Ⅰ、生物质气化的基本原理 生物质气化是在一定的热力学条件下，将组成生物质的C—H化合物转化为含CO和H2等可燃气体的过程。供给空气或氧气，使生物质发生部分燃烧。有限地提供氧气，使得生物质在气化炉内不完全燃烧，发生气化反应，生成可燃气体——气化气。气化过程只供给热化学反应所需的那部分氧气，而尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气体中，气化后的产物是含H、CO和低分子烃类的可燃气体。 在气化炉出口，产出气体成分主要为氮气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、焦油及少量其他烃类物质（CnHm）等，还有水蒸气和少量灰分。其中由于空气中含有79%的N2，它不参与气化反应，在气化气中的含量达50%左右，却稀释了气化气中可燃组分的含量，因而降低了气化气的热值。纯气化过程产生可燃气的热值为1060kcal/Nm3，而实际气化产生的可燃气的热值要高于此理论值，根据生物质原料差异，一般为1200～1400 kcal/Nm3。 气化炉气化所生成的气体中含有铰多的灰尘、焦油和水分，必须要净化，主要是去除燃气中的灰分、固体颗粒、焦油及冷凝物等，净化后的气化气中焦油及含灰量≤50mg/Nm3。焦油在高温时呈气态，与可燃气体完全混合，而在低温时（一般低于200℃）凝结为液态，分离和处理有一定难度。常用的净化设备有旋风除尘器、喷淋水洗塔、汽水分离器、焦油过滤器等。净化后的气体即可供给内燃机发电使用。 生物质气化发电工艺流程： 在气化炉中生成可燃气体 ↓ 在燃气净化装置中净化可燃气体 ↓ 净化后的可燃气体储存于储气罐 ↓ 用燃气内燃发电机组发电 Ⅱ、常见木料的低位热值 单位：MJ/kg 树种tree seeds 去皮树干trunk without bark 树皮bark 树干trunk 树枝树根branch ＆ root 总量total 松树 pinus sylvestris 19.31 19.53 19.33 20.23 19.52 云杉 picea abies 19.05 18.80 19.02 19.17 19.29 桦树 birch 18.68 22.75 19.19 19.94 19.30 薄荷 betula pendula 18.61 22.52 19.15 19.53 19.29 灰桤木alnus incana 18.67 21.57 19.00 20.03 19.18 黑桤木alnus glutinosa 18.89 21.48 19.31 19.37 19.31 白杨 populus tremula 18.67 18.57 18.65 18.61 18.65 Ⅲ、木料的低位热值与其含水量的关系 Unit/单位：MJ/kg 含水量moisture content 0% 5% 7% 9% 11% 12% 14% 16% 18% 20% 22% 柳树枝willow 18.89 16.32 15.93 15.52 15.13 14.93 14.54 14.13 13.74 13.34 12.95 杨树枝poplar 18.67 14.00 13.61 13.26 12.91 12.74 12.39 12.04 11.69 11.35 11.00 马尾松masson pine 19.52 18.37 17.93 17.49 17.05 16.83 16.38 15.94 15.49 15.05 14.61 桦树birch 19.30 16.97 16.42 16.31 15.72 15.51 15.10 14.69 14.28 13.87 13.46 椴木basswood 18.67 16.65 16.25 15.84 15.44 15.24 14.84 14.43 14.02 13.62 13.21 Ⅳ、木屑气化气的主要成分及低位热值 气化运行温度℃ Operation Temperature of gasification：℃ 气体成分（%）Main composition of Fuel Gas 气化气的低位热值 low thermal value of Fuel Gas MJ/Nm3 H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H2 N2 620 9.4 29.8 7.2 7.1 0.83 0.21 45.5 8.00 750 7.7 23.5 10.7 5.3 0.25 0.11 52.4 6.20 820 6.4 19.9 8.7 4.7 0.09 0.28 59.9 5.23 Ⅴ、“太湖”生物质气化发电系统设计特点 国际上的气化发电技术开发铰早，但由于经济性较差，目前主要的应用仍停留在示范和研究阶段。以意大利IGCC示范项目为例，气化发电系统投资成本高达25000元人民币/kW，发电成本约1.20元/kWh，目前仍未进入市场。 