新能源发电与控制技术第3版 惠晶第6章 生物质能的发电与控制技术

第6章 生物质能的发电与控制技术,第6章 生物质能的发电与控制技术,机械工业出版社,机械工业出版社,2,第6章 生物质能的发电与控制技术,机械工业出版社,3,本章主要内容,6.1生物质能的形式及其利用 6.2 生物质能的制取与发电技术 6.3生物质能的并网发电及对电网的影响 6.4生物质能发电的经济技术性评价,第6章 生物质能的发电与控制技术,机械工业出版社,4,第6章 生物质能的发电与控制技术,6.1 生物质能的形式及其利用,6.1.1生物质能的概念 生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。目前广泛使用的化石能源如煤、石油和天然气等，也是由生物质能转变而来的。 生物质能的优点是燃烧容易、污染少、灰分较低；缺点是热值及热效率低，直接燃烧生物质的热效率仅为1030，体积大而且不易运输。,机械工业出版社,5,第6章 生物质能的发电与控制技术,生物质在生长过程中通过光合作用吸收CO2，在其作为能源利用过程中，排放的CO2 又有效地通过光合作用而被生物质吸收，因而，其产生和利用过程构成了一个CO2 的闭路循环。即,CO2+H2O+太阳能 叶绿素 ( CH2O) +H2 O （6-1）,( CH2O) 燃烧 CO2+热量 （6-2）,( CH2O) 是生物质生长过程中吸收的碳水化合物的总称。当上述两个反应的CO2 达到平衡时，将对缓解日趋严重的温室气体效应产生重要的作用。,机械工业出版社,6,生物质转化技术有,直接燃烧方式 物化转换方式 生化转化方式 植物油利用方式,第6章 生物质能的发电与控制技术,各种生物质转化技术的分类和相关子技术如图6-1所示。,机械工业出版社,7,第6章 生物质能的发电与控制技术,图6-1 生物质转化技术,机械工业出版社,8,第6章 生物质能的发电与控制技术,6.1.2 生物质能存在的形式,森林能源及其废弃物 农作物及其副产物 禽畜粪便 生活垃圾,机械工业出版社,9,第6章 生物质能的发电与控制技术,6.1.3生物质能的开发利用,直接燃烧获取热能 沼气 乙醇 甲醇 生物质气化产生的可燃气体及裂解产品,1生物质可以转化的能源形式,机械工业出版社,10,第6章 生物质能的发电与控制技术,生物质压缩成型和固体燃料制取技术 生物质气化技术 生物质热裂解液化制取生物油技术 干湿法厌氧消化制取沼气技术,2生物质能的实用转化技术,机械工业出版社,11,第6章 生物质能的发电与控制技术,高效直接燃烧技术和设备 薪材集约化综合开发利用 生物质能的液化、气化等新技术开发利用 城市生活垃圾的开发利用 能源植物的开发,3生物质能转化技术的应用前景,机械工业出版社,12,第6章 生物质能的发电与控制技术,拓宽农业服务领域、增加农民收入 缓解我国能源短缺、保证能源安全 治理有机废弃物污染、保护生态环境 广泛应用生物技术、发展基因工程,4我国发展和利用生物质能源的意义,第6章 生物质能的发电与控制技术,13,机械工业出版社,生物质燃气炉,生物质水暖锅炉,第6章 生物质能的发电与控制技术,14,机械工业出版社,生物质洁燃锅炉,生物质洁燃气化锅炉,机械工业出版社,15,6.2 生物质能的制取与发电技术,由于电能具有清洁、易传输、易使用等优良特性，只要提供电能，几乎所有的设备都可以满足各自的需要。因而生物质能除了直接转化成热能供消费外，最终消费形式还是以转化成电能为主。,第6章 生物质能的发电与控制技术,机械工业出版社,16,第6章 生物质能的发电与控制技术,农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电 垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电 生物质直接液化制燃料油发电 沼气发电,生物质能发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括,机械工业出版社,17,第6章 生物质能的发电与控制技术,6.2.1生物质能发电产业的发展状况,国外生物质能发电产业的发展状况 欧美发达国家从1990年以来开始大力发展生物质能发电。