
2、生物質(zhì)～煤混合燃燒發(fā)電
循環(huán)流化床是一種新型的環(huán)保鍋爐，它主要采取了爐內(nèi)物料循環(huán)、低溫燃燒、可進(jìn)行爐內(nèi)脫硫的新技術(shù)。由于它采取了爐內(nèi)物料循環(huán)，對燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，它可以燃用低位發(fā)熱值2000～7000kcal/kg的矸石、原煤、煤泥和洗中煤等;還可以燃用熱值比較低的糖渣、木霄、各種生物質(zhì)秸稈及各種垃圾等。
該爐雖然有燃用各種燃料的特性，但是在燃燒的過程中卻有不同的效果，或多或少對鍋爐都有一定的影響。摻燒糖渣、木屑、各種生物質(zhì)秸稈及各種垃圾，需要重新計(jì)算風(fēng)量等，并有穩(wěn)定的燃料來源，相對固定的摻燒比例。循環(huán)硫化床鍋爐對燃料的適應(yīng)性非常強(qiáng)，無論燃燒哪種燃料首先要核算經(jīng)濟(jì)性，而后計(jì)算摻燒量、最后再進(jìn)行人員培訓(xùn)、注意事項(xiàng)、運(yùn)行調(diào)整等。
根據(jù)國家關(guān)于可再生能源的相關(guān)法律規(guī)程規(guī)定，生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目主要為農(nóng)林生物質(zhì)直接燃燒和氣化發(fā)電、生活垃圾焚燒發(fā)電和垃圾填埋氣發(fā)電及沼氣發(fā)電項(xiàng)目。 現(xiàn)階段，采用流化床焚燒爐處理生活垃圾的發(fā)電項(xiàng)目，因采用原料熱值較低，其消耗熱量中常規(guī)燃料的消耗量按照熱值換算可不超過總消耗量的20%。其他新建的生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目原則上不得摻燒常規(guī)燃料，否則不得按照生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行申報(bào)和管理。國家鼓勵(lì)對常規(guī)火電項(xiàng)目進(jìn)行摻燒生物質(zhì)的技術(shù)改造，當(dāng)生物質(zhì)摻燒量按照熱值換算低于80%時(shí)，應(yīng)按照常規(guī)火電項(xiàng)目進(jìn)行管理。
3、生物質(zhì)氣化發(fā)電
生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的基本原理是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)猓倮每扇細(xì)馔苿?dòng)燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。它既能解決生物質(zhì)難于燃用而又分布分散的缺點(diǎn)，又可以充分發(fā)揮燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)設(shè)備緊湊而污染少的優(yōu)點(diǎn)，所以是生物質(zhì)能最有效最潔凈的利用方法之一。氣化發(fā)電過程包括三個(gè)方面，一是生物質(zhì)氣化，把固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料;二是氣體凈化，氣化出來的燃?xì)舛紟в幸欢ǖ碾s質(zhì)，包括灰份、焦炭和焦油等，需經(jīng)過凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)除去，以保證燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行;三是燃?xì)獍l(fā)電，利用燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電，有的工藝為了提高發(fā)電效率，發(fā)電過程可以增加余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)。
目前國際上采用的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)有生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)(B/IGCC)和CAPS-II/250MT型熱分解系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的B/IGCC技術(shù)包括生物質(zhì)氣化，氣體凈化，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電及蒸汽輪機(jī)發(fā)電。由于生物質(zhì)燃?xì)鉄嶂档?，爐子出口氣體溫度較高(800℃以上)，要使IGCC具有較高的效率，必須具備兩個(gè)條件，一是燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前不能降溫，二是燃?xì)獗仨毷歉邏旱?。這就要求系統(tǒng)必須采用生物質(zhì)高壓氣化和燃?xì)飧邷貎艋瘍煞N技術(shù)才能使IGCC的總體效率達(dá)到較高水平(>40%)，否則，如果采用一般的常壓氣化和燃?xì)饨禍貎艋?，由于氣化效率和帶壓縮的燃?xì)廨啓C(jī)效率都較低，氣體的整體效率一般都低于35%。
