海南生物质气化发电示范电厂

编者按：

中国有大量的生物质废料，包括废木料、秸杆、谷壳等。由于目前利用技术落后，这些废料未能很好利用，有的甚至形成污染，另一方面，中国经济发展迅速，对电力需求很大，电价居高不下，在这种环境下，通过气化发电技术，把生物质转化为电力，既能大规模处理生物质废料，又能为生产提供电力，具有明显的社会和经济效益。

生物质气化发电系统项目是国家科技部\九五\期间在可再生能源技术领域的重大项目和研究课题。矿物能源的使用带来了环境污染、全球温室效应的恶果，生物质能是人类最早利用也是最大量使用的可再生能源，具有二氧化碳零排放、绿色环保能源的美誉。它利用木屑、玉米秸秆、谷壳等废弃物经化合反应生成生物质能，可广泛用于燃气、取暖、照明、发电以及制造新型能源材料。

为了帮助读者了解生物质气化发电的基本原理、设备、成本等，我们编辑了一组相关资料，供读者参考。

目 录

第一章、 前 言

第二章、 生物质气化发电

第三章、 生物质循环流化床气化发电装置 第四章、 海南生物质气化发电示范电厂

第一章、前言

中国科学院广州能源研究所的“生物质气化发电新技术”，继“九五”期间分别在福建莆田建成了国内首个 1MW 生物质谷壳气化发电系统、在海南三亚木材厂建成了以国内首个生物质木屑气化发电厂、在河北邯郸建成了秸秆为燃料的气化发电厂示范工程后，最近又与黑龙江农垦总局签订了兴建 20 套农业固体废弃物谷壳、稻草的生物质气化发电系统的合同。该项目总投资为 4000 多万元，年总发电量为 7500 万千瓦，年处理农业固体废弃物约 10 万吨。

生物质气化发电系统是利用生物质循环流化床气化高技术，把生物质废物包括木料、秸秆、稻草、谷壳、甘蔗渣等固体废弃物转换为可燃气体，这些气体经过除焦净化后，再送到气体内燃机进行发电，达到以气代油，降低发电成本的目的，其关键技术包括生物质气化工艺，焦油处理及气体净化，焦油废水处理及其循环使用，燃气发电和系统控制技术等。

生物质能是一种环保型的可再生能源，而且蕴藏量和产量巨大。据统计，地球上每年经光合作用固定下来的生物质能约为目前全球能源消耗量的 10 倍多，在全球能源结构中占有十分重要的地位。在当前全球能源和环境向人类亮出“黄牌警告”之时，以高新技术将可再生的生物质能转化为洁净的高品位气体和液体燃料作为化石燃料的替代能源，用于电力、交通运输、城市煤气等方面，颇受世界各国的重视。中国是一个农业大国，生物质能源十分丰富，生物质废弃物的总量，约相当于我国煤炭年开采量的 50%，总计约 6.56 亿吨标煤。但是长期以来，这些生物质并未得到充分合理的利用，目前利用率仅有 30% 左右，而且其能源利用方式极为原始，大多数物质以直接燃烧为主，这是一项巨大的资源浪费。因此，开发利用生物质能源，缓解我国 21 世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义。

广州能源研究所为加快生物质气化发电高技术的产业化进程，与博罗县共建“博罗九能高新技术有限公司”，兴建了规模化、标准化的现代生产基地，成套地生产各型符合国家标准的生物质气装置，并在台湾建成了 3000 千瓦的用于处理谷壳等生物质气化发电系统。而且还打入国际市场，在泰国、缅甸分别建成了 600 千瓦的用于处理谷壳、木屑等生物质气化发电系统。

第二章、生物质气化发电

马 隆 龙

辽宁省能源研究所 营口115000

摘 要：生物质气化发电系统采用农业、林业和工业废弃物为原料，也可以以城市垃圾为原料。固定床气化炉用于小规模气化发电系统，采用内燃机发电方式；流化床气化炉用于大、中规模气化发电系统，采用燃气轮机或蒸汽轮机发电方式，也可采用内燃机发电方式。 一、前言

尽管人们对能源的需求日益增长，然而作为人类目前主要能源来源的化石燃料却迅速地减少，也许不久的将来会被用尽。七十年代的能源危机也证明了这一点。因此，寻找一种可再生的替代能源便成为社会普遍关注的焦点。生物质能源是一种理想的可再生能源，它来源广泛，每年都有大量的工业、农业及森林废弃物产出。即使不被用于生产能源，这些废弃物的处理也是令人头疼的事情。仅欧盟每年便产

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出五亿吨(干基)这类物质。另外，世界上87%的能源需求来源于化石燃料，这些燃料燃烧时，向大气中排放出大量的二氧化碳。而生物质作为燃料时，由于生物质在生长时需要的二氧化碳量相当于它燃烧时排放的二氧化碳量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零。而且，生物质中硫的含量极低，基本上无硫化物的排放。

