生物质气化蒸汽联合循环发电系统

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1、生物质气化一蒸汽联合循环发电系统’2阴秀丽，吴创之，马隆龙，陈平，周肇秋(中国科学院广州能源研究所广州510640)摘要:介绍了5.5MW生物质气化一蒸汽联合循环发电系统。该系统包括一个20MWt的循环流化床气化炉和气体净化系统，10台450kW内燃机，一台废热锅炉和一台BOOM蒸汽轮机，设计效率28%。对气化炉的运行特性和450kW燃气发电机组发电效率测试结果进行了分析。、结果表明:当气化温度控制在700-8000C，气体热值可基本稳定在5680-6220kJ/Nm3之间。在50%负荷条件下，当量比ER=0.22-0.35时，碳转化率80-97%，气化效率60-80%。当机组负荷维持在

2、70-90%时，8300型450kW燃气发电机组发电效率可以达到28.8-29.7%，比200kW发电机组提高6%左右。关键词:生物质;气化;联合循环发电0引言生物质资源分布分散，且能量密度较低，考虑到运输成本，其大规模集中利用仍比较困难，因此适合发展中小规模分布式生物质发电站。目前，我国投入运行的大部分生物质气化发电系统(200一1000kW)采用简单的气化一气体内燃机发电技术路线，由于受气化效率与气体机效率的限制，系统效率很难高于18%，基本上只是作为企业自备电站使用Dl.为达到上网要求，必须适当提高发电规模及系统整体发电效率。在此背景下，"4MW生物质气化联合循环发电示范工程”项目

3、得到国家“十五”863基金的支持.该项目以“九五”期间完成的国家重点攻关项目“1MW生物质气化发电系统的研制”为基础，主要研究了可适用于不同原料的20MWt大型生物质循环流化床气化炉和450kW生物质燃气发电机组，并创新性地提出了生物质气化一内燃衫卜蒸汽轮机联合循环发电的技术路线，使我国生物质气化发电系统规模从1MW提高到4MW,整体发电效率提高到28%，接近小型火电站发电效率。目前，该项目已完成并实现上网发电。该技术克服了传统IGCC技术在我国利用的限制[121，大大降低了技术难度和系统成本，设备可以全部国产化，适合于发展分散的、独立的生物质能源利用体系。本文对该系统做简要介绍，并对气

4、化炉和内燃机的调试运行参数进行初步分析。1系统简介生物质气化一蒸汽联合循环发电系统的总体布置如图1所示，系统由以下几个部分组成:原料运输和预处理系统，气化系统和燃气净化系统、燃气发电机组、余热锅炉及蒸汽透平系统、排灰和污水处理系统、输变电系统等。系统主要技术指标见表101.1原料及原料的预处理原料的稳定供应直接关系到整个电站的连续运行。本项目主要以稻壳为原料，在稻壳供应不足或价格较高时，则考虑利用稻秆、麦秆等原料。如果用稻秆和麦秆作为原料，为保证气化设备的正常运行，必须先经过干燥和粉碎处理，粉碎后秸秆粒径不超过6mm,水分含量低于15%。各种原料成分分析结果见表2012基金项目:国家高技

5、术研究发展计划(863计划)项目(2003AA514010)，广东省自然科学基金团队项目(003045),广东省科技计划项目(2004A11007002)咬9名.气t月口月让翻(璐笋过妞姗1几气t，属娜，灼姗图1生物质气化·蒸汽联合循环发电系统的总体布置表1系统技术指标项目参数设计总发电功率(kW)5.5燃气发电总功率(kW)4.0蒸汽透平发电功率(kW)1.5电站自耗电功率(kW)0.5原料稻壳，稻秆原料处理量(t/day)80-120单位功率原料消耗量(kg/kW)1.3-1.5系统净发电效率(%)28-30单位投资(元/kW)6300表2原料成分分析(干基)原料水分工业分析(%干基

6、)元素分析(%干基)高位热值灰如(%)廿HNS(kJ/kg)挥发份固定碳”石稻壳1268.7217.3740.734.9939.790.410.1715222.814.2稻秆1769.0116.7938.336.1740.240.720.3414499.171.2气化及净化系统气化系统及燃气净化系统是整个电站的核心部分。主要有气化炉、旋风分离器、焦油裂解炉、文氏除尘器、喷淋塔和储气柜等几部分组成.其中气化炉采用常压循环流化床，气化炉返料器采用螺旋返料器。‘旋风分离器分离下来的飞灰经返料螺旋重新进入气化炉参加反应，从而延长了其在炉内停留时间，以提高碳转化率。气化炉基本设计参数见表3a气化炉

7、产生的可燃气中含有一定数量的焦油。在燃气冷却过程中，液态焦油与飞灰一起勃附在管道上，造成设备堵塞，进入内燃机还可能造成点火故障，活塞‘拉缸，等危害;另外，焦油经水洗净化设备后形成含焦油的废水，为避免造成二次污染，必须经过严格处理才能排放。如果能在高温下将气态焦油裂解成小分子的气态组分，将大大减轻后续净化设备的处理难度，同时还可以回收焦油能量。本项目专门设计了一个木炭催化热裂解反应器，采用木炭作为催化剂，通过补充一定的空气，利用热裂解