2002年约翰内斯堡可持续发展世界峰会以来，许多国家将生物质能作为21世纪可再生能源发展领域的战略重点，生物质能的开发利用正在全球加快推进。截至2011年，全世界生物质能发电装机容量已达5000万 kW，年发电量约2500亿 kW·h，可替代9000万t标准煤，是风电、光电、地热等可再生能源发电量的总和。截止2010年西方工业国家生物质能发电只占整个电力生产的1，预计到2020年，其15的电力将来自生物质能发电。,机械工业出版社,18,第6章 生物质能的发电与控制技术,我国生物质能发电产业的发展状况 2005年我国可再生能源法明确指出“ 国家鼓励和支持可再生能源并网发电”，我国生物发电产业得以发展迅速。截至2007年底，国家和各省已核准项目87个，总装机规模 220万kW，已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个，在建项目30多个。根据 可再生能源中长期发展规划和可再生能源发展“十二五”规划确定的主要发展目标，到2015年，国内生物质能发电装机规模不低于1300万kW（农林生物质能发电800万kW，沼气发电200万kW，垃圾焚烧发电300万kW），到2020年，生物质能发电装机容量将达到2000万kW。,机械工业出版社,19,第6章 生物质能的发电与控制技术,6.2.2生物质能发电技术,生物质能发电主要是利用农业、林业和工业废料或垃圾为原料，采取直接燃烧或气化的方式发电。,1生物质直接燃烧发电技术,生物质直接燃烧发电是指把生物质原料送入适合生物质燃烧的特定锅炉中直接燃烧，产生蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。,机械工业出版社,20,第6章 生物质能的发电与控制技术,生物质直接燃烧发电的关键技术包括,原料预处理 生物质锅炉防腐 提高生物质锅炉的多种原料适用性 燃烧效率、蒸汽轮机效率 生物质直接燃烧发电利用技术又可分为单燃生物直燃技术和生物质与煤混合直燃技术。,机械工业出版社,21,第6章 生物质能的发电与控制技术,（1）单燃生物直燃技术,秸秆等生物质与常规燃料的区别主要有以下几点,秸秆的含水量较大 秸秆的堆积密度较小 其燃烧机理与煤不同,机械工业出版社,22,第6章 生物质能的发电与控制技术,（2）生物质与煤混合直燃技术,生物质与煤有2种混合燃烧方式,生物质直接与煤混合燃烧，产生蒸汽以带动蒸汽轮机发电. 将生物质在气化炉中气化产生的燃气与煤混合燃烧，产生蒸汽，带动蒸汽轮机发电.,机械工业出版社,23,第6章 生物质能的发电与控制技术,混合燃烧的技术优势,煤与生物质共燃，可以利用现役电厂提供一种快速而低成本的生物质能发电技术，具有廉价和低风险。 煤粉燃烧发电效率高，可达35以上。 生物质燃烧低硫低氮，在与煤粉共燃时可以降低电厂的SO2和NOx及CO2的排放。,机械工业出版社,24,第6章 生物质能的发电与控制技术,生物质直接燃烧发电技术中的生物质燃烧方式包括,固定床燃烧方式 流化床燃烧等方式,机械工业出版社,25,第6章 生物质能的发电与控制技术,固定床燃烧。固定床燃烧对生物质原料的预处理要求较低，生物质经过简单处理甚至无须处理就可投入炉排炉内燃烧。固定床燃烧的燃料在固定或者移动的炉排上实现燃烧，空气从下方透过炉排供应上部的燃料，燃料处于相对静止的状态，燃料入炉后的燃烧时间可由炉排的移动或者振动来控制，以灰渣落入炉排下或者炉排后端的灰坑为结束。 流化床燃烧。要求将大块的生物质原料预先粉碎至易于流化的粒度，其燃烧效率和强度都比固定床高。,机械工业出版社,26,第6章 生物质能的发电与控制技术,2生物质气化发电技术,生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化成燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。生物质在气化炉中气化生成可燃气体，经过净化后驱动内燃机或小型燃气轮机发电。