河南沼氣設備廠家之生(sheng)物質是典型(xing)的分布(bu)式可再生(sheng)清潔(jie)能源，其燃燒發電可降低NO_x、SO₂等(deng)污染物(wu)的排(pai)放量，實現CO₂的低排放(fang)，是(shi)替代煤(mei)、石(shi)油、天然(ran)(ran)氣(qi)等常(chang)規(gui)化石(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)的可(ke)再生清潔(jie)能(neng)源(yuan)(yuan)之(zhi)一。當(dang)前，我(wo)國煤(mei)炭、石(shi)油、天然(ran)(ran)氣(qi)等常(chang)規(gui)能(neng)源(yuan)(yuan)造成的燃燒環境污染嚴重，且(qie)煤(mei)電產(chan)能(neng)嚴重過剩，清潔(jie)可(ke)再生能(neng)源(yuan)(yuan)的開發和利用受到高度重視。

一、燃煤(mei)機組耦合生物質氣化(hua)發電

 

在傳(chuan)統(tong)燃(ran)煤鍋爐(lu)的(de)基(ji)礎上(shang)，將生(sheng)物質氣化后的(de)合(he)成氣輸送到燃(ran)煤鍋爐(lu)進行再燃(ran)燒，還原主燃(ran)區產生(sheng)的(de)CO₂，降低選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝負荷(he)，不僅節(jie)省(sheng)了燃煤，還減少了SO_x、NO_x、粉塵和(he)CO₂等污染物的排(pai)放(fang)，有利(li)于生態環境的可(ke)持續發展。

 

生物(wu)質(zhi)氣化(hua)(hua)(hua)(hua)目前(qian)多(duo)采(cai)用循環流化(hua)(hua)(hua)(hua)床氣化(hua)(hua)(hua)(hua)技術，通過(guo)將生物(wu)質(zhi)和氣化(hua)(hua)(hua)(hua)介(jie)質(zhi)混(hun)合(he)后進行熱化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)反(fan)應生成H₂、CO和C_nH_m等可燃氣(qi)體，然后(hou)將此(ci)合成氣(qi)作為燃料直接(jie)(jie)送(song)入(ru)鍋爐與煤粉一(yi)起燃燒(shao)發電(dian)。與傳(chuan)統的生(sheng)物(wu)質直接(jie)(jie)燃燒(shao)發電(dian)相比(bi)，耦(ou)合氣(qi)化發電(dian)技術綜合發電(dian)效(xiao)率高，節省生(sheng)物(wu)質燃料可達25%~30%，其工(gong)藝(yi)流程簡單，無(wu)須專門再配置汽輪機、發電機以及煙氣凈化(hua)設備等，節省(sheng)建設成本。

 

目前(qian)國(guo)內外生物質氣化(hua)發電(dian)(dian)技術多采用加壓(ya)、富氧技術，相較(jiao)于常壓(ya)、空氣耦合發電(dian)(dian)技術，其對生物質種類(lei)適應(ying)性(xing)強、氣化(hua)效率高、合成(cheng)氣品質好，同時占(zhan)地(di)面積、燃(ran)氣管徑和設備均較(jiao)小，節(jie)省了(le)投資成(cheng)本(ben)，減少(shao)了(le)運(yun)行過(guo)程中的安(an)全(quan)隱患，對鍋爐的安(an)全(quan)運(yun)行提供了(le)保障。

 

二、生物質直燃(ran)發電

 

生物質(zhi)燃料(liao)直接燃燒(shao)發電技術在國際上應(ying)用(yong)較(jiao)多(duo)，研究(jiu)方向基本一樣(yang)，區別主要(yao)是(shi)針(zhen)對不同生物質(zhi)，爐前給(gei)料(liao)系統的(de)形式不一樣(yang)。

1 、打包(bao)上料(liao)＋爐前(qian)破碎(sui)

 

