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乾貨 | 生物質發電技術彙總及經濟效益對比分析

點擊:7350  添加時間:2018-11-02 16:12:00  来源:工业过程气体监测技术

生物質能一直是人類賴以生存的重要能源,它是僅次於煤炭、石油和天然氣,居於世界能源消費總量第四位的能源,在整個能源系統中佔有重要地位。有關專家估計,生物質能極有可能成爲未來可持續能源系統的重要組成部分,採用新技術生產的各種生物質替代燃料將佔全球總能耗的40%以上。

一、生物質發電技術

生物質發電技術主要包括生物質直接燃燒發電、氣化發電以及與煤混合燃燒發電等技術。

1、生物質直接燃燒發電

生物質直接燃燒發電是指把生物質原料送入適合生物質燃燒的特定鍋爐中直接燃燒,產生蒸汽,帶動蒸汽輪機及發電機發電。已開發應用的生物質鍋爐種類較多,如木材鍋爐、甘蔗渣鍋爐、稻殼鍋爐、秸稈鍋爐等。生物質直接燃燒發電的關鍵技術包括原料預處理,生物質鍋爐防腐,提高生物質鍋爐的多種原料適用性及燃燒效率、蒸汽輪機效率等技術。生物質直接燃燒發電技術中的生物質燃燒方式包括固定牀燃燒或流化牀燃燒等方式。固定牀燃燒對生物質原料的預處理要求較低,生物質經過簡單處理甚至無須處理就可投入爐排爐內燃燒。流化牀燃燒要求將大塊的生物質原料預先粉碎至易於流化的粒度,其燃燒效率和強度都比固定牀高。

另外,由於我國的生物質種類多,成分複雜,收集運輸困難,而且主要的農業廢棄物受到農業生產和季節性的影響不能保證全年供應,所以與燃煤鍋爐對燃料單一性的要求不同,生物質鍋爐要求能適應多種生物質原料,以保證燃料供應的穩定性。我國的生物質鍋爐和小型蒸汽輪機技術已基本成熟,但設備規模較小,參數較低,與進口設備相比效率較低。生物質直接燃燒發電技術比較成熟,在大規模生產條件下具有較高的效率。該技術在我國應用較少,因爲它要求生物質資源集中,數量巨大,如果大規模收集或運輸生物質,將提高原料成本,因此該技術比較適於現代化大農場或大型加工廠的廢物處理。

表1. 6MW和25MW生物質直接燃燒發電技術指標

6MW和25MW生物質直接燃燒發電技術指標

2、生物質氣化發電

生物質氣化發電是指生物質在氣化爐中氣化生成可燃氣體,經過淨化後驅動內燃機或小型燃氣輪機發電。氣化爐應對不同種類的生物質原料有較強的適應性。內燃機一般由柴油機或天然氣機改造而成,以適應生物質燃氣熱值較低的要求;燃氣輪機要求容量小,適於燃燒高雜質、低熱值的生物質燃氣。

生物質氣化發電包括小型氣化發電和中型氣化發電2種模式:小型氣化發電採用簡單的氣化—內燃機發電工藝,發電效率一般在14%-20%,規模一般小於3MW。中型氣化發電除了採用氣化—內燃機(或燃氣輪機)發電工藝外,同時增加餘熱回收和發電系統,氣化發電系統的總效率可達到25%-35%。

另外,大規模的氣化—燃氣輪機聯合循環發電系統作爲先進的生物質氣化發電技術,能耗比常規系統低,總體效率高於40%,但關鍵技術仍未成熟,尚處在示範和研究階段。

根據我國已完成的MW級生物質氣化發電技術的實際情況,將生物質氣化發電技術經濟指標列於表2。

生物質氣化發電技術經濟指標

3、生物質混合燃燒發電

“生物質混合燃燒發電是指將生物質原料應用於燃煤電廠中,和煤一起作爲燃料發電。生物質與煤有2種混合燃燒方式:

