生物质热解气化技术研究与设备进展2015.12.5

生物质燃气清洁利用关键技术研究2015.12.05目录背景生物质气化技术简介生物质气化设备发展现状已开展的工作前景展望背景资源丰富国家发改委：全国秸秆理论资源量为8.4亿吨，可收集资源量约为7亿吨国家林业局《全国林业生物质能源发展规划（2011-2020）》:林木生物质资源潜力约180亿中国环境状况公报，2012年全国工业固体废物近33亿吨能源化利用生物质废弃物既是环境污染源又是重要的低碳能源可再生：唯一可直接作为燃料的可再生能源；可储存：唯一可储存，也能稳定利用的可再生能源。长远来说，生物质能主要用途是作为石油的重要补充，具有战略性的意义。“十二五”规划的天然气目标，年消费量将达2300亿立方米，需进口900-1000亿立方米，对外依存度将迅速增至40%；预测到2020年，中国石油消费量将达6亿吨以上;国内供应量2.5亿吨，缺口达4亿吨,对外依存度将达70％以上。背景资源丰富能源化利用天然气资源用量分析图生物质工业生物质固废农作物秸秆林业三剩物禽畜粪便城镇生活垃圾藻类等直接燃烧技术热化学转化液化技术有机垃圾能源化处理技术用炉灶燃烧技术锅炉燃烧技术生物质与煤的混合燃烧技术等生物质气化干馏快速热解液化技术提炼植物油技术制取乙醇、甲醇等技术生物转化技术小型户用沼气池大中型厌氧消化农作物秸秆林业三剩物工业生物质固废热化学转化生物质气化干馏快速热解液化技术燃气√利用转化技术背景目录背景生物质气化技术研究生物质气化设备发展现状已开展的工作前景展望光合作用气化设备灰（做肥料）释放二氧化碳(CO2)吸收二氧化碳（CO2）用户高品质能源（电、热、气等）释放出氧气（O2）生物质气化是在一定的热力条件下，将组成生物质的碳氢化合物转化为含一氧化碳CO、氢气H2和甲烷CH4等可燃气体的过程。气化原理气化过程工艺过程工艺过程燃气用途1.生物质热解气化技术技术简介光合作用气化设备灰（做肥料）释放二氧化碳(CO2)吸收二氧化碳（CO2）用户高品质能源（电、热、气等）释放出氧气（O2）干燥热解氧化还原气化原理气化过程工艺过程工艺过程燃气用途技术简介光合作用气化设备灰（做肥料）释放二氧化碳(CO2)吸收二氧化碳（CO2）用户高品质能源（电、热、气等）释放出氧气（O2）气化原理气化过程工艺过程工艺过程燃气应用预处理粉碎干燥气化剂处理热解气化温度变化化学反应催化剂燃气净化焦油脱除焦油热裂解焦油裂解高温燃烧高温粗燃气焦油高温显热终端利用清洁燃气燃气发电气热电联供终端利用工业蒸汽集中供暖热电联产中小规模应用方式规模化应用方式技术简介光合作用气化设备灰（做肥料）释放二氧化碳(CO2)吸收二氧化碳（CO2）用户高品质能源（电、热、气等）释放出氧气（O2）生物质气化制取清洁的可燃气体替代燃油、天然气等化石能源用于供气、供热、发电、工业供能等。气化原理气化过程工艺过程工艺过程燃气用途技术简介固定床流化床下吸式开心式上吸式横流式双流化床携带床单流化床循环流化床运行方式气化炉类型上吸式固定床下吸式固定床流化床原料种类秸秆，废木秸秆，废木稻壳，木屑，秸秆粒度/mm5～10020～10010气化温度/℃～1100～1000650－850气化效率％70－757565－75气化强度/[kg/m2.h]200－300200－6001000－2000应用领域锅炉供热、发电集中供气，锅炉供热锅炉供热、发电技术简介分类生物质气化系统的研究重点生物质燃气与终端利用设备耦合生物质燃气与终端利用设备耦合是生物质气化燃气利用的关键技术，主要原因是生物质气体的品质难以满足相关设备的运行要求。相关技术尚存在许多不足之处。气化制气燃气净化已经初步形成了气化基础理论系统。