針對秸(jie)(jie)稈(gan)的(de)不同性質(zhi)，其(qi)方(fang)案是將收集到(dao)(dao)的(de)農作物秸(jie)(jie)稈(gan)打(da)包(bao)(bao)(bao)成捆，再利(li)用抓料(liao)(liao)(liao)機將其(qi)通過皮帶(dai)輸(shu)送(song)(song)裝置送(song)(song)入(ru)到(dao)(dao)高空布置的(de)旋(xuan)轉(zhuan)破碎(sui)機進(jin)行解包(bao)(bao)(bao)和破碎(sui)，破碎(sui)處(chu)理好的(de)生(sheng)(sheng)物質(zhi)經底部的(de)螺旋(xuan)給料(liao)(liao)(liao)機送(song)(song)入(ru)到(dao)(dao)爐膛，而一部分提前破碎(sui)好的(de)生(sheng)(sheng)物質(zhi)燃(ran)料(liao)(liao)(liao)不經破碎(sui)系統直接進(jin)入(ru)到(dao)(dao)螺旋(xuan)給料(liao)(liao)(liao)機。這種上料(liao)(liao)(liao)系統直接在農場里將燃(ran)料(liao)(liao)(liao)打(da)包(bao)(bao)(bao)成捆，使(shi)得運輸(shu)和儲存更加便(bian)利(li)，很好地解決了(le)秸(jie)(jie)稈(gan)尺(chi)寸長(chang)、難于運輸(shu)和占地面(mian)積(ji)大等問題(ti)。

 

該套進料(liao)系統需要(yao)通過傾斜皮(pi)帶裝置(zhi)將(jiang)成捆的生物質燃料(liao)送往破碎機，由于爐前破碎機布(bu)(bu)置(zhi)較高、尺(chi)寸較大，不利于設(she)備檢(jian)修(xiu)維護；另一方面，皮(pi)帶較高的支(zhi)撐結構(gou)增加了建設(she)期(qi)間的投資(zi)。目前一些生物質電廠將(jiang)垂直懸置(zhi)高空的破碎機改成水平布(bu)(bu)置(zhi)，節省了皮(pi)帶支(zhi)撐結構(gou)的費用(yong)，也(ye)使得設(she)備檢(jian)修(xiu)維護更加方便安全。

 

2 、爐前料(liao)倉＋二級給料(liao)

 

此方案(an)是目前生物質(zhi)(zhi)電廠給料(liao)(liao)系(xi)統采用.多的(de)一(yi)種(zhong)，其主要(yao)(yao)由料(liao)(liao)倉(cang)、底(di)部(bu)取料(liao)(liao)螺(luo)旋、給料(liao)(liao)螺(luo)旋等設備組成。主要(yao)(yao)工(gong)作流(liu)程為：將一(yi)部(bu)分收集(ji)來的(de)生物質(zhi)(zhi)燃料(liao)(liao)存(cun)放至料(liao)(liao)倉(cang)中，另(ling)一(yi)部(bu)分在爐(lu)膛燃燒(shao)時通過皮帶輸送(song)(song)裝置送(song)(song)到料(liao)(liao)倉(cang)，然后通過料(liao)(liao)倉(cang)底(di)部(bu)取料(liao)(liao)螺(luo)旋的(de)軸(zhou)向轉動提取燃料(liao)(liao)，將提取的(de)生物質(zhi)(zhi)燃料(liao)(liao)再通過給料(liao)(liao)螺(luo)旋進入(ru)到爐(lu)膛進行燃燒(shao)。

 

目前該(gai)方(fang)案中燃料(liao)(liao)的(de)輸送(song)量通過取料(liao)(liao)螺(luo)旋(xuan)的(de)旋(xuan)轉速度(du)控(kong)制，而給(gei)料(liao)(liao)螺(luo)旋(xuan)僅作為輸送(song)燃料(liao)(liao)用，一(yi)般全(quan)速運行(xing)。設置給(gei)料(liao)(liao)螺(luo)旋(xuan)主要是(shi)解(jie)決下料(liao)(liao)管(guan)直接(jie)與(yu)取料(liao)(liao)螺(luo)旋(xuan)連(lian)接(jie)導致的(de)給(gei)料(liao)(liao)距(ju)離長(chang)、需(xu)要的(de)設備(bei)強度(du)大問題，增(zeng)加(jia)給(gei)料(liao)(liao)螺(luo)旋(xuan)后，雖(sui)然增(zeng)加(jia)了前期投(tou)入，但從長(chang)遠運營的(de)角(jiao)度(du)看，降低了堵料(liao)(liao)等(deng)現象，增(zeng)加(jia)了運行(xing)安(an)全(quan)性，整體(ti)回報率(lv)較高。