我国从20世纪80年代也逐步研究发展了谷壳气化发电技术，先后完成了从2.5～160kW的气化设备的研制。气化设备采用固定床结构，气化效率低，发电功率增容受到极大制约；适用燃料单一，且受到地域和生物质原料供给的限制，满足不了市场经济需要，推广应用受到限制。 “太湖”锅炉于2003年起，引进中科院技术并消化吸收。并于2007年起与广州能源研究所合作开发，成功研制出200kW～6000kW的较大容量的循环流化床气化锅炉，适用燃料也从单一的谷壳到木屑、秸杆、棕榈渣等生物质，并通过了江苏省科委的专家验收，逐步推向市场。气化发电系统投资成本约为8000～10000元人民币/kW，发电成本约0.50～0.60元/kWh。气化炉效率75%以上，选用国产优质内燃机效率达35%以上，总的气化发电效率在25%以上，明显高于同容量的蒸汽轮机发电系统效率（20%左右），具备了产业化的基础。“太湖”技术具有以下五个方面的创新点： ⑴采用内循环结构的循环流化床（XHL）生物质气化炉，不用添加沙子（即无床料）下都能稳定运行，适应性好、处理规模大、负荷适应能力强和操作方便； ⑵由气化炉底部吹入的、向上流动的强气流使生物质的运行就像是液体沸腾一样漂浮起来，具有气、固接触，混合均匀的特点，反应温度一般为750～850℃。产气能力可在较大范围内波动，且气化效率不会明显降低。 (3)移动床焦油裂解器技术，有效减少燃气中焦油含量并提高气化效率； (4)利用成熟的国产柴油机组开发出中低转速的大型低热值燃气发电机组，降低发电设备对燃气杂质的要求（焦油与杂质含量﹤50mg/N m3即可）； (5)采用特种菌种，利用好氧、厌氧相结合的工艺方法处理焦油污水； (6)采用大型气化炉、低热值燃气内燃机、余热回收可构成联合循环发电系统，在投资较低的条件下，大幅提高发电效率，最高达30%左右。 Ⅵ、生物质气化发电系统与直燃锅炉发电和柴油发电的比较（按500Kw） 序号 NO. 比较项目内容 气化发电系统 直燃锅炉带汽轮发电机组 柴油发电机 1 燃料及其成本 木屑的燃料成本为0，只有就地运输/装卸成本。但如果燃料是不规则废弃木料，推荐使用粉碎机粉碎成直径15～20mm的小块。按木屑价格50.00元/吨计算， 木屑的燃料成本为0，只有就地运输/装卸成本。但如果燃料是不规则废弃木料，推荐使用粉碎机粉碎成直径15～20mm的小块。按木屑价格50.00元/吨计算， 柴油，燃料价格很高。约7000.00元/吨计算。 2 单位功率的燃料消耗 1.50 kg/kW·h 1.80 kg/ kW·h 0.10 kg/ kW·h 3 单位功率的燃料成本 0.075元/ kW·h 0.09元/ kW·h 0.70元/ kW·h 4 500kW的燃料成本 37.50元/ kW·h 45.00元/ kW·h 350.00元/ kW·h，高 5 运行6000小时/年 22.50万元 27.00万元 210.00万元，太高了 6 能量转换过程 ① 固态化学能→气体化学能 ② 气体化学能→内燃机动能 ③ 内燃机动能→发电机电能 ① 化学能→热能 ② 热能→蒸汽热能 ③ 蒸汽热能→汽轮机动能 ④ 汽轮机动能→发电机电能 ① 化学能→内燃机动能 ② 内燃机动能→发电机电能 7 总的发电效率 ＞25% ≈20% 30%以上 8 用水要求 ① 系统水洗除尘用水，可循环利用。平时作少量补充即可； ② 发电机冷却用水，循环使用少量补充。 ① 蒸汽消耗用水，按锅炉蒸发量约需要300kg/h； ② 发电机冷却用水，循环使用少量补充。 无 9 原水如果是地下水要经过过滤、软化、除盐或反渗透处理，以保证蒸汽品质确保系统安全运行 无 10 系统运行自耗电 电机总装机容量≈50Kw 电机总装机容量≈75Kw 无 11 自耗电占发电量比例 10% 15% 无 12 设备人员操作要求 简便可靠，专业培训操作人员 系统复杂，专业培训操作人员 简单快用 13 运行维护保养和检修 ① 电机添加黄油 ② 檫洗罗茨风机以除去焦油 ③ 檫洗燃气内燃机活塞等部件以除去焦油 ④ 定期清除循环水池并少量补水 ① 电机添加黄油 ② 蒸汽锅炉及管路维护保养 ③ 汽轮机维护保养，如更换叶片等 檫洗柴油发电机活塞等部件以除去焦油 14 检修时间 平时每月检修2～3天，不需要大修 按《锅炉安全技术监察规程》和《汽轮机安全技术监察规程》的要求，平时定期保养，长年维护和检修 平时每月检修2～3天，不需要大修 15 烟尘排放和环保 无烟尘排放，烟灰收集后可作碳黑或肥料 较多烟尘排放，烟灰不回收 无 16 建设周期 6个月，其中：设备交货期4个月，安装调试2个月 3个月。其中：设备交货期2个月，安装调试1个月 约1个月 17 系统投资费用含基建 设备投资480.00万元，基建成本低，维护成本低 设备投资430.00万元，基建成本高，维护成本高 设备投资较少，基建成本低，维护成本低 18 投资性价比 性价比高，投资回收周期短 性价比高，投资回收周期较短 性价比低