中國的生物質氣化發電技術
作者：吳創之文章來源：中國科學院廣州能源研究所 點擊數：1752 更新時間：2005-4-18
作者：吳創之、鄭舜鵬、陰秀麗、羅曾凡、陳 勇
文摘：目前中國已具備建設MW級生物質氣化發電項目的能力。但技術仍存在一些問題，最突出的是對水的二次污染和對各種類型生物質適用性不強，而且系統發電效率較低，熱效率僅為15%左右。所以目前必須加強三方面的工作，一是研究完善焦油裂解技術，徹底減少對水的二次污染;
二是改進技術過程，提高整體熱效率；三是在有條件的地方建設示範項目，針對不同廢料特點進行商業示範，充分證明該技術的可靠性和經濟性，為全面推廣生物質氣化技術創造條件。
中國生物質氣化發電技術的現狀
發展概況
中國對生物質氣化發電技術的研究及套用較早，在六十年代就開發了60KW的穀殼氣化發電。目前主要使用的是160KW與200KW穀殼發電兩種。近年進行1MW的生物質氣化發電系統研究，旨在開發適合中國國情的中型生物質氣化發電技術。1MW的生物質氣化發電系統已於去年完成並投入使用，其流程示意圖見圖1所示。該系統在很多方面比
200KW氣化發電有了改進，但由於投資問題，有關廢水問題不能完全解決。
關鍵技術
2．2．1氣化爐
中國對各種氣化方式都有研究，已完成了多種氣化爐的研製，目前已使用的氣化爐有上吸式、下吸式、敞口式和流化床等。從原理上講，各種氣化爐都可以用於氣化發電，但目前研究完成並正常運轉的主要有三種，即敞口下吸式，下吸式及循環流化床（見表1），發電功率可以從幾千瓦到幾千千瓦，這為氣化發電技術的進一步發展提供了條件。
2．2．2 氣體機
氣體機包括天然氣、甲烷和低熱值生物質氣三種。我國低熱值氣體機發展較差，小功
率（100KW）基本都由柴油機改裝，未有定型產品。大功率（500KW）的機組也有研究，
表1。中國生物質氣化發電中的氣化爐型式
氣化爐型式 層式下吸式 下吸式 循環流化床
燃料種類 樹皮，木塊 穀殼，木塊 穀殼，木屑
規模 2.0—30.0kWe 60—200kWe 400—4000kWe
燃氣熱值 4100-5300KJ/m3 3800-4600KJ/m3 4600-6300KJ/m3
氣化溫度 1100℃ 700-800C 650-850℃
冷氣效率 70% 50% 65—75%
但由於排氣溫度和控制技術未能過關，目前仍未有成熟產品。現在已有定型產品有160KW和200KW兩種。由於單機功率較小，所以中等規模的氣化發電系統必須由多台氣體機並車，這在一定程度上會影響氣化系統功率的進一步提高。
2．2．3 氣體淨化
氣體淨化是中國生物質氣化最薄弱的環節。目前都採用水洗的辦法，既降低系統效率，又產生含焦油的污水，所以是今後研究的主要課題。按現在的技術看來，進行焦油裂解減少焦油和水處理使廢水循環使用是氣體淨化的兩個關鍵問題。
中國生物質氣化發電的經濟性
生物質氣化發電的投資主要包括氣化與淨化系統、發電設備及土建三部分。以1000KW
的穀殼氣化發電系統為例，其投資構成見表2。由表2可知，由於穀殼氣化不需要專門收集與運輸設備和儲存設備，所以單位投資只需3500元/千瓦，大大低於小型的燃煤發電站（約6000元/千瓦）。另外，由於氣化設備、配套設備及廢水處理設備等隨著容量的變小，其比例越來越高，BGPG的單位投資隨著容量的變小而越來越大，當功率小於60KW時，單位投資即高於小型燃煤電站的投資（見圖2）。
表2. 1MW 氣化發電的投資預算(萬元)
(1) 氣化爐 5MWth , 包括分離器 50
(2) 水洗裝置 2500Nm3 , 包括文丘里管 10
(3) 氣體機 200kW 機組,五台 150
(4) 配電設備 配電屏及電纜 6
(5) 水處理系統 用於處理廢水 35
(6) 配套設備廠 風機,水泵,電機,管道等 15
(8) 工程安裝 10
(9) 基建 200m2 的廠房和基礎 20
(10)控制系統 10
合計 306
2．3．2 發電成本
BGPG的發電成本包括生物質費用、設備維修、設備折舊和人工等部分，對1000KW的穀殼發電來說大約為0.27元/千瓦時（見表3）。這一成本與燃煤發電廠的成本接近，但遠遠低於柴油機的發電成本。在較小的發電規模下，由於人工和維修費用比例大大增加，