①生物質直接與煤混合燃燒,產生蒸汽,帶動蒸汽輪機發電。生物質要進行預處理,生物質預先與煤混合後再經磨煤機粉碎,或生物質與煤分別計量、粉碎。生物質直接與煤混合燃燒要求較高,並非適用於所有燃煤發電廠,而且生物質與煤直接混合燃燒可能會降低原發電廠的效率。

②將生物質在氣化爐中氣化產生的燃氣與煤混合燃燒,產生蒸汽,帶動蒸汽輪機發電,即在小型燃煤電廠的基礎上增加一套生物質氣化設備,將生物質燃氣直接通到鍋爐中燃燒。生物質燃氣的溫度爲800℃左右,無須淨化和冷卻,在鍋爐內完全燃燒所需時間短。這種混合燃燒方式通用性較好,對原燃煤系統影響較小。

混合燃燒方式

二、生物質發電技術投資分析

1、生物質直接燃燒發電項目投資

生物質直接燃燒發電要求生物質資源集中,數量巨大,在大規模利用下才有明顯的經濟效益。小型生物質直接燃燒發電系統已在我國南方地區的許多糖廠得到應用,但一般只在甘蔗收榨季節運行;大型系統應用的較少,國內在建的幾個大項目所用設備均從發達國家引進,進口設備的投資成本幾乎是國產設備的2倍

進口設備的投資成本幾乎是國產設備的2倍

2、生物質氣化發電項目投資

生物質氣化發電項目投資

在新建小型MW級生物質氣化電站的投資中,主體設備投資約佔總投資的60%左右,單位投資隨着發電規模的增大而減小。6MW中型生物質氣化電站採用內燃機—蒸汽輪機聯合循環發電工藝,系統複雜,增加了餘熱回收及汽輪機發電系統,並且電網接入項要求較高,因而單位投資較小型氣化電站高,達到6500元/kW。內燃機—蒸汽輪機發電部分的投資(表6中前4項)約佔總投資的55%。

內燃機—蒸汽輪機發電部分的投資

3、生物質氣化混燒發電項目投資

在小型燃煤電站的基礎上增加一套生物質氣化設備,無須增加發電系統,並可直接利用燃煤電站原有建築和基礎設施。主要投資項目包括氣化爐和燃料供應系統,這2項投資約佔增加投資的83%,單位投資在300元/kW以下。

綜合比較以上各種生物質發電技術經濟指標

綜合比較以上各種生物質發電技術經濟指標可以看出:

①生物質氣化混燒發電的單位投資成本是最經濟的,而且系統簡單;

②同一發電技術的單位投資成本一般隨着發電規模的增大而減小,同一發電規模的進口設備比國產設備投資成本高;

③系統規模越大,系統越複雜,所以主體設備投資佔總投資比例隨着系統規模的增大而減小。

三、生物質發電技術的適用性

通過以上分析,可以得出以下結論:

①生物質與煤混合燃燒發電技術投資少,發電效率決定於原燃煤電站的效率,其中生物質氣化混燒發電對原有電站的影響比直接混燒發電對原有電站的影響小,通用性較強。

②由於氣化發電技術關鍵設備——小型低熱值燃氣輪機技術尚未成熟,因此對10MW以上的生物質發電系統而言,比較有優勢的技術是直接燃燒發電。對10MW以下的生物質發電系統而言,氣化—餘熱發電系統與直接燃燒發電系統投資接近,但氣化—餘熱發電系統效率遠高於直接燃燒發電系統,所以具有更大的優勢,特別適合於5~6MW規模的生物質發電系統

生物質發電系統

在各類生物質發電技術中,混燒發電技術的投資經濟性最好,但需要附屬於已有的燃煤電廠,其發電經濟性決定於原電廠的效率,而且會對原電廠有一定的影響。生物質氣化發電技術的發電規模比較靈活,投資較少,適於我國生物質的特點,但是技術還不成熟,須要進一步發展和完善。直接燃燒發電技術成熟,但在小規模應用情況下蒸汽參數難以提高,只有大規模利用才具有較好的經濟性,目前我國主要是引進國外先進技術和設備加以利用。該技術投資大,要求集中收集生物質原料,原料成本高。

原標題:乾貨 | 生物質發電技術彙總及經濟效益對比分析

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