從純技術(shù)的角度看，生物質(zhì)IGCC技術(shù)可以大大地提高生物質(zhì)氣化發(fā)電的總效率。目前國際上有很多先進(jìn)國家開展這方面研究，但由于焦油處理技術(shù)與燃?xì)廨啓C(jī)改造技術(shù)難度很高，仍存在很多問題，如系統(tǒng)未成熟，造價(jià)也很高，限制了其應(yīng)用推廣。以意大利12MW 的IGCC示范項(xiàng)目為例，發(fā)電效率約為31.7%，但建設(shè)成本高達(dá)25000元/kW，發(fā)電成本約1.2元/kW.h，實(shí)用性仍很差。
CAPS-II控氣型秸稈燃料熱分解系統(tǒng)，由熱分解系統(tǒng)+余熱(燃?xì)?鍋爐+蒸汽輪機(jī)+尾氣處理設(shè)備組成。
CAPS-II熱分解系統(tǒng)的熱分解氣化反應(yīng)室在缺氧和微負(fù)壓狀態(tài)下工作。熱分解過程中所釋放的熱量可通過調(diào)整熱分解氣化反應(yīng)室供風(fēng)量對其進(jìn)行控制，使其少于完全燃燒所釋放的熱量。在這種亞化學(xué)當(dāng)量的條件下，農(nóng)作物秸稈燃料被干燥、加熱和高溫分解，釋放出水氣和可揮發(fā)性組分。秸稈燃料中不可分解的可燃部分在熱分解氣化反應(yīng)室末端中燃燒，同時(shí)為熱分解氣化反應(yīng)室提供熱量直至成為灰燼。在熱分解氣化反應(yīng)室中所釋放出的可燃?xì)怏w通過一個(gè)紊流混合區(qū)后進(jìn)入燃?xì)忮仩t燃燒室，點(diǎn)火器位于紊流混合區(qū)內(nèi)，附加的助燃空氣使氧化反應(yīng)過程得以完全、徹底地實(shí)現(xiàn)。
余熱鍋爐與CAPS-II熱分解氣化反應(yīng)室連接形成一個(gè)整體，對熱分解氣化反應(yīng)室產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的完全氧化燃燒，并通過熱交換將煙氣中的熱量轉(zhuǎn)化成過熱蒸汽。過熱蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。
當(dāng)控制工況允許在熱分解氣化反應(yīng)室中出現(xiàn)過載狀態(tài)時(shí)，污染控制作用被降低并造成兩個(gè)不良后果。首先，氣體流速將增大到一定范圍，使長鏈的化合物無法完全氧化分解并送入燃?xì)忮仩t。大量的煙塵流入燃?xì)忮仩t將超過其燃燒容積，使未反應(yīng)的煙塵由煙囪排入大氣。其次由于農(nóng)作物秸稈在熱分解氣化反應(yīng)室的停留時(shí)間可能會(huì)被縮短，使排放的灰渣含碳量增加，無法達(dá)到環(huán)保要求。所以當(dāng)用戶有過載燃燒的要求時(shí)或用戶經(jīng)常需要過載燃燒，將會(huì)加重尾氣處理系統(tǒng)的負(fù)荷，同時(shí)也不能保證排放灰渣中的含碳量。
三、結(jié)束語
生物質(zhì)能源在未來將成為可持續(xù)能源重要部分。我國幅員遼闊，但化石能源資源有限，生物質(zhì)資源豐富，發(fā)展生物質(zhì)能源具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。合理開發(fā)生物質(zhì)能源將涉及農(nóng)村發(fā)展、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、資源保護(hù)、國家安全和生態(tài)平衡等諸多利益。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鄉(xiāng)人民生活水平的不斷提高，既有經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，又能保護(hù)環(huán)境的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的利用前景將會(huì)越來越廣闊。
參考文獻(xiàn)：
[1]《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中華人民共和國發(fā)展和改革委員會(huì)，2007年9月.
[2]蔣劍春 《生物質(zhì)能源應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景》，林業(yè)化學(xué)與工業(yè)，2002年第2期.
[3]《生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用》陸璐，能源技術(shù);2005年10月第26卷增刊.
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