1、分类号 郑州电力高等专科学校毕 业 设 计（论 文）题 目 生物质能发电技术及前景分析 并列英文题目 The Technology and Prospect Analysis of Biomass Power Generation 系 部 动力工程系 专业 电厂热能动力装置 姓 名 班级 指导教师 职称 论文报告提交日期 2012.05.30 郑州电力高等专科学校2012 届毕业生论文生物质能发电技术及前景分析摘要本设计的主要目的在于研究生物质能发电的技术分类，以及各种生物发电技术之间的特点比较。介绍了生物质气化发电技术的系统组成和设备组成，并且着重介绍了气化发电的几种气化炉。在文章的最后又对
2、生物质发电的优点和缺点进行了分析，并且结合搜索的信息提出了自己对我国生物质发电技术发展前景的看法，认为生物质发电在今后必将成为我国的一项朝阳产业。关键词：生物质能发电；生物质气化发电技术；气化炉；前景分析AbstractThe main purpose of this design is to study the characteristics between the classification of biomass power generation technology, as well as a variety of biomass power generation technology
3、. And biomass gasification power generation technology system components and equipment components, and highlights several of the gasification and power generation gasify. End of the article on the advantages and disadvantages of biomass power generation, analysis, and combine the search for informat
4、ion put forward their own views on the prospects for the development of biomass power generation technology in the development of biomass power generation in the future will become a sunrise industry.KeywordBiomass Power Generation，The technology of biomass power generation，Gasify，Prospect Analysis2
5、012 届毕业生论文生物质能发电技术及前景分析目录前言 .1第一章 生物质能发电的技术分类 .2第一节 生物质直接燃烧发电技术 .2第二节 生物质气化发电技术 .3第三节 生物质混合燃烧发电技术 .5第四节 沼气发电技术 .7第五节 生物质发电技术的特点比较 .8第二章 生物质气化发电技术的系统构成 .10第一节 生物质气化发电机组的主要系统和设备 .10第二节 气化系统 .10第三节 净化系统 .12第四节 燃气发电系统 .13第三章：生物质气化技术常见的系统与设备 .14第一节 生物质气化技术系统设备 .15第二节 固定床气化炉 .15第三节 流化床气化炉 .17第四章：生物质能发电优缺点
6、分析及前景预测 .21结束语 .24附录 .26参考文献 .352012 届毕业生论文生物质能发电技术及前景分析1前 言生物质能是唯一一种既可再生又可储存运输的能源。中国生物质能在能源消费中约占 20但大部分仍处于低效应用和直接焚烧的状况。生物质发电主要是利用农业、林业和工业废弃物为原料，也可以将城市垃圾为原料，采取直接燃烧或气化的发电方式。对发电行业在当前化石燃料如煤炭、石油、天燃气等紧缺的状况下，开发并产生各种可再生能源来代替化石燃料，是世界解决能源紧缺的一种有效途径。生物质能是绿色可再生能源，生物质发电技术也是绿色电力能源技术，国家出于环境保护及开发可再生能源的目的对于污染治理和绿色电力
