（四川电力设计咨询有限责任公司 四川成都 610000）
摘要：首先介绍了生物质气化多联产的工艺流程，结合具体装机方案，对整个系统配置情况进行了阐述，与传统生物质利用方式先比，气化多联产综合效率更高。最后根据项目装机规模对气化炉、燃气内燃发电机组的主要选型参数进行了说明。本文结合工程案例，对今后生物质气化多联产的工程实践提供了参考。
关键词：生物质气化；发电系统；内燃机；生物质炭；梯级利用
1 引言
生物质资源分布广泛、储量大，在我国可再生能源中占有重要比例。生物质气化发电技术是一种清洁高效的能源利用技术，经过多年的不断探索和发展，生物质能已在实际工程中取得了广泛应用，如何将生物质能最大化的被人类利用成为当前能源领域研究的一个热点。利用生物质进行发电、供热和产炭，符合分布式能源项目中能量梯级利用的理念，资源综合利用效率高，国家大力提倡，本文主要介绍了一种生物质气化多联产技术在工程中的应用。
2 工艺系统
生物质气化多联产技术是将生物质气化技术和燃气发电系统进行整合，利用生物质气化产生的可燃气体进入燃气内燃机进行发电的过程，通过内燃机燃烧做功后的尾气经配套的烟气余热回收装置将余热转换为蒸汽或热水，为周边用户供热量。
图1 20MW生物质气化多联产系统工艺流程图
1、炉前料仓，2、给料螺旋输送机，3、床料给料装置，4、点火装置，5、底部排渣装置，6、气化炉本体，7、一级旋风分离器，8、二级旋风分离器， 9、一级喷淋塔，10、二级喷淋塔，11、旋流塔，12、净化塔，13、离心过滤器，14、燃气增压风机，15、稳压罐，16、碰撞除焦器，17、冷凝器，18、炭冷却螺旋输送机，19、炭冷却螺旋输送机，20、炭仓，21、鼓风机，22、喷淋液循环水池，23、喷淋液循环水冷却塔，24、水槽，25、发电机循环水池，26、发电机循环水冷却塔，27、内燃发电机组，28、气液分离器。
本文中涉及的20MW级生物质气化多联产项目，具体工艺流程为：生物质成型颗粒由流化床气化炉前给料装置，送入气化反应器后与气化剂反应产生成可燃气体，燃气经冷却、净化后送往内燃机组进行发电和供热；在气化炉中，经过充分气化反应的秸秆转化为生物质炭，通过炉底的冷却装置在隔绝空气条件下完全冷却，并由炭输送系统输送至炭仓库储存。
通过合理设计气化反应器炉膛直径、高度及气化反应器的附属设备，保证炉内优良的气化条件及秸秆成型颗粒在炉内的停留时间，最终实现生物质原材料的高效转化利用。生物质气化多联产的工艺流程如上图1所示。
2.1 生物质原料供应
生物质是一种可再生清洁能源，其含硫量非常低，与燃煤相比，对环境的影响要小得多。由于季节性原因，导致生物质原料的水份很难严格控制，根据工程实践经验，为保证气化炉平稳可靠的运行，进入气化炉前料仓的生物质成型颗粒含水率不得高于15%，否则应对原材料进行晾晒或烘干处理。
为了实现生物质原料的运输和存放，需要对原材料进行成型处理，常用的成型设备有螺旋挤压机、活塞式往复压缩机等。本工程在计算生物质燃料耗量时，生物质成型颗粒低位发热量按14MJ/kg计算，装机规模为20MW，生物质原材料用量见下表1所示。
表1 20MW级生物质气化项目原材料耗量
规模小时用量（t/h）日用量（t/d）年用量（104t/a）
20MW37.2818.422.3
注：日运行时间按22小时计，年运行时间按6000小时计
2.2 燃气的主要特性
本项目采用的主要燃料为秸秆，制气工艺以空气作为气化剂，空气中的氧与生物质中的可燃组分进行氧化反应，反应过程中放出的热量为气化过程的其他反应提供所需热量，整个气化过程是一个自供热过程。由于空气中含有79%的氮气，氮气不参与反应，却稀释了生物质中可燃组分的含量，因此产出的燃气发热值偏低。与氧气气化、水蒸气气化等相比，由于技术简单、成本低廉，在实际工程中应用较多。生物质气化后的可燃气主要成份为一氧化碳（CO）、氢气(H2)、甲烷(CH4)和不饱和烃(CnHm)等。