 

3 、分料器＋一級給(gei)料

 

目前，國內(nei)已投產運行的(de)生物(wu)質(zhi)(zhi)電(dian)廠(chang)大部分設置有料倉(cang)(cang)，在(zai)實際運行中往往出(chu)現堵料現象，為了解決該(gai)問題，一些電(dian)廠(chang)開始嘗試取消(xiao)料倉(cang)(cang)的(de)給料方案，其主要流程(cheng)為：生物(wu)質(zhi)(zhi)燃(ran)料經皮帶輸送至(zhi)分料器，然(ran)后再通過分料器分配給兩套(tao)懸臂螺旋(xuan)給料機，進而將生物(wu)質(zhi)(zhi)燃(ran)料輸送至(zhi)爐膛內(nei)燃(ran)燒。

 

該(gai)進(jin)料(liao)(liao)(liao)系統相對于(yu)爐(lu)前料(liao)(liao)(liao)倉(cang)＋二級(ji)給料(liao)(liao)(liao)方案(an)，利用(yong)分料(liao)(liao)(liao)器替(ti)代取料(liao)(liao)(liao)螺旋裝置和(he)料(liao)(liao)(liao)倉(cang)，使得系統更加簡潔、靈(ling)活，減少了(le)燃料(liao)(liao)(liao)輸(shu)送(song)過程中可能(neng)出現的堵料(liao)(liao)(liao)環(huan)節。目前，一(yi)些(xie)國(guo)內的廠也(ye)開始采用(yong)這種方案(an)，但尚無機組投運，須觀察(cha)運行效果。

 

4 、活底料倉

 

活(huo)底料(liao)(liao)倉(cang)是(shi)國際(ji)上.初采用的給料(liao)(liao)方案(an)，其主要(yao)由(you)料(liao)(liao)倉(cang)、給料(liao)(liao)管、螺旋收集機(ji)、螺旋輸送機(ji)、螺旋分配機(ji)等設備組(zu)成。

 

該方案(an)的(de)主要流程為：料(liao)(liao)倉底部(bu)的(de)螺(luo)(luo)旋(xuan)收集(ji)機將(jiang)(jiang)料(liao)(liao)倉中(zhong)(zhong)的(de)燃(ran)料(liao)(liao)收集(ji)后輸送(song)(song)到(dao)螺(luo)(luo)旋(xuan)輸送(song)(song)機中(zhong)(zhong)，然后利用螺(luo)(luo)旋(xuan)輸送(song)(song)機將(jiang)(jiang)生(sheng)(sheng)物質燃(ran)料(liao)(liao)通過分(fen)配機分(fen)配到(dao)多個給料(liao)(liao)機中(zhong)(zhong)，進(jin)而送(song)(song)入到(dao)爐膛(tang)進(jin)行(xing)燃(ran)燒。該進(jin)料(liao)(liao)系(xi)統的(de)給料(liao)(liao)量由(you)螺(luo)(luo)旋(xuan)收集(ji)機控制，螺(luo)(luo)旋(xuan)收集(ji)機通過自(zi)身軸向旋(xuan)轉和圍繞料(liao)(liao)倉中(zhong)(zhong)心做圓周轉動這兩(liang)種運動，將(jiang)(jiang)分(fen)散在料(liao)(liao)倉底部(bu)的(de)生(sheng)(sheng)物質運送(song)(song)到(dao)螺(luo)(luo)旋(xuan)輸料(liao)(liao)機入口(kou)。

 

三(san)、生物質與燃煤混燒發電

 