,根据燃气发电设备的不同，生物质气化发电可分为内燃机发电系统、燃气轮机发电系统及煤气蒸汽联合循环发电系统，如图6-2所示。,机械工业出版社,27,第6章 生物质能的发电与控制技术,图6-2 生物质气化发电方式,机械工业出版社,28,第6章 生物质能的发电与控制技术,内燃机发电系统以简单的燃气内燃机组为主，内燃机一般由柴油机或天然气机改造而成，可单独燃用低热值燃气，也可以燃气、油两用。 燃气轮机发电系统采用低热值燃气轮机，燃气需增压，否则发电效率较低，由于燃气轮机对燃气质量要求高，并且需有较高的自动化控制水平和燃气轮机改造技术。 燃气蒸汽联合循环发电系统是在内燃机、燃气轮机发电的基础上增加余热蒸汽的联合循环，这种系统可以有效地提高发电效率。,机械工业出版社,29,第6章 生物质能的发电与控制技术,从发电规模上分，生物质气化发电目前主要有小型气化发电、中型气化发电和大型气化发电3种模式。,小型气化发电采用简单的气化内燃机发电工艺，规模一般小于200kW，发电效率一般在1420。 中型气化发电除了采用气化内燃机(或燃气轮机)发电工艺外，同时增加余热回收和发电系统，气化发电系统的总效率可达到25 35。 大规模的气化燃气轮机联合循环发电系统作为先进的生物质气化发电技术，能耗比常规系统低，总体效率高于40 。,机械工业出版社,30,第6章 生物质能的发电与控制技术,表6-1 各种生物质气化发系统的应用和特点,机械工业出版社,31,第6章 生物质能的发电与控制技术,生物质气化发电工艺包括3个过程：,生物质气化。把固体生物质转化为气体燃料。 气体净化。气化出来的燃气都带有一定的杂质包括灰分、焦炭和焦油等，要经过净化系统把杂质除去，以保证燃气发电设备的正常运行。 燃气发电。,机械工业出版社,32,第6章 生物质能的发电与控制技术,生物质气化发电系统如图6-3所示。,图6-3 生物质气化发电系统,机械工业出版社,33,第6章 生物质能的发电与控制技术,生物质气化发电装置主要由以下6部分组成。,进料机构 燃气发生装置 燃气净化装置 燃气发电机组 控制装置 废水处理设备,机械工业出版社,34,第6章 生物质能的发电与控制技术,进料机构。进料机构采用螺旋加料器，动力设备是电磁调速电机。螺旋加料器不但可以连续均匀进料，还能有效地将气化炉同外部隔绝密封起来，使气化所需的空气只由进风机控制进人气化炉，调节电磁调速电机的转速则可任意调节生物质进料量。,燃气发生装置。燃气发生装置可采用循环流化床气化炉或其他可连续运行的气化炉，主要由进风机、气化炉和排渣螺旋机构构成。生物质在气化炉中经高温热解气化生成可燃气体，气化后剩余的灰分则由排渣螺旋及时排出炉外。,机械工业出版社,35,第6章 生物质能的发电与控制技术,燃气净化装置。燃气净化包括除尘、除灰和除焦油等过程。为了保证净化效果，可采用多级除尘技术，例如惯性除尘器、旋风分离器、文氏管除尘器、电除尘等，经过多级防尘，燃气中的固体颗粒和微细粉尘基本被清洗干净，除尘效果较为彻底；燃气中的焦油采用吸附和水洗的办法进行清除，主要设备是两个串联起来的喷淋洗气塔。,燃气发电装置。可采用燃气发电机组或燃气轮机。,机械工业出版社,36,第6章 生物质能的发电与控制技术,控制装置。由电控柜，热电偶及温度显示表，压力表及风量控制阀或电脑监控系统所构成。 废水处理设备。采用过滤吸附、生物处理或化学、电凝聚等办法处理废水，处理的废水可以循环使用。,机械工业出版社,37,第6章 生物质能的发电与控制技术,3.生物质气化技术,生物质气化是在一定的热力学条件下，将组成生物质的碳氢化合物转化为含一氧化碳和氢气等可燃气体的过程。为了提供反应的热力学条件，气化过程需要供给空气或氧气，使原料发生部分燃烧。气化过程和常见的燃烧过程的区别是燃烧过程中供给充足的氧气，使原料充分燃烧，目的是直接获取热量，燃烧后的产物是二氧化碳和水蒸气等不可再燃烧的烟气；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。气化后的产物是含氢、一氧化碳和低分子烃类的可燃气体。,机械工业出版社,38,第6章 生物质能的发电