所以，利用生物质作为替代能源，对改善环境，减少大气中二氧化碳含量从而减少“温室效应”都有极大的好处。因此，将生物质作为化石燃料的替代能源，便会向社会提供一种各方面都可被接受的可再生能源。

生物质气化技术是本世纪出现的利用生物质作为能源的一种新技术，至今已有了较快的发展。很多研究人员在该领域进行了不同技术的研究。尤其是近年来欧洲很多技术人员对生物质气化发电技术进行了大量的研究，并取得了相当的成果。但我国目前在该领域的研究较少。本文简单介绍生物质气化发电技术和中-意合作项目“生物质气化发电及综合利用”。

二、气化发电原理及工艺流程

经处理的（以符合不同气化炉的要求）生物质原料，由进料系统送进气化炉内。由于有限地提供氧气，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。气化气一般与物料进行热交换以加热生物质原料，然后经过冷却及净化系统。在该过程中，灰分、固体颗料、焦油及冷凝物被除去，净化后的气体即可用于发电，通常采用蒸汽轮机、燃气轮机及内燃机。

1. 气化炉

气化炉是生物质气化的主要设备。在这里，生物质经燃烧、气化转化为可燃气。气化炉分固定床气化炉、流化床气化炉及携带床气化炉。 1.1固定床气化炉

固定床气化炉可分为下吸式、上吸式`横吸式及开心式气化炉种类型。

下吸式固定床气化炉的特征是气体和生物质物料混合向下流动。通过高温喉管区（只有下吸式设有喉管区）。生物质在喉管区发生气化反应，而且焦油也可以木炭床上进行裂解。一般情况下，下吸式固定床气化炉不设炉栅，但如果原料尺寸较小也可设炉栅。此种气化炉结构简单，运行比较可靠，适于较干的大块物料或低灰分大块同少量粗糙颗料的混合物料，其最大处理量是500kg/h。目前欧洲的一些国家已用于商业运行。

上吸式固定床气化炉的特点是气体的流动方向与物料运动方向相反。向下流动的生物质原料被向上流动的热气体烘干、裂解。在气休炉底部，固定碳与空气中的氧气进行不完全燃烧、气化，产生可燃气体。上吸式固定床气化炉的热效率比其它固定床气化炉的高。且对原料要求不很严格。尽管目前没有较大型号，便在原理上其容量不受限制。该种气化炉主要应用在欧洲及东南亚一些国家。

横吸式固定床气化炉的特点是空气由侧方向供给，产出气体由侧向流出。气体流横向通过燃烧气化区。它主要用于木炭气化。在南美洲应用广泛并投入商业运行。

开心式固定床化炉同下吸式相似，气流同物料一起向下流动。但是由转动炉栅代替了喉管区。主要反应在炉栅上部的燃烧区进行。结构简单而且运行可靠。它是由我国研制的，主要用于稻壳气化，并已投入商业运行多年。

表1是固定床化炉对原料的一般要求。

表1 固定床气化炉对原料的要求

气化炉类型 原料类型 尺寸（mm） 水分（db%） 灰分（db%） 下吸式 废水 20—100 <25 <6 上吸式 废木 5—100 <60 <25 横吸式 木炭 40—80 <7 <6 开心式 稻壳 1—3 <12 20 1.2 流化床气化炉

流化床气化炉具有气、固接触，混合均匀和转换率高的优点，是唯一在恒温床上进行反应的气化炉，反应温度为700~850℃，，原料要求相当小的颗粒。其气化反应在流化床内进行，产生的焦油也可在流化床内裂解。流化介质一般选用惰性材料（如砂子），由于灰渣的热性质易发生床结渣而丧失流化床功能，因此要控制好运行温度。

流化床气化炉分单床气化炉、循环气化炉和双床气化炉。单床气化炉只有一个流化床，气化后生成的气化气直接进入净化系统中；循环流化床的流化速度较高，能使产出气体中带走大量固体，经旋风分离器后使这些固体返回流化床，与单床相比，提高了碳的转化率；双流化床与循环床相似，不同的是第1级反应器的流化介质被第2级反应器加热。在第1级反应器中进行裂解反应。第2级反应器中进行气化反应，双流化床的碳转化率也很高。 1.3携带床气化炉

携带床气化炉是流化床气化炉的一种特例，它不使用惰性材料，提供的气化剂直接吹动生物质原料。该气化炉要求原料破碎成细小颗粒，其运行温度高达成1100~1300℃，产出气体中焦油成分及冷凝物含量很低，碳转化率可达100%。由于运行温度高易烧结。故选材较难。

2. 气化产物及处理

不同气化炉及不同气化方式产出气体成分也不相同。其气体成分在5MJ/Nm（低热值气

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体）~15MJ/Nm（中热值气体）之间，见表2。

表2 各种气化炉产出气体热值

类型 空气 氧气 下吸式 □ ○ 上吸式 □ ○ 横吸式 □ ○ 开心式 □ 单流床 □ ○ ○ ○ 双流床 ○ 循环床 ○ 携带床 ○ 3

蒸汽