2.3 燃气的净化
生物质气化炉出口燃料气中含有炭颗粒、灰颗粒、焦油、碱金属等其他杂质，这些杂质可能引起下游设备的堵塞、磨损、腐蚀和传热效果差等问题，所以为了满足气化发电系统中燃烧设备对燃料气的要求，在燃料气进入燃烧设备之前，必须除去这些杂质。本项目采用了以水为净化介质的湿式净化冷却工艺，根据燃气温度和含尘浓度的不断变化，分段配以不同性能的湿式除尘冷却设备，以除去燃气中的焦油和灰尘，再进一步利用后续燃气净化冷却设备得到洁净燃气，通过一系列燃气净化处理，以保证燃气品质满足燃气发电机组的工作要求。
2.4 燃气发电系统
经过冷却净化后的燃气经缓冲罐均压送入内燃发电机组，发电机与燃气发动机直接相连产生电力。生物质燃气热值低，与常规内燃机相比出力大大下降，为了保证相同的出力，内燃机的进料系统、燃烧系统和压缩比等必须进行改造。此外，由于燃气中氢气含量较高，可能会产生爆燃问题，为了安全可靠运行，一般要求进入燃气内燃机的氢气含量不得超过15%。
2.5 烟气余热利用
经过内燃机做功后的烟气温度较高，将烟气的热量通过扩大受热面积的热管段传递给带有压力汽包中的介质。在其中加热介质，采用自然循环的形式，把水变为饱和蒸汽，以充分提高整个系统的综合热利用效率。按单台机组实际输出负荷800kW/h计算，根据机组的燃烧特性，单台机组的排烟量约为3800kg/h，烟气温度约为530℃，则可生产0.5t/h的饱和蒸汽（0.6MPa、159℃）。
2.6 生物质炭的利用
完成气化反应的秸秆炭由炭冷却螺旋输送机排出，通过炉底的冷却装置在隔绝空气条件下进行完全冷却，并由炭输送系统输送至炭仓库储存。秸秆颗粒成型后的秸秆炭含碳量45%～55%，可用以生产炭基复合肥，应用前景广，市场价格高。
3 主机参数配置
项目总装机功率为20MW，采用生物质空气气化+燃气内燃机发电+烟气余热回收供蒸汽模式，装机方案为4×14000Nm3/h流化床气化炉+4套燃气净化系统+25×880kW内燃发电机组。
（1）气化炉
选用4台合肥德博公司研发的DBL-14000型气化炉，单台炉额定产气量14000Nm3/h，秸秆成型颗粒进入气化炉后，在炉内气流的推动下快速气化产生可燃气体，气化炉技术参数见表2所示。
4 结束语
（1）我国是一个农业大国，生物质资源丰富，国家能源局印发《生物质能发展“十三五”规划》，明确提出到2020年，生物质能年利用量约折合5800万吨标准煤。到“十三五期”末，生物质发电总装机容量达到1500万千瓦，大力发展生物质气化技术符合国情。
（2）采用生物质气化多联产技术，实现了能源的梯级利用，综合经济效益好，社会效益显著，可形成良好的示范带动作用，发展前景广阔。同时，由于技术上还存在一些问题没彻底解决，如燃气中焦油的无害化处理问题，还需要设备厂家、科研院所等机构继续努力。
参考文献
［1］黄剑光．浅谈生物质气化在发电技术应用[J]．应用能源技术，2009.4:25~29.
［2］宋鸿伟．生物质气化技术及BIGCC系统性能的研究，华北电力大学，硕士论文，2004.
安军（1985—）男，汉族，硕士研究生，工程师，主要从事热机设计工作。
论文作者:安军
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/17
标签：生物论文; 燃气论文; 内燃机论文; 机组论文; 气化炉论文; 颗粒论文; 技术论文; 《电力设备》2018年第16期论文;