2.1基础研究技术研究2、技术研究前沿研发领域技术创新生物质气化系统中焦油的净化如何提高生物质气化燃气的品质如何提高生物质气化燃气的热值气化炉结构创新1）双燃烧的固定床气化炉2）自加热式固定床气化炉3）主动配风式固定床气化炉……生物质气化系统工艺创新两段式固定床低焦油气化技术2.2前沿研发与技术创新技术研究维也纳科技大学125kW双燃烧的固定床气化炉维也纳科技大学在总功率为2MW，发电输出功率550kW的热电联产项目基础上，设计了双燃烧的固定床气化炉，开发了125kW的热电联产系统，采用木材作为原料，燃气低位热值达到5.8MJ/Nm3巴西研制了双层气化剂进给固定床气化炉，旨在提高气化燃气品质，并降低焦油含量，通过调整两层气化剂的进给，实现对内部的气化反应进行调控，通过40kW气化炉的中试研究，气化效率达到68%。巴西双层气化剂进给固定床气化炉研究2.2前沿研发与技术创新技术研究丹麦科技大学研发的两段式气化技术，采用螺旋滚筒裂解床与下吸式固定床相结合，生物质首先在螺旋反应器内发生热解反应，热解产物进入固定床反应器内，并通入空气作为气化剂，在固定床内实现部分燃气燃烧产生高温，从而使焦油裂解转化，最终获取的焦油浓度可以达到5mg/m3。丹麦科技大学两段式气化技术日本双燃料发电机实现发电日本东京技术研究所设计采用双燃料发电机实现发电，系统综合气化效率达到66%，热效率达到27%。技术研究2.2前沿研发与技术创新广州能源所在两段式固定床气化装置进行了试验，验证了当量比、富氧浓度和水蒸气对于燃气组分和焦油产率具有影响。上海交通大学研制60KW两段式气化装置，通过调整空气当量比，燃气品质和焦油产量均得到有效地改善。广州能源所两段式气化技术研究上海交通大学60KW两段式气化研究技术研究2.2前沿研发与技术创新2.2前沿研发与技术创新技术研究山东大学与山东百川同创能源有限公司联合开发了主动配风式固定床气化炉，实现了炉内反应层调控和气化系统生产的连续性，可满足大型生物质气化供气、供热和发电的需要。气化炉原理图山东省科学院能源研究所双流化床生物质气化试验装置东南大学串行流化床装置2.2前沿研发与技术创新技术研究丹麦科技大学基于研究Viking两段式固定床气化技术，通过对技术的集成，建立了75KW的中试示范，并进行了2000h的示范应用，证实该气化技术基本可以实现焦油的脱除转化，生物质气化发电的综合效率为25%。丹麦科技大学Viking两段式固定床气化示范工程2.3集成示范与成果转化技术研究高邮市林源科技开发有限公司4MW高效生物质固定床气化发电工艺产业化成套技术及装备。项目以单炉产气量大于5000立方米/时的规模化成型生物质固定床气化技术为核心，创造性地组合了焦油催化裂解、高效电捕、冷凝酚水回用和深度脱硫脱氯等高新燃气生产技术，彻底解决了生物质燃气净化的技术难题，该工程年需生物质燃料约3万吨，电厂以35千伏接入电网。高邮市4MW生物质固定床气化发电示范工程2.3集成示范与成果转化技术研究面临的主要挑战技术挑战产业发展模式挑战规范与管理挑战原料挑战产业化的诸多挑战装置设备技术挑战；燃气净化处理技术挑战；高效集成和控制技术挑战；电气热冷炭等联产技术挑战。原材料季节性明显；易燃易腐，储存运输难。发电成本高，运营影响因素多；需探索生物质气化发电的多元化商业模式。尚未建立相关技术标准；缺乏统一的施工规范规程；面临市场不良竞争。技术研究目录背景生物质气化技术简介生物质气化设备发展现状已开展的工作前景展望国外生物质气化现状国内生物质气化现状国外生物质气化设备规模较大，自动化程度高，工艺较复杂，主要以供热、发电和合成燃料为主，各种利用都在增长，CHP（热电联产）的增长尤其快，已成为目前最主要的利用方式。欧洲生物质气化CHP项目分布图国外生物质燃气应用模式发展现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状类型公司说明固定床Bioneer（被FosterWheeler收购）上吸式，以空气和水蒸气为气化介质，使用含水量达45%的原料，产气焦油含量50~100g/m3；在芬兰和瑞典建有9个4~6MW的商业化工程，大部分用于区域供热；工厂全自动化操作，投入极少。Babcock＆WilcoxVolund上吸式，以湿空气为气化介质，使用含水量高达55%的原料；以位于Harboore的5MW商业工程为典型，最初为锅炉燃烧供热，2000年被改造成热电联产，发电效率28%，系统总效率93%。