7、能源技术的研究和整合十分重视。由于我国生物质资源丰富可开发潜力大而且生物质能发电技术的日趋成熟，并且发展生物质绿色电能是调整能源结构实施可持续发展的战略要求。另外国内相关政策的出台将打通生物质能发电在内的绿色电力上网的瓶颈，因此生物质能发电在我国社会经济蓬勃发展的大环境下其发展走向已引起人们的关注，生物质能发电也将成为朝阳产业。2012 届毕业生论文生物质能发电技术及前景分析2第一章 生物质能发电的技术分类第一节 生物质直接燃烧发电技术生物质直接燃烧发电技术是指利用生物质燃烧后的热能转化为蒸汽进行发电，在原理上，与燃煤火力发电没有什么区别如图1-1 所示。其原理是将储藏在生物质中的化学能通过在
8、特定蒸汽锅炉中燃烧转化为高温、高压蒸汽的内能，再通过蒸汽轮机转化为转子的动能，最后通过发电机转化为清洁高效的电能。图1-1生物质直燃发电系统示意图简单讲整个工艺流程为：将生物质原料从附近各个收集点运送至电厂，经预处理（破碎、分选）存放到原料储存仓库，仓库容积要保证存放五天的发电原料；然后由原料输送车将预处理后的生物质送入料仓，料仓中的燃料被螺旋给料机直接送入炉膛，燃料在振动炉排上边燃烧边移动，燃尽后的炉渣由渣斗排出。送风机将空气送经空气预热器加热，之后送入炉膛保证燃料的完全燃烧，并形成高温烟气。高温烟气逐次通过四级过热器、省煤器烟气冷却器，对烟道中各个受热面加热然后进入除尘器成为符合1.料仓
9、2.锅炉 3.汽轮机 4.发电机 5.汽包 6.炉排 7.过热器 8.省煤器9.烟气冷却器 10.空气预热器 11.除尘器 12.引风机 13.烟囱 14.凝汽器15.循环水泵 16.凝结水泵 17.低压加热器 18.除氧器 19.给水泵 20.高 压加热器 21.送风机 22.给料机 23.灰斗2012 届毕业生论文生物质能发电技术及前景分析3国家排放标准的烟气，最后被引风机送入烟囱，排入大气。锅炉给水在汽包、下降管和水冷壁之间形成自然循环，汽包中的水经下降管分配到水冷壁中去，经过水冷壁的加热，成为汽水混合物，回到汽包后由冷水分离器分离出饱和蒸汽。饱和蒸汽依次经过四级过热器，并有减温器控制气
10、温最终成为符合机组要求的高温、高压蒸汽。蒸汽被送入汽轮机膨胀做功，推动汽轮机转子转动，汽轮机转子带动发电机，产生电负荷.第二节 生物质气化发电技术生物质气化发电技术是把生物质转化为可燃气体再利用可燃气体，燃气发电设备进行发电。其原理是将储藏在生物质中的化学能通过在特定气化炉中燃烧转化为可燃气体，再通过燃气机发电系统转化为清洁高效的电能如图 1-2 所示。图 1-2 生物质整体气化联合循环工艺流程图生物质气化发电过程包括三个方面：一是生物质气化，把固体生物质转化为气体燃料；二是气体净化，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，需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
11、；三是燃气发电利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电有的工艺为了提高发电效率，发电过程可以增加余热锅炉和蒸汽轮机。2012 届毕业生论文生物质能发电技术及前景分析4所谓的生物质气化是指将固体或液体燃料转化为气体燃料的热化学过程。在这个过程中，水蒸气、游离氧或结合氧与燃料中的碳进行热化学反应，生成可燃气体。生物质气化过程复杂，气化反应条件，气化剂的种类也各不相同，但所有气化反应的过程基本都包括生物质的干燥、热解、还原和氧化反应过程。（1）生物质干燥。生物质本身含有一定的水分，进入气化装置后在高温作用下，生物质内的水分被加热析出。（2）热分解反应。热解过程十分复杂，结果是大分子的碳水化合物的键被打碎，析
12、出挥发分（主要包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和其它碳氢化合物） ，留下碳构成进一步反应的机体。（3）还原反应。还原反应发生在没有氧气的条件下，生物质中的碳与气流中的二氧化碳、水、氢气发生反应，生成可燃性气体，由于是吸热反应，需外来热量维持反应温度。其中发生的主要化学反应如下：C + CO2 2CO + H H=-162.41KJH2O + C CO + H2 + H H=-118.82KJ2H2O + C CO2 + 2H2 + H H=-75.24KJH2O + CO CO2 + H2 +H H=-43.58KJ（4）氧化反应。氧化反应由于还原反应是吸热，所以汽化器内必须保持热量供