生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)與燃煤(mei)混燒(shao)發(fa)電(dian)是在燃煤(mei)的(de)基(ji)礎上摻混生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)進行發(fa)電(dian)，利(li)用了煤(mei)炭和生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)燃料的(de)不同(tong)特性的(de)協同(tong)效應。國內生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)發(fa)電(dian)與燃煤(mei)直(zhi)接(jie)混燒(shao)發(fa)電(dian)為(wei)主，其基(ji)本思(si)路(lu)以等(deng)量(liang)代替為(wei)原則，即按照生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)發(fa)電(dian)新增裝機容(rong)量(liang)和發(fa)電(dian)量(liang)，等(deng)量(liang)消減燃煤(mei)機組裝機容(rong)量(liang)和發(fa)電(dian)量(liang)，從而消減電(dian)站(zhan)鍋爐燃煤(mei)量(liang)，實現(xian)清(qing)潔能源的(de).大化(hua)利(li)用，加快能源結構(gou)低碳化(hua)綠色(se)化(hua)轉型。

 

近年來，我(wo)國加大了(le)生物(wu)質與燃煤(mei)混(hun)燒的(de)研究，已有多個研究機構眾多學者通過實(shi)驗和模擬研究，除(chu)了(le)對生物(wu)質儲存、運輸、破(po)碎和輸送系統的(de)可行性和安全性分析研究外，還重點(dian)對生物(wu)質生成的(de)飛(fei)灰能否用于建筑行業進行了(le)研究。

 

四、生物質沼氣發電(dian) 

生物質沼氣(qi)發(fa)電(dian)技術是(shi)集(ji)節能(neng)與環保(bao)于一體的(de)新型發(fa)電(dian)技術，主要(yao)是(shi)利用有機(ji)廢棄物以及城(cheng)市生活垃圾經發(fa)酵處理(li)產生沼氣(qi)，沼氣(qi)燃燒(shao)驅(qu)動發(fa)電(dian)機(ji)組發(fa)電(dian)。發(fa)酵生成的(de)沼氣(qi)主要(yao)有CH₄、CO、H₂、H₂S、NH₃、CO₂、N₂、O₂、C_nH_m（除CH₄）等氣體組成，其中(zhong)有機物CH₄和C_nH_m占(zhan)60%左右(you)，CO₂質量(liang)分數占35%左右，其余氣體(ti)質量(liang)分數占比不超過5%，其(qi)原料配比、條件(jian)和發酵階段不同產(chan)生的沼(zhao)氣成分不同，目前研究得出(chu)適(shi)合(he)厭氧發酵沼(zhao)氣的條件(jian)為(wei)：pH為(wei)6.8~7.5，溫度為(wei)30~45℃，原料(liao)碳氧物(wu)質的量(liang)比為(wei)20%~30%。

 

沼氣是(shi)一種清潔能源，其燃燒后(hou)產生的SO_x、NO_x和粉塵(chen)排放(fang)量遠低于(yu)直燃和混燃生(sheng)物(wu)質(zhi)燃料(liao)，與其他技術相比，不僅能(neng)更大程度(du)地改(gai)善生(sheng)態環(huan)境，而且能(neng)夠形成(cheng)綠色循環(huan)的能(neng)源綜合系統，實現社會的可(ke)持(chi)續化(hua)發展(zhan)。但是由于(yu)生(sheng)物(wu)質(zhi)沼氣發電(dian)對(dui)生(sheng)物(wu)質(zhi)種類要(yao)求高，且能(neng)夠滿足發酵的原料(liao)少，所以對(dui)于(yu)規劃在(zai)大型農(nong)場附近總裝機容量較(jiao)小的機組，可(ke)以優先考慮(lv)發展(zhan)生(sheng)物(wu)質(zhi)沼氣發電(dian)。

 

結(jie)語 

我(wo)國生物(wu)質資源豐富，但是受到運輸、儲存(cun)等因素影響，目(mu)前利用率不(bu)足10%，仍有很大(da)的(de)發展(zhan)利用(yong)空間(jian)。基于目(mu)前生(sheng)物(wu)質研究現狀，發展(zhan)生(sheng)物(wu)質與燃(ran)(ran)煤(mei)混合發電(dian)并(bing)逐(zhu)步代替燃(ran)(ran)煤(mei)發電(dian)，是加快電(dian)力結構(gou)轉型(xing)升級、治理環境污染(ran)的(de)有效手段(duan)。

 

（參考資料：鞏(gong)時(shi)尚，張博(bo)等《國(guo)內生物質發電技(ji)術方案對比(bi)分析》；圖片來源于網(wang)絡）

來源：@沼氣(qi)圈

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