流化床Carbona2004年在丹麦Skive建设100-150t/d规模的低压（0.5×105~2×105Pa）BFB气化系统，采用石灰石床料和焦油催化裂解，利用3×2MWe带余热回收的燃气内燃机和2×10MW燃气锅炉进行热电联产，以木质颗粒和木屑为燃料，发电净效率28%，系统总效率87%。FosterWheeler2001年在芬兰Varkaus建立第一个商业化工程，以液体包装回收公司回收的废料为原料，以空气和蒸汽为气化介质进行常压气化，BFB气化炉输出为40MW，发电净效率达40%。CFB技术非常成熟，燃料适应性较强，能使用湿度20%～60%的原料；1993年被用于瑞典VarnomaIGCC示范工程，加压CFB气化炉稳定运行约8500h，发电净效率32%，系统净效率83%。1997年芬兰Lahti建设了生物质气化混燃项目，气化炉在40～70MW下稳定运行超过30000h，系统可用性超过97%。多段式气化维也纳技术大学已成功用于8MW规模的Güssing热电联产系统，系统总效率为81.3%，其中，发电效率和热效率分别为25%和56.3%。丹麦科技大学已建成75kW的热电联产示范工程，以木块为原料，气化效率约93%，发电效率25%，产气中焦油含量约15mg/m3。国外典型气化工艺发展现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状国家气化炉类型原料效率/%规模/t·d-1应用美国Taylor双流化床气化炉可降解垃圾和废木料发电效率35-40300-400热电联产美国Silvagas双流化床气化炉木材发电效率35-40540热电联产和柴油美国RangeFuels气流床气化炉林业废弃物、木材热效率70125乙醇和混合醇美国Pearson气流床气化炉废木料、锯末、稻杆等热效率70.543乙醇和混合醇德国CHOREN气流床气化炉能源作物、木材热效率90.5198合成柴油丹麦Carbona鼓泡流化床木材发电效率28100-150热电联产芬兰VIT循环流化床林业废弃物和副产物60合成柴油芬兰Foster循环流化床塑料、木材、轮胎、枕轨336热电联产瑞典CHRISGAS循环流化床木材、秸秆86热电联产德国Uhde循环流化床MSW气化效率8115燃料油加拿大Plasco等离子体气化炉MSW、塑料热效率75100发电美国InEnTec等离子体气化炉轮胎、炉渣、医疗废物218热电联产氢气、甲醇和乙醇国外气化炉应用发展现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状美国生物质能发电的总装机容量已超过10000MW，单机容量达10～25MW；占美国可再生能源发电装机的40%以上，一次能源消耗量的4%；建立的Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用的世界先进水平。典型国家应用现状发展现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状德国拥有140多个区域热电联产的生物质电厂，近80个在规划设计或建设阶段。茵贝尔特能源公司(ImbertEnergietechnikGMBH)设计制造的下吸式气化炉—内燃机发电机组系统，气化效率可达60%～90%，热值为(1.7-2.5)×104kJ/m3。典型国家应用现状发展现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状在国外发展已经成熟，Bio-SNG的热值可以达到6000kcal/m3，主要成分为甲烷，具有与天然气相似的性质，是将来替代天然气的重要开发方向。能够提供成套技术的主要有德国的Lurgi公司，丹麦的HaldorTopsoe公司、英国的Davy公司以及美国的巨点能源公司等，基本采用固定床甲烷化技术。其中，Lurgi工艺和TREMPTM（托普索甲烷化循环工艺）较为成熟，均属于绝热循环稀释甲烷化技术，Lurgi工艺已经被商业化利用，TREMPTM工艺也处于工业化推广阶段。生物质燃气