13、给。通常的做法是将气化残留的碳与氧进行燃烧反应来放出热量。氧化温度可达到 8001200，反应的化学方程式为：C + O2 CO2C + O2 CO通常把热分解区和干燥区成为气化器的燃料准备区，把还原区和氧化区统称为气化区。区与区之间没有严格的界限，是相互2012 届毕业生论文生物质能发电技术及前景分析5渗透的。生物质气化发电系统采用的气化技术和燃气发电技术不同，其系统构成和工艺过程有很大的差别。（1）根据生物质气化形式不同分类。生物质气化过程可分为固定床气化和流化床气化两大类（2）根据发电技术不同分类。从燃气发电过程上看，生物质发电主要有三种方式：一是将可燃气作为内燃机的燃料，用内燃机带动发
14、电机组发电；二是将可燃气体作为燃气轮机的燃料，用燃气轮机带动发电机组发电；三是用燃气轮机和汽轮机实现两级发电即利用燃气轮机排出的高温废气把水加热成蒸汽，再用蒸汽推动汽轮机发电机组发电。（3）根据生物质气化发电规模分类。从发电规模上生物质气化发电系统可分为大型（发电功率在 5000kW 以上） 、中型( 发电功率在 5003000kW) 发电功率、小型（发电功率小于200kW）三种。第三节 生物质混合燃烧发电技术混合燃烧发电是指将生物质原料应用于燃煤电厂中，使用生物质和煤两种原料进行发电。在原理上，与燃煤火力发电没有什么区别。其原理是将生物质和煤一起在锅炉中燃烧转化为高温、高压蒸汽的内能，再通过
15、蒸汽轮机转化为转子的动能，最后通过发电机转化电能。生物质和煤混合燃烧技术可分为直接混烧和气化利用两种形式。直接燃烧是先对生物质进行预处理，然后直接送入锅炉燃烧室的利用方式。采用的方式可以是层燃流化床和煤粉炉等燃烧方式，例如芬兰的 AlholmensKraft 机组的装机容量为 550MW 采用循环流化床燃烧技术，燃料由 45%的泥煤、10%的森林残留物、35%的树皮与木材加工废料，以及 10%的重油或是煤组成。现阶段世界上最大的生物发电厂工艺流程如图 1-3 所示：2012 届毕业生论文生物质能发电技术及前景分析6预处理 烧嘴 锅炉 净化设备预处理、粉碎、干燥、制粒、混合汽轮机发电机组烟气蒸汽
16、生物质煤图 1-3 生物发电厂工艺流程图当采用煤粉炉作为燃烧设备时，生物质的预处理可以分为以下三种方式。（1）生物质与煤预先混合，然后经过煤粉机粉碎后，通过分配系统送至燃烧器。此方式可以充分利用原有设备，简单易行，低投资，但有可能降解锅炉的出力，限制了生物质种类和使用比例，如树皮会影响磨煤机的正常使用。（2）生物质与煤分别处理包括计量粉碎，然后通过自管路输送至燃烧器前，此方式需要安装生物质能燃料管道，控制和维护锅炉比较麻烦。（3）与第二种方法基本相同，不同的是为生物质准备了专门的燃烧器单独使用，此方法投资成本高，但一般不会影响锅炉正常运行。在采用气化方式时，首先将生物质在气化炉中气化，产生燃气
17、（主要成分为 CH4、 CO、CO 2、C MHN、N 2）经简单的处理后，直接输送至锅炉燃烧室与煤进行混合燃烧。气化利用方式产生的燃气温度为 600900并不需要冷却过程，在炉内完全燃烧时间短，且可将生物质灰与煤分离，具有一定的灵活性。2012 届毕业生论文生物质能发电技术及前景分析7第四节 沼气发电技术沼气燃烧发电是随着沼气综合利用的不断发展 而出现的一项沼气利用技术, 它将沼气用于发动机上, 并装有综合发电装置, 以产生电能和热能, 是有效利用沼气的一种重要方式.沼气多产生于污水处理厂、垃圾填埋场、酒厂、食品加工厂、养殖场等。沼气是在厌氧条件下有机物经多种微生物的分解与转化作用后产生的可
18、燃性气体，属于生物质能的范畴，主要成分是甲烷二氧化碳，其中甲烷含量约为 50%70%，二氧化碳含量为30%40%（容积比）还有少量的硫化氢、氮、氧、氢等气体，约占总含量的 10%20%。甲烷在空气中与火燃烧，转变为二氧化碳和水，并释放出能量，其化学方程式为： + k沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵或甲烷发酵，是指有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂生物化学过程。沼气发酵一般可分为三个阶段：（1）液化阶段。在液化阶段，复杂有机物（纤维素、蛋白质、脂肪等）在兼容性微生物及少数厌氧微生物的酶催化作用下降解至基本结构单位或简单有机酸、醇等。（2）产酸阶段。液化产物被微生物吸收到菌体内，并在胞内酶的催化作用下，将他们转化为低分子化合物，如乙酸、丙酸、丁酸、及乳酸等，还有乙醇、甲醇以及氢等。乙醇数量最大约占80%。（3）产甲烷阶段。经过前两阶段的分解作用后，有机溶液中产甲烷的基质已经很丰富以及产氨细菌的活动，使氨态氮浓度不断增高，使发酵液中的氧化还原电势降低。为产甲烷细菌提供了适宜的环境条件，促使产甲烷细菌迅速生长繁殖，将乙酸、甲酸、