所以發電成本已隨著功率的變小而增大，當功率小於100KW時，發電成本已接近大型柴油發電的水平，失去競爭的優勢。
2．3．3 環保投入
由於目前生物質氣化的焦油問題仍未解決，為避免二次污染，必須投入定的資金建設污水處理設備，對不同的系統處理污水的投入不同，但總的來說，功率越小，比例越大，這也是小功率BGPG難以推廣的主要原因。而且由於污水處理占地較大，很多用戶為了節省投入和降低運行費用，對污水不進行處理，引起環境問題。
在中國發展BGPG所面臨問題的解決辦法
技術研究及改進
4．1．1 焦油裂解技術及廢水處理工藝
焦油裂解是徹底解決二次污染的辦法。只有最大限度地減少焦油的數量，才能避免廢水的產生。當然，採用任何工藝都很難保證完全沒有焦油，所以採用一定的水作為冷卻和清洗還是必要的，因此廢水的處理與循環使用的研究也是必不可少的。只有解決二次污染的問題，生物質氣化發電技術才能與其他技術進行平等的競爭。
4．1．2 發電循環的改進及系統效率的提高
由於受氣化效率與氣體機效率的限制，簡單的氣化-氣體機發電循環效率很難高於20%，所以單位電量的生物質消耗量一般大於1.1
千克（乾）/千瓦時。而我們從發電成本的分析可知，原料成本是發電成本最主要的一部分，如果不能降低生物質數量，很難利用需要收集與預處理的生物質資源。所以從長遠來說，提高系統總效率是全面推廣利用BGPG的一個前提。
從純技術的角度看，生物質IGCC
可以有效地提高BGPG的總效率，但由此可以看出於焦油處理技術與燃氣輪機技術的限制，在中國研究發展生物質IGCC仍比較困難。所以如何利用現已較成熟的技術，研製開發在經濟上可行，而效率又有較大提高的系統，是目前發展BGPG的一個主要課題。
圖5是建立在較成熟的氣化-氣體機系統上的一種聯合循環構想，它有三個特點：（1）技術難度小，不需要很高的氣體淨化技術；（2）系統發電效率有較大提高，可達28%左右，達到小型燃煤發電的水平；（3）由於技術成熟，設備都是傳統的定型產品，單位投資較低，約4000~5000元/千瓦，所以綜合技術性與經濟性兩方面的考慮，該系統是一個比較適合中國國情的選擇，特別對4~10兆瓦的規模更為優越。是我國今後研究開發的方向之一。
加快BGPG在中國的套用及示範
相對於已開發國家，中國的生物質氣化發電有比較好的市場環境，但從成本分析可知，即使解決二次污染問題，大規模的生物質收集與運輸仍使發電成本提高，失去經濟上的競爭性。所以目前可能使用生物質氣化發電的主要對象應是有大量生物質廢料而沒有收集及運輸問題的企業或地區。為了充分顯示BGPG的技術及經濟上的優勢，很有必要在這些企業中進行商業性示範，使
BGPG逐漸被企業所接受。在此基礎上，改進並提高BGPG的技術性能，探討BGPG套用於大規模處理農業秸稈或森林廢物的可能性。
從中國目前企業的特點考慮，比較可能使用BGPG的主要有碾米廠和木材加工廠。中國每年生產稻穀近2.0億噸，生產人造板1000多萬立方米，所以上規模的碾米廠和人造板廠分別有幾百家，因此即使BGPG目前只針對這兩種企業，也有很大的市場潛力。
保證電力收購，鼓勵BGPG的使用
中國目前由於氣體機的單機容量相對較小（200千瓦），不符合國家有關機組上電網的要求，但作為可再生能源，生物質對減少污染，保護環境方面有重要意義，所以國家應在這些方面實行鼓勵及保護政策，除了允許小機組（100千瓦）上網以外，還必須實行最低收購價，確定保護生物質電力的生產。目前國家有關部委已開始制定這方面的政策，關鍵是如何有效的實施。
結論
氣化發電是分散利用生物質能的有效手段，比較適合於中國當前的經濟水平和發展現狀。中國的生物質具有較好的技術基礎，只要解決二次污染，即具備與其他常規發電技術競爭的條件。為了發展並儘快推廣生物質氣化技術，目前應該進行三方面的工作：一是研究焦油處理技術，徹底消除二次污染；二是改進氣化發電技術與系統，提高整體效率，進一步降低發電成本；三是制定保證政策，鼓勵生物質氣化